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1、会计学1气候系统气候系统第一页，共45页。第一章第一章 气候系统气候系统二、气候系统二、气候系统(xtng)通常定义为通常定义为 由大气、海洋、冰雪圈、岩石圈和生物由大气、海洋、冰雪圈、岩石圈和生物圈等组成的相互作用的整体。圈等组成的相互作用的整体。因为气候系统因为气候系统(xtng)有连续的外界能有连续的外界能量输入，且其各个组成部份之间通过物质量输入，且其各个组成部份之间通过物质和能量交换紧密地相互联系和影响着，所和能量交换紧密地相互联系和影响着，所以系统以系统(xtng)是一个非线性的开放系统是一个非线性的开放系统(xtng)。第1页/共45页第二页，共45页。第一章第一章 气候系统气候
2、系统 气候系统的组成气候系统的组成气候系统的组成气候系统的组成 大气圈、水圈、陆地大气圈、水圈、陆地大气圈、水圈、陆地大气圈、水圈、陆地(ld)(ld)表面、冰雪圈和生物圈内部及其之表面、冰雪圈和生物圈内部及其之表面、冰雪圈和生物圈内部及其之表面、冰雪圈和生物圈内部及其之间普遍存在着能量、动量和物质的输送与交换过程。正是由于间普遍存在着能量、动量和物质的输送与交换过程。正是由于间普遍存在着能量、动量和物质的输送与交换过程。正是由于间普遍存在着能量、动量和物质的输送与交换过程。正是由于这些子系统之间复杂的物理、化学和生物作用，才形成了气候这些子系统之间复杂的物理、化学和生物作用，才形成了气候这些
3、子系统之间复杂的物理、化学和生物作用，才形成了气候这些子系统之间复杂的物理、化学和生物作用，才形成了气候系统行为的多样性和复杂性。系统行为的多样性和复杂性。系统行为的多样性和复杂性。系统行为的多样性和复杂性。控制气候系统总体行为的两个最重要的外强迫因子是源于外空间能控制气候系统总体行为的两个最重要的外强迫因子是源于外空间能控制气候系统总体行为的两个最重要的外强迫因子是源于外空间能控制气候系统总体行为的两个最重要的外强迫因子是源于外空间能量输入的太阳辐射和源于地球本身的重力作用。量输入的太阳辐射和源于地球本身的重力作用。量输入的太阳辐射和源于地球本身的重力作用。量输入的太阳辐射和源于地球本身的重
4、力作用。地球气候系统的热力学和动力学状态均与这两个因子有关。地球气候系统的热力学和动力学状态均与这两个因子有关。地球气候系统的热力学和动力学状态均与这两个因子有关。地球气候系统的热力学和动力学状态均与这两个因子有关。第2页/共45页第三页，共45页。第3页/共45页第四页，共45页。气候系统不断地随时间演变气候系统不断地随时间演变（渐变（渐变(jinbin)(jinbin)与突变），而与突变），而且具有不同时空尺度的气候变化且具有不同时空尺度的气候变化与变率（月、季节、年际、年代与变率（月、季节、年际、年代际、百年尺度等气候变率与振荡）际、百年尺度等气候变率与振荡）。第4页/共45页第五页，共
5、45页。第一章第一章 气候系统气候系统三、各个子系统三、各个子系统三、各个子系统三、各个子系统1 1、大气系统、大气系统、大气系统、大气系统 是包围地球的一层气体，与地球的在固体部分相比，大气系统仅为地球半径的是包围地球的一层气体，与地球的在固体部分相比，大气系统仅为地球半径的是包围地球的一层气体，与地球的在固体部分相比，大气系统仅为地球半径的是包围地球的一层气体，与地球的在固体部分相比，大气系统仅为地球半径的0.5%0.5%厚的浅薄气体。厚的浅薄气体。厚的浅薄气体。厚的浅薄气体。但它是人类赖以生存的最重要的环境，是气候系统的主体部分，也是气候系统中最活跃、变化最大但它是人类赖以生存的最重要的
6、环境，是气候系统的主体部分，也是气候系统中最活跃、变化最大但它是人类赖以生存的最重要的环境，是气候系统的主体部分，也是气候系统中最活跃、变化最大但它是人类赖以生存的最重要的环境，是气候系统的主体部分，也是气候系统中最活跃、变化最大的部分。的部分。的部分。的部分。大气圈主要大气圈主要大气圈主要大气圈主要(zh(zh yo)yo)通过其中大气成分及辐射收支的变化来影响地球的气候。通过其中大气成分及辐射收支的变化来影响地球的气候。通过其中大气成分及辐射收支的变化来影响地球的气候。通过其中大气成分及辐射收支的变化来影响地球的气候。第5页/共45页第六页，共45页。第一章第一章 气候系统气候系统2 2、
7、水圈、水圈、水圈、水圈 包括海洋、河流、湖泊和地下水，也应包括大气中的液态水，在有些工作中将冰雪圈也划包括海洋、河流、湖泊和地下水，也应包括大气中的液态水，在有些工作中将冰雪圈也划包括海洋、河流、湖泊和地下水，也应包括大气中的液态水，在有些工作中将冰雪圈也划包括海洋、河流、湖泊和地下水，也应包括大气中的液态水，在有些工作中将冰雪圈也划入水圈。水圈也是气候系统中最活跃的组成之一，入水圈。水圈也是气候系统中最活跃的组成之一，入水圈。水圈也是气候系统中最活跃的组成之一，入水圈。水圈也是气候系统中最活跃的组成之一，其三相变化的过程是气候系统最重要的过程之一，它的存在和运动构成了地表、空中、水中的其三相
8、变化的过程是气候系统最重要的过程之一，它的存在和运动构成了地表、空中、水中的其三相变化的过程是气候系统最重要的过程之一，它的存在和运动构成了地表、空中、水中的其三相变化的过程是气候系统最重要的过程之一，它的存在和运动构成了地表、空中、水中的形形色色的自然现象，纷纭复杂的气候类型形形色色的自然现象，纷纭复杂的气候类型形形色色的自然现象，纷纭复杂的气候类型形形色色的自然现象，纷纭复杂的气候类型(lixng)(lixng)，也是生命赖以生存的基本要素。在水，也是生命赖以生存的基本要素。在水，也是生命赖以生存的基本要素。在水，也是生命赖以生存的基本要素。在水系统中海洋对气候变化的影响最重要。系统中海洋
9、对气候变化的影响最重要。系统中海洋对气候变化的影响最重要。系统中海洋对气候变化的影响最重要。第6页/共45页第七页，共45页。在水圈中对气候影响最大的是海洋。海洋占地球面积的在水圈中对气候影响最大的是海洋。海洋占地球面积的在水圈中对气候影响最大的是海洋。海洋占地球面积的在水圈中对气候影响最大的是海洋。海洋占地球面积的70%70%70%70%左右，它一方面可以左右，它一方面可以左右，它一方面可以左右，它一方面可以(ky)(ky)(ky)(ky)储存与输送大量的能量，同时还可储存与输送大量的能量，同时还可储存与输送大量的能量，同时还可储存与输送大量的能量，同时还可以以以以(ky)(ky)(ky)(
10、ky)溶解与储存大量的溶解与储存大量的溶解与储存大量的溶解与储存大量的CO2CO2CO2CO2，是全球碳循环中非常重要的部，是全球碳循环中非常重要的部，是全球碳循环中非常重要的部，是全球碳循环中非常重要的部分。根据最近的估计海洋每年可以分。根据最近的估计海洋每年可以分。根据最近的估计海洋每年可以分。根据最近的估计海洋每年可以(ky)(ky)(ky)(ky)吸收吸收吸收吸收17171717亿吨碳，占化亿吨碳，占化亿吨碳，占化亿吨碳，占化石燃料燃烧和工业生产排放总量的石燃料燃烧和工业生产排放总量的石燃料燃烧和工业生产排放总量的石燃料燃烧和工业生产排放总量的27%27%27%27%。海洋的环流比大气
11、环流。海洋的环流比大气环流。海洋的环流比大气环流。海洋的环流比大气环流要慢得多，它是由盐分与温度梯度产生的密度差（即温盐环流）要慢得多，它是由盐分与温度梯度产生的密度差（即温盐环流）要慢得多，它是由盐分与温度梯度产生的密度差（即温盐环流）要慢得多，它是由盐分与温度梯度产生的密度差（即温盐环流）驱动的。北大西洋温盐环流是对气候影响最显著的一种温盐环驱动的。北大西洋温盐环流是对气候影响最显著的一种温盐环驱动的。北大西洋温盐环流是对气候影响最显著的一种温盐环驱动的。北大西洋温盐环流是对气候影响最显著的一种温盐环流。气候的突变与这种环流的突然减弱或关闭有关）。流。气候的突变与这种环流的突然减弱或关闭有
12、关）。流。气候的突变与这种环流的突然减弱或关闭有关）。流。气候的突变与这种环流的突然减弱或关闭有关）。海洋通过洋流把赤道地区的多余热量向极地输送。海洋通过洋流把赤道地区的多余热量向极地输送。海洋通过洋流把赤道地区的多余热量向极地输送。海洋通过洋流把赤道地区的多余热量向极地输送。它能影响地表能量与水汽通量、云、降水、水文循环以及大它能影响地表能量与水汽通量、云、降水、水文循环以及大它能影响地表能量与水汽通量、云、降水、水文循环以及大它能影响地表能量与水汽通量、云、降水、水文循环以及大气与海洋环流，但最明显的影响是对海平面高度。因为冰原储气与海洋环流，但最明显的影响是对海平面高度。因为冰原储气与海
13、洋环流，但最明显的影响是对海平面高度。因为冰原储气与海洋环流，但最明显的影响是对海平面高度。因为冰原储存了大量的水，其体积变化可引起海平面上升。存了大量的水，其体积变化可引起海平面上升。存了大量的水，其体积变化可引起海平面上升。存了大量的水，其体积变化可引起海平面上升。第7页/共45页第八页，共45页。n n海洋有很大的热惯性，这主要是由于海水的热容海洋有很大的热惯性，这主要是由于海水的热容海洋有很大的热惯性，这主要是由于海水的热容海洋有很大的热惯性，这主要是由于海水的热容量很大，它一方面可以阻尼或减缓巨大的强温度量很大，它一方面可以阻尼或减缓巨大的强温度量很大，它一方面可以阻尼或减缓巨大的强
14、温度量很大，它一方面可以阻尼或减缓巨大的强温度变化，起到了地球气候调节器的作用，另一方面，变化，起到了地球气候调节器的作用，另一方面，变化，起到了地球气候调节器的作用，另一方面，变化，起到了地球气候调节器的作用，另一方面，由于它有较长的记忆力（尤其由于它有较长的记忆力（尤其由于它有较长的记忆力（尤其由于它有较长的记忆力（尤其(yuq)(yuq)(yuq)(yuq)是在热带是在热带是在热带是在热带海洋），可以长时期内通过海气相互作用影响大海洋），可以长时期内通过海气相互作用影响大海洋），可以长时期内通过海气相互作用影响大海洋），可以长时期内通过海气相互作用影响大气的变化，成为自然气候变率的源。这
15、就是为什气的变化，成为自然气候变率的源。这就是为什气的变化，成为自然气候变率的源。这就是为什气的变化，成为自然气候变率的源。这就是为什么在目前设计的各种复杂气候模式与碳循环模式么在目前设计的各种复杂气候模式与碳循环模式么在目前设计的各种复杂气候模式与碳循环模式么在目前设计的各种复杂气候模式与碳循环模式中必须把海洋包括在内。在赤道东太平洋中发生中必须把海洋包括在内。在赤道东太平洋中发生中必须把海洋包括在内。在赤道东太平洋中发生中必须把海洋包括在内。在赤道东太平洋中发生的厄尔尼诺和拉尼娜现象（即该区域海表温度迅的厄尔尼诺和拉尼娜现象（即该区域海表温度迅的厄尔尼诺和拉尼娜现象（即该区域海表温度迅的厄
16、尔尼诺和拉尼娜现象（即该区域海表温度迅速升高或减少的现象）是由海洋产生的最显著的速升高或减少的现象）是由海洋产生的最显著的速升高或减少的现象）是由海洋产生的最显著的速升高或减少的现象）是由海洋产生的最显著的自然变率，它已成为目前各国进行年际预报和季自然变率，它已成为目前各国进行年际预报和季自然变率，它已成为目前各国进行年际预报和季自然变率，它已成为目前各国进行年际预报和季节预报的最重要气候强信号。节预报的最重要气候强信号。节预报的最重要气候强信号。节预报的最重要气候强信号。第8页/共45页第九页，共45页。第9页/共45页第十页，共45页。第一章第一章 气候系统气候系统3 3 3 3、冰雪圈、
17、冰雪圈、冰雪圈、冰雪圈 指全球的冰体和积雪，是气候寒冷的产物；由极地冰原、季节性雪指全球的冰体和积雪，是气候寒冷的产物；由极地冰原、季节性雪指全球的冰体和积雪，是气候寒冷的产物；由极地冰原、季节性雪指全球的冰体和积雪，是气候寒冷的产物；由极地冰原、季节性雪盖、海冰、高山冰川和永冻层组成。盖、海冰、高山冰川和永冻层组成。盖、海冰、高山冰川和永冻层组成。盖、海冰、高山冰川和永冻层组成。无论海冰还是陆冰对气候也产生很大影响；无论海冰还是陆冰对气候也产生很大影响；无论海冰还是陆冰对气候也产生很大影响；无论海冰还是陆冰对气候也产生很大影响；影响地表辐射平衡和热量平衡。影响地表辐射平衡和热量平衡。影响地表
18、辐射平衡和热量平衡。影响地表辐射平衡和热量平衡。目前冰川对海平面变化最直接的作用是通过高山冰川的融化与冰架边缘地区目前冰川对海平面变化最直接的作用是通过高山冰川的融化与冰架边缘地区目前冰川对海平面变化最直接的作用是通过高山冰川的融化与冰架边缘地区目前冰川对海平面变化最直接的作用是通过高山冰川的融化与冰架边缘地区(dq)(dq)(dq)(dq)的融化实现的。据估计，近百年海平面上升的约一半高度是冰川融化的融化实现的。据估计，近百年海平面上升的约一半高度是冰川融化的融化实现的。据估计，近百年海平面上升的约一半高度是冰川融化的融化实现的。据估计，近百年海平面上升的约一半高度是冰川融化的结果。的结果。
19、的结果。的结果。第10页/共45页第十一页，共45页。第一章第一章 气候系统气候系统4 4、岩石圈，、岩石圈，、岩石圈，、岩石圈，即地球表层固体的壳体，包括大陆的陆块，即山体、地表岩石、沉积和土壤，也包括海洋即地球表层固体的壳体，包括大陆的陆块，即山体、地表岩石、沉积和土壤，也包括海洋即地球表层固体的壳体，包括大陆的陆块，即山体、地表岩石、沉积和土壤，也包括海洋即地球表层固体的壳体，包括大陆的陆块，即山体、地表岩石、沉积和土壤，也包括海洋底部形态。底部形态。底部形态。底部形态。岩石圈与气候变化最密切相关的部分是地壳、地幔和陆面的结构。它们可通过改变天气的化岩石圈与气候变化最密切相关的部分是地壳
20、、地幔和陆面的结构。它们可通过改变天气的化岩石圈与气候变化最密切相关的部分是地壳、地幔和陆面的结构。它们可通过改变天气的化岩石圈与气候变化最密切相关的部分是地壳、地幔和陆面的结构。它们可通过改变天气的化学成分影响地球的气候。这种现象被称为气候变化的地质构造原因。学成分影响地球的气候。这种现象被称为气候变化的地质构造原因。学成分影响地球的气候。这种现象被称为气候变化的地质构造原因。学成分影响地球的气候。这种现象被称为气候变化的地质构造原因。时间尺度是气候系统的所有组成中最长的，约为时间尺度是气候系统的所有组成中最长的，约为时间尺度是气候系统的所有组成中最长的，约为时间尺度是气候系统的所有组成中最
21、长的，约为105106105106年以上；年以上；年以上；年以上；影响主要影响主要影响主要影响主要(zh(zh yo)yo)表现在地形的动力作用、地表热力特性的差异及陆面水分循环表现在地形的动力作用、地表热力特性的差异及陆面水分循环表现在地形的动力作用、地表热力特性的差异及陆面水分循环表现在地形的动力作用、地表热力特性的差异及陆面水分循环 。第11页/共45页第十二页，共45页。陆面的结构或其粗糙度在陆面的结构或其粗糙度在风吹过陆面的时候也可从动力风吹过陆面的时候也可从动力学上影响大气。粗糙度一般决学上影响大气。粗糙度一般决定于地形和植被条件。风也把定于地形和植被条件。风也把沙尘从地表吹到大气
22、中去，从沙尘从地表吹到大气中去，从而影响区域而影响区域(qy)(qy)大气辐射收大气辐射收支。沙尘暴的发生就是一个最支。沙尘暴的发生就是一个最明显的例子。明显的例子。第12页/共45页第十三页，共45页。第一章第一章 气候系统气候系统5 5 5 5、生物、生物、生物、生物(shngw)(shngw)(shngw)(shngw)圈，也称为生物圈，也称为生物圈，也称为生物圈，也称为生物(shngw)(shngw)(shngw)(shngw)系统系统系统系统 是大气中、陆地上、海洋中的植物和动物，也包括人类本身是大气中、陆地上、海洋中的植物和动物，也包括人类本身是大气中、陆地上、海洋中的植物和动物，
23、也包括人类本身是大气中、陆地上、海洋中的植物和动物，也包括人类本身 生物生物生物生物(shngw)(shngw)(shngw)(shngw)圈与气候是休戚相关的，影响较大的是世界范围圈与气候是休戚相关的，影响较大的是世界范围圈与气候是休戚相关的，影响较大的是世界范围圈与气候是休戚相关的，影响较大的是世界范围的植被，植被既是气候的产物，反过来又对气候产生影响。主要是的植被，植被既是气候的产物，反过来又对气候产生影响。主要是的植被，植被既是气候的产物，反过来又对气候产生影响。主要是的植被，植被既是气候的产物，反过来又对气候产生影响。主要是影响能量平衡和水分平衡影响能量平衡和水分平衡影响能量平衡和水
24、分平衡影响能量平衡和水分平衡 生物生物生物生物(shngw)(shngw)(shngw)(shngw)圈在碳循环中起着中心作用。陆地生物圈在碳循环中起着中心作用。陆地生物圈在碳循环中起着中心作用。陆地生物圈在碳循环中起着中心作用。陆地生物(shngw)(shngw)(shngw)(shngw)群也是气候系统中的一个重要部分，其功能很多。例如陆群也是气候系统中的一个重要部分，其功能很多。例如陆群也是气候系统中的一个重要部分，其功能很多。例如陆群也是气候系统中的一个重要部分，其功能很多。例如陆地植被类型影响蒸发到大气的水分以及太阳辐射的吸收或反射。植地植被类型影响蒸发到大气的水分以及太阳辐射的吸收
25、或反射。植地植被类型影响蒸发到大气的水分以及太阳辐射的吸收或反射。植地植被类型影响蒸发到大气的水分以及太阳辐射的吸收或反射。植被根部的状况与活动也对碳与水储存以及陆气通量有重要作用。叶被根部的状况与活动也对碳与水储存以及陆气通量有重要作用。叶被根部的状况与活动也对碳与水储存以及陆气通量有重要作用。叶被根部的状况与活动也对碳与水储存以及陆气通量有重要作用。叶面指数是描述植物群冠作用的一个重要指数，它与全球和区域气候面指数是描述植物群冠作用的一个重要指数，它与全球和区域气候面指数是描述植物群冠作用的一个重要指数，它与全球和区域气候面指数是描述植物群冠作用的一个重要指数，它与全球和区域气候变化有密切
26、的关联。陆地生态系统的生物变化有密切的关联。陆地生态系统的生物变化有密切的关联。陆地生态系统的生物变化有密切的关联。陆地生态系统的生物(shngw)(shngw)(shngw)(shngw)多样性影响关键多样性影响关键多样性影响关键多样性影响关键生态系统过程的量级（如生产力），对生态系统的长期稳定性有重生态系统过程的量级（如生产力），对生态系统的长期稳定性有重生态系统过程的量级（如生产力），对生态系统的长期稳定性有重生态系统过程的量级（如生产力），对生态系统的长期稳定性有重要作用。要作用。要作用。要作用。第13页/共45页第十四页，共45页。排放径流气溶胶降雨感热潜热交换干湿沉降pH调节氧化化
27、学冰辐射海盐质点气体交换营养物浮游植物 细菌浮游动物 病菌光化学溶解有机物第14页/共45页第十五页，共45页。第一章第一章 气候系统气候系统的物理气候系统气候系统的物理(wl)、化学、化学过程过程 四、气候系统的物理、化学过程四、气候系统的物理、化学过程四、气候系统的物理、化学过程四、气候系统的物理、化学过程1 1、大气热机运转、大气热机运转、大气热机运转、大气热机运转 2 2、气候系统中存在着各种时、空尺度的物理、化学过程。、气候系统中存在着各种时、空尺度的物理、化学过程。、气候系统中存在着各种时、空尺度的物理、化学过程。、气候系统中存在着各种时、空尺度的物理、化学过程。3 3、大尺度天气
28、系统的第一近似可视为绝热系统，而气候系统则必须、大尺度天气系统的第一近似可视为绝热系统，而气候系统则必须、大尺度天气系统的第一近似可视为绝热系统，而气候系统则必须、大尺度天气系统的第一近似可视为绝热系统，而气候系统则必须考虑考虑考虑考虑(k(k olol)非绝热加热。即外源强迫作用对气候系统显得更重要。非绝热加热。即外源强迫作用对气候系统显得更重要。非绝热加热。即外源强迫作用对气候系统显得更重要。非绝热加热。即外源强迫作用对气候系统显得更重要。4 4、物理、化学过程主要有辐射过程、云过程、陆面过程、海洋过程、物理、化学过程主要有辐射过程、云过程、陆面过程、海洋过程、物理、化学过程主要有辐射过程
29、、云过程、陆面过程、海洋过程、物理、化学过程主要有辐射过程、云过程、陆面过程、海洋过程、冰雪圈过程、气溶胶过程、二氧化碳过程及生物过程等等。冰雪圈过程、气溶胶过程、二氧化碳过程及生物过程等等。冰雪圈过程、气溶胶过程、二氧化碳过程及生物过程等等。冰雪圈过程、气溶胶过程、二氧化碳过程及生物过程等等。第15页/共45页第十六页，共45页。五、气候系统的基本(jbn)特性1 1、气候系统是一个复杂的、高度非线性的、开放的巨系统、气候系统是一个复杂的、高度非线性的、开放的巨系统、气候系统是一个复杂的、高度非线性的、开放的巨系统、气候系统是一个复杂的、高度非线性的、开放的巨系统地球气候系统是一个非常庞大的
30、系统，它包括了若干个子系地球气候系统是一个非常庞大的系统，它包括了若干个子系地球气候系统是一个非常庞大的系统，它包括了若干个子系地球气候系统是一个非常庞大的系统，它包括了若干个子系统。而且这些子系统又可被分解成许多个更小的二级子统。而且这些子系统又可被分解成许多个更小的二级子统。而且这些子系统又可被分解成许多个更小的二级子统。而且这些子系统又可被分解成许多个更小的二级子系统，它们都是复杂的多级结构。系统，它们都是复杂的多级结构。系统，它们都是复杂的多级结构。系统，它们都是复杂的多级结构。地球系统与外空间的物质交换是微乎其微的，在这个意义上地球系统与外空间的物质交换是微乎其微的，在这个意义上地球
31、系统与外空间的物质交换是微乎其微的，在这个意义上地球系统与外空间的物质交换是微乎其微的，在这个意义上气候系统可视为一个封闭系统。气候系统可视为一个封闭系统。气候系统可视为一个封闭系统。气候系统可视为一个封闭系统。气候系统与外空间有能量气候系统与外空间有能量气候系统与外空间有能量气候系统与外空间有能量(nngling)(nngling)的交换：吸收太阳辐射的交换：吸收太阳辐射的交换：吸收太阳辐射的交换：吸收太阳辐射的同时向外空间放射长波辐射以求得辐射能量的同时向外空间放射长波辐射以求得辐射能量的同时向外空间放射长波辐射以求得辐射能量的同时向外空间放射长波辐射以求得辐射能量(nngling)(nn
32、gling)的平衡，从热力学的观点来看，气候系统是的平衡，从热力学的观点来看，气候系统是的平衡，从热力学的观点来看，气候系统是的平衡，从热力学的观点来看，气候系统是一个开放系统。一个开放系统。一个开放系统。一个开放系统。对于其子系统，如大气、海洋和生物圈等等也都是开放系统。对于其子系统，如大气、海洋和生物圈等等也都是开放系统。对于其子系统，如大气、海洋和生物圈等等也都是开放系统。对于其子系统，如大气、海洋和生物圈等等也都是开放系统。在开放的气候系统中，既有能量在开放的气候系统中，既有能量在开放的气候系统中，既有能量在开放的气候系统中，既有能量(nngling)(nngling)的不断耗散，的不
33、断耗散，的不断耗散，的不断耗散，又有一些稳定的周期性的变化，还具有某些随机扰动系又有一些稳定的周期性的变化，还具有某些随机扰动系又有一些稳定的周期性的变化，还具有某些随机扰动系又有一些稳定的周期性的变化，还具有某些随机扰动系统的性质。统的性质。统的性质。统的性质。第16页/共45页第十七页，共45页。2 2、气候系统的复杂性、气候系统的复杂性、气候系统的复杂性、气候系统的复杂性 无论从描述气候系统的物理量空间分布和时间变化，无论从描述气候系统的物理量空间分布和时间变化，无论从描述气候系统的物理量空间分布和时间变化，无论从描述气候系统的物理量空间分布和时间变化，还是从气候系统中发生的过程类型，气
34、候系统都是还是从气候系统中发生的过程类型，气候系统都是还是从气候系统中发生的过程类型，气候系统都是还是从气候系统中发生的过程类型，气候系统都是非常复杂的。气候系统的复杂性也是气候学常胜不非常复杂的。气候系统的复杂性也是气候学常胜不非常复杂的。气候系统的复杂性也是气候学常胜不非常复杂的。气候系统的复杂性也是气候学常胜不衰的原因之一。衰的原因之一。衰的原因之一。衰的原因之一。气候要素的空间分布，从气候系统的低层到高层，气候要素的空间分布，从气候系统的低层到高层，气候要素的空间分布，从气候系统的低层到高层，气候要素的空间分布，从气候系统的低层到高层，从极地到赤道，从海洋到陆地从极地到赤道，从海洋到陆
35、地从极地到赤道，从海洋到陆地从极地到赤道，从海洋到陆地(ld)(ld)，气候要气候要气候要气候要素呈现出各种各样的复杂变化。素呈现出各种各样的复杂变化。素呈现出各种各样的复杂变化。素呈现出各种各样的复杂变化。气候系统随时间演变看，复杂性表现得更为突出：气候系统随时间演变看，复杂性表现得更为突出：气候系统随时间演变看，复杂性表现得更为突出：气候系统随时间演变看，复杂性表现得更为突出：既有规则的周期性变化，如日变化和年变化等，还既有规则的周期性变化，如日变化和年变化等，还既有规则的周期性变化，如日变化和年变化等，还既有规则的周期性变化，如日变化和年变化等，还有比较规则的准周期性变化，如准两年振荡等
36、，也有比较规则的准周期性变化，如准两年振荡等，也有比较规则的准周期性变化，如准两年振荡等，也有比较规则的准周期性变化，如准两年振荡等，也有看似随机的不规则变化；既有缓慢的趋势变化，有看似随机的不规则变化；既有缓慢的趋势变化，有看似随机的不规则变化；既有缓慢的趋势变化，有看似随机的不规则变化；既有缓慢的趋势变化，如近百年增暖，又有急剧的突变，如大气环流的突如近百年增暖，又有急剧的突变，如大气环流的突如近百年增暖，又有急剧的突变，如大气环流的突如近百年增暖，又有急剧的突变，如大气环流的突变、近千年来和近百年来的气候突变；变、近千年来和近百年来的气候突变；变、近千年来和近百年来的气候突变；变、近千年
37、来和近百年来的气候突变；第17页/共45页第十八页，共45页。从气候系统中发生的重要过程的类型来看，气候系统表现得如此复杂是必然的。这些过程正是气候系统各组成部份之间相互作用和相互影响的具体表现，也是气候系统表现出高度非线性的根本原因。气候系统中的重要过程按过程类型有三大类：物理(wl)过程、化学过程、生物过程等。第18页/共45页第十九页，共45页。辐射传输和热量输送，云辐射过程，陆面、海洋辐射传输和热量输送，云辐射过程，陆面、海洋和冰雪圈过程，水分、碳、硫等重要物理过程，臭和冰雪圈过程，水分、碳、硫等重要物理过程，臭氧及其光化学过程，气溶胶过程以及重要的生物过氧及其光化学过程，气溶胶过程以
38、及重要的生物过程；程；即使对于这些过程中的某一个，甚至某个过程中即使对于这些过程中的某一个，甚至某个过程中的某些环节都是极其复杂的。这些过程的复杂性意的某些环节都是极其复杂的。这些过程的复杂性意味着用单纯味着用单纯(dnchn)(dnchn)的统计方法进行气候形成与变的统计方法进行气候形成与变化的研究是有很大的局限性的。化的研究是有很大的局限性的。第19页/共45页第二十页，共45页。3 3、各个气候子系统之间显著各个气候子系统之间显著(xi(xi nzh)nzh)的热力学和动力学属性差异的热力学和动力学属性差异 地球气候系统的行为之所以表现得如此复杂多样(du yn)，一个重要的原因是组成气
39、候系统的各部分之间热力学和动力学属性有着非常显著的差异。第20页/共45页第二十一页，共45页。气候系统各组成部分气候系统各组成部分气候系统各组成部分气候系统各组成部分(z(z chn chn b fn)b fn)的热力学和动力学属性差的热力学和动力学属性差的热力学和动力学属性差的热力学和动力学属性差异异异异第21页/共45页第二十二页，共45页。n n空气具有最小的密度、比热容、热容量、热传导和热传空气具有最小的密度、比热容、热容量、热传导和热传空气具有最小的密度、比热容、热容量、热传导和热传空气具有最小的密度、比热容、热容量、热传导和热传导能力，最大的热扩散率和穿透深度。导能力，最大的热扩
40、散率和穿透深度。导能力，最大的热扩散率和穿透深度。导能力，最大的热扩散率和穿透深度。n n水具有较大水具有较大水具有较大水具有较大(jio d)(jio d)的密度、最大的比热容、热容量和的密度、最大的比热容、热容量和的密度、最大的比热容、热容量和的密度、最大的比热容、热容量和较大较大较大较大(jio d)(jio d)的热传导能力，最小的穿透深度。的热传导能力，最小的穿透深度。的热传导能力，最小的穿透深度。的热传导能力，最小的穿透深度。n n热扩散率和热传导能力是对于静态的空气和水而言的，热扩散率和热传导能力是对于静态的空气和水而言的，热扩散率和热传导能力是对于静态的空气和水而言的，热扩散率
41、和热传导能力是对于静态的空气和水而言的，对于运动着的空气和水来说，其热扩散率和热传导能力对于运动着的空气和水来说，其热扩散率和热传导能力对于运动着的空气和水来说，其热扩散率和热传导能力对于运动着的空气和水来说，其热扩散率和热传导能力分别要比表中数字大分别要比表中数字大分别要比表中数字大分别要比表中数字大4 4个和个和个和个和2 2个量级以上；个量级以上；个量级以上；个量级以上；n n冰雪圈的密度和热容量比水要小，远远比空气大，具有冰雪圈的密度和热容量比水要小，远远比空气大，具有冰雪圈的密度和热容量比水要小，远远比空气大，具有冰雪圈的密度和热容量比水要小，远远比空气大，具有最大的反射率；最大的反
42、射率；最大的反射率；最大的反射率；n n土壤（粘土为例）具有最大的密度、最小的比热容和较土壤（粘土为例）具有最大的密度、最小的比热容和较土壤（粘土为例）具有最大的密度、最小的比热容和较土壤（粘土为例）具有最大的密度、最小的比热容和较小的穿透深度，其热传导率和热传导能力不到水的一半。小的穿透深度，其热传导率和热传导能力不到水的一半。小的穿透深度，其热传导率和热传导能力不到水的一半。小的穿透深度，其热传导率和热传导能力不到水的一半。第22页/共45页第二十三页，共45页。4、气候系统的稳定性 气候系统的稳定性无疑是气候系统演变的重要性质。气候系统的稳定性主要受两个因素(yn s)的制约，一个是能量
43、收支的外部因素(yn s)，一个是气候系统内部的性质。第23页/共45页第二十四页，共45页。5、气候系统的反馈(fnku)过程 设两个子系统设两个子系统设两个子系统设两个子系统A A、B B组成的系统，组成的系统，组成的系统，组成的系统，A A的输出增量加强了的输出增量加强了的输出增量加强了的输出增量加强了B B的输出的输出的输出的输出增量，增量，增量，增量，B B的输出增量进一步又引发的输出增量进一步又引发的输出增量进一步又引发的输出增量进一步又引发A A的输出增量增加的输出增量增加的输出增量增加的输出增量增加(zngji)(zngji)，这样循环往复，使整个系统不断偏离稳定态，这种这样循
44、环往复，使整个系统不断偏离稳定态，这种这样循环往复，使整个系统不断偏离稳定态，这种这样循环往复，使整个系统不断偏离稳定态，这种A A与与与与B B的相互的相互的相互的相互作用称为正反馈机制。反之，若作用称为正反馈机制。反之，若作用称为正反馈机制。反之，若作用称为正反馈机制。反之，若A A的输出增量抑制了的输出增量抑制了的输出增量抑制了的输出增量抑制了B B的输出增的输出增的输出增的输出增量，减弱了的量，减弱了的量，减弱了的量，减弱了的B B输出增量使输出增量使输出增量使输出增量使A A的输出增量又进一步降低，这种的输出增量又进一步降低，这种的输出增量又进一步降低，这种的输出增量又进一步降低，这
45、种A A与与与与B B的相互作用称为负反馈机制。的相互作用称为负反馈机制。的相互作用称为负反馈机制。的相互作用称为负反馈机制。正反馈机制将使气候系统变得失去控制而不稳定，使气候出现异常正反馈机制将使气候系统变得失去控制而不稳定，使气候出现异常正反馈机制将使气候系统变得失去控制而不稳定，使气候出现异常正反馈机制将使气候系统变得失去控制而不稳定，使气候出现异常现象，现象，现象，现象，大气中存在负反馈作用，当大气中出现某一异常时，很快就能调整大气中存在负反馈作用，当大气中出现某一异常时，很快就能调整大气中存在负反馈作用，当大气中出现某一异常时，很快就能调整大气中存在负反馈作用，当大气中出现某一异常时
46、，很快就能调整到新的平衡状态，使气候处于一种相对的稳定态之中，可见气到新的平衡状态，使气候处于一种相对的稳定态之中，可见气到新的平衡状态，使气候处于一种相对的稳定态之中，可见气到新的平衡状态，使气候处于一种相对的稳定态之中，可见气候的不稳定性是由气候系统内部的正反馈机制控制着，而气候候的不稳定性是由气候系统内部的正反馈机制控制着，而气候候的不稳定性是由气候系统内部的正反馈机制控制着，而气候候的不稳定性是由气候系统内部的正反馈机制控制着，而气候的稳定性则是由气候系统内部的负反馈机制调节并维持的。气的稳定性则是由气候系统内部的负反馈机制调节并维持的。气的稳定性则是由气候系统内部的负反馈机制调节并维
47、持的。气的稳定性则是由气候系统内部的负反馈机制调节并维持的。气候的历史演变表明正、负反馈机制在气候系统中同时存在使气候的历史演变表明正、负反馈机制在气候系统中同时存在使气候的历史演变表明正、负反馈机制在气候系统中同时存在使气候的历史演变表明正、负反馈机制在气候系统中同时存在使气候系统总保持某种相对稳定状态。候系统总保持某种相对稳定状态。候系统总保持某种相对稳定状态。候系统总保持某种相对稳定状态。第24页/共45页第二十五页，共45页。气候系统的反馈(fnku)过程n n气候系统中的反馈机制对气候变化具有很重要的意义。气候系统中的反馈机制对气候变化具有很重要的意义。气候系统中的反馈机制对气候变化
48、具有很重要的意义。气候系统中的反馈机制对气候变化具有很重要的意义。弄清反馈过程的物理机制，在气候变化研究中是一个极弄清反馈过程的物理机制，在气候变化研究中是一个极弄清反馈过程的物理机制，在气候变化研究中是一个极弄清反馈过程的物理机制，在气候变化研究中是一个极为重要的问题，为重要的问题，为重要的问题，为重要的问题，n n正反馈过程有正反馈过程有正反馈过程有正反馈过程有(1)(1)冰雪面反射率温度；冰雪面反射率温度；冰雪面反射率温度；冰雪面反射率温度；(2)(2)水汽含量水汽含量水汽含量水汽含量(hnling)(hnling)红外逸出辐射温度；红外逸出辐射温度；红外逸出辐射温度；红外逸出辐射温度；
49、(3)CO2(3)CO2海温；海温；海温；海温；(4)(4)高云高云高云高云(或云顶高度或云顶高度或云顶高度或云顶高度)逸出辐射温度；逸出辐射温度；逸出辐射温度；逸出辐射温度；(5)(5)植物反射植物反射植物反射植物反射率稳定度等等。率稳定度等等。率稳定度等等。率稳定度等等。n n负反馈过程有负反馈过程有负反馈过程有负反馈过程有(1)(1)(中低中低中低中低)云量多太阳辐射少稳定度大云量多太阳辐射少稳定度大云量多太阳辐射少稳定度大云量多太阳辐射少稳定度大云量少；云量少；云量少；云量少；(2)(2)蒸发量大水面温度低蒸发小；蒸发量大水面温度低蒸发小；蒸发量大水面温度低蒸发小；蒸发量大水面温度低蒸
50、发小；(3)(3)赤赤赤赤道、极地温差大热量输送大赤道、极地温差小等等。道、极地温差大热量输送大赤道、极地温差小等等。道、极地温差大热量输送大赤道、极地温差小等等。道、极地温差大热量输送大赤道、极地温差小等等。第25页/共45页第二十六页，共45页。6、敏感性 敏感因子的定义为：控制气敏感因子的定义为：控制气候系统的外参数的改变所引起候系统的外参数的改变所引起(ynq)的气候变量的气候变量(如温度如温度)的相的相应改变量，即应改变量，即 ，为外参数。为外参数。第26页/共45页第二十七页，共45页。气候敏感性既依赖于施加于气候系统的强迫作用类型及气候敏感性既依赖于施加于气候系统的强迫作用类型及