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1、第八章：大气与海洋第一节：地球大气的平均状态一、地球大气的成分定常成分定常成分可变成分可变成分氮氮水汽水汽氧氧二氧化碳二氧化碳氩氩臭氧臭氧氖氖碳的化合物碳的化合物氪氪氮的化合物氮的化合物氙氙硫的化合物硫的化合物氦氦多集中在20km一下通常称不含水汽的空气为干空气，也成为干洁大气，称含有水汽的空气为湿空气主要集中在1040km高度处二、地球大气的铅直分层二、地球大气的铅直分层三、气象要素三、气象要素（一）气温（一）气温（二）气压（二）气压冬夏季海上和陆上的主要气压系统冬夏季海上和陆上的主要气压系统 冬季冬季夏季夏季陆地（冷源）陆地（冷源）海洋（热源）海洋（热源）陆地（热源）陆地（热源）海洋（冷源
2、）海洋（冷源）北北半半球球温温带带高压（蒙古高压（蒙古高压、北美高压、北美高压）高压）高压强大、高压强大、范围广范围广低压（阿留低压（阿留申低压、冰申低压、冰岛低压）岛低压）低压强、范低压强、范围广围广较弱的热低较弱的热低压压低压（阿留低压（阿留申低压、冰申低压、冰岛低压）岛低压）低压减弱、低压减弱、范围缩小范围缩小副副热热带带高压高压（比温带的（比温带的强度弱）强度弱）高压（夏威高压（夏威夷高压、亚夷高压、亚速尔高压）速尔高压）强度较弱、强度较弱、范围小范围小热低压（印热低压（印度低压、北度低压、北美低压）美低压）低压强、范低压强、范围大围大高压（太平高压（太平洋副高、大洋副高、大西洋副高）
3、西洋副高）高压强、范高压强、范围大围大赤赤道道带带赤道低压带呈带状分布，中赤道低压带呈带状分布，中心移到南半球心移到南半球赤道低压带中心移到北半球赤道低压带中心移到北半球南南半半球球赤赤道道带带赤道低压带中心移到北半球赤道低压带中心移到北半球赤道低压带呈带状分布，赤道低压带呈带状分布，中心移到南半球中心移到南半球副副热热带带低压低压减弱减弱高压（南太平洋副高压（南太平洋副高、南大西洋副高高、南大西洋副高和印度洋副高）和印度洋副高）高压强高压强低压（非洲低压（非洲低压、南美低压、南美低压、澳洲低压、澳洲低压）低压）低压强、范低压强、范围较大围较大高压（南太高压（南太平洋副高、平洋副高、南大西洋副
4、南大西洋副高和印度洋高和印度洋副高）副高）比冬季弱比冬季弱温温带带西风带西风带西风带西风带 冬季冬季夏季夏季陆地（冷源）陆地（冷源）海洋（热源）海洋（热源）陆地（热源）陆地（热源）海洋（冷源）海洋（冷源）（三）湿度（三）湿度1、水汽压：湿空气中由水汽引起的压强称为水汽压，以e表示2、饱和水汽压：当温度一定时，若从纯水的水平面逸入空气的水分与从空气中进入水面的水分处于平衡状态，此时水汽所造成的压强称为饱和水汽压，以E表示3、相对湿度：空气中的实际水汽压于同温度下的饱和、相对湿度：空气中的实际水汽压于同温度下的饱和水汽压之比，称为相对湿度水汽压之比，称为相对湿度4、露点：湿空气等压降温达到饱和时的
5、温度就是露点、露点：湿空气等压降温达到饱和时的温度就是露点（四）风（四）风地转风形成示意图低压中的梯度风高压中的梯度风摩擦力对风的影响南北半球高低压区的风摩擦层中风随高度的变化四、平均大气环流的铅直结构凡是大范围的、半球的或全球对流层、平流层或整层大气长期的平均运动状态，或某一时段的变化过程，都可以称为大气环流（一）单圈环流（二）三圈环流（二）三圈环流在北半球，沿经圈有三个闭合环流圈在北半球，沿经圈有三个闭合环流圈热带热带极地极地中高纬地区中高纬地区直接环流圈直接环流圈间接环流圈间接环流圈直接环流圈直接环流圈极地环流极地环流费雷尔环流费雷尔环流哈得莱环流哈得莱环流东风带东风带西风带西风带东风带
6、东风带五、季风五、季风大范围盛行风向随季节有显著变化的风系主要由海陆分布温度海陆分布温度对比的季节性变化对比的季节性变化和地球上行星风系行星风系的季节性南北移动的季节性南北移动所致季风的特点季风的特点:1、盛行风向随季节变化有很大不同，甚至接近相反方向、盛行风向随季节变化有很大不同，甚至接近相反方向2、两种季节各有不同的源地，其气团性质有着本质差异、两种季节各有不同的源地，其气团性质有着本质差异3、能够给天气现象造成明显的各种季节、能够给天气现象造成明显的各种季节全球有三个季风区全球有三个季风区印度季风区印度季风区东亚季风区东亚季风区西非季风区西非季风区影响因素影响因素海陆影响海陆影响行星环流
7、影响行星环流影响青藏高原大地形影响青藏高原大地形影响南北半球气流间的相互作用南北半球气流间的相互作用第二节：海洋上的天气系统第二节：海洋上的天气系统一、锋面冷锋冷空气暖空气暖空气暖锋冷空气云雨现象云雨现象是锋面天气的主要特征是锋面天气的主要特征暖空气冷空气滞留锋暖空气冷空气冷空气冷锋暖锋锢囚锋锢囚锋二、温带气旋二、温带气旋气旋气旋 低低北半球低压中心北半球低压中心逆时针逆时针方向由方向由四周向中心流入四周向中心流入南半球低压中心南半球低压中心顺时针顺时针方向由方向由四周向中心流入四周向中心流入低低反气旋反气旋 高高北半球高压中心北半球高压中心 顺时针顺时针方向方向由中心向四周流出由中心向四周流
8、出南半球高压中心南半球高压中心 逆时针逆时针方向方向由中心向四周流出由中心向四周流出高高温带气旋：带有锋面系统的气旋为锋面气旋，锋温带气旋：带有锋面系统的气旋为锋面气旋，锋 面气旋多产生于温带，亦称为温带气旋面气旋多产生于温带，亦称为温带气旋温带气旋的发展阶段波动阶段成熟阶段锢囚阶段消亡阶段35天天三、爆发性气旋海上严重的灾害性天气热带气旋(tropical cyclone)定义定义：热带气旋是形成在热带或副热带洋面上，具有有组织对流和确定的强烈气旋性地面环流的非锋面性天气尺度系统，一般具有暖中心结构，总是伴有狂风暴雨，给受影响地区造成严重灾害。四、台风四、台风热带低压热带低压（Tropica
9、l depression）台风是发生在台风是发生在热带海洋热带海洋上的一种具有上的一种具有暖暖心结构心结构的气旋性涡旋，是达到一定强度的气旋性涡旋，是达到一定强度的的热带气旋热带气旋。热带风暴热带风暴（Tropical storm）强热带风暴强热带风暴（Severe tropical storm）台风台风（Typhoon）我国按中心最大风力将热带气旋分为我国按中心最大风力将热带气旋分为台风的结构-气压场特征uu极低的中心气压和极大的水平气压梯度。uu在地面图上，热带气旋表现为一个准圆形对称的、梯度极大（5-10hpa/10km）的闭合低压系统。在外围受环境流场影响出现不对称，靠副高一侧梯度大。
10、图：地面气压场图：地面气压场台风过境气压自记曲线台风过境气压自记曲线台风过境气压自记曲线台风过境气压自记曲线“漏斗”状（19561956年年年年8 8月月月月1 1日日日日1818时到时到时到时到2 2日日日日7 7时，石浦）时，石浦）时，石浦）时，石浦）台风的结构-流场特征流场特征uu水平结构水平结构：外层区外层区（台风外圈，大风圈）：（台风外圈，大风圈）：从台风边缘到最大风速区（从台风边缘到最大风速区（400-400-600600公里），在该区域中风速向公里），在该区域中风速向外减弱外减弱-螺旋云带螺旋云带云墙区云墙区（中圈，旋涡区，最大风（中圈，旋涡区，最大风速区）：围绕眼区的环状最大风
11、速区）：围绕眼区的环状最大风速带，宽速带，宽8-508-50公里，与眼壁的云公里，与眼壁的云墙相一致，最强烈的对流和狂风墙相一致，最强烈的对流和狂风暴雨就发生在这里；暴雨就发生在这里；眼区眼区（内圈）：风弱、干暖、少（内圈）：风弱、干暖、少云，（云，（10-6010-60公里），眼是热带公里），眼是热带气旋区别于温带气旋的主要特征气旋区别于温带气旋的主要特征之一之一台风的结构台风的结构台风眼台风眼台风云墙台风云墙五、副热带高压五、副热带高压在南北半球的副热带地区，存在着副热带高压带，它是由若干高压单体组成的，这些单体统称为副热带高压。影响中国的副热带高压影响中国的副热带高压是是 西太平洋副热带
12、高压西太平洋副热带高压，其次是其次是青藏高压青藏高压海海海海陆陆陆陆分分分分布布布布不不不不同同同同：纬纬纬纬向向向向一一一一个个个个个个个个闭闭闭闭合合合合的的的的高高高高压压压压单单单单体体体体，海海海海上上上上：永久性活动中心永久性活动中心永久性活动中心永久性活动中心冬冬冬冬夏夏夏夏不不不不同同同同：北北北北半半半半球球球球夏夏夏夏季季季季强强强强冬冬冬冬季季季季弱弱弱弱，夏夏夏夏季季季季面面面面积积积积大大大大偏偏偏偏北北北北偏西，冬季反之。偏西，冬季反之。偏西，冬季反之。偏西，冬季反之。热带辐合带热带辐合带（ITCZITCZ-I InternterT Tropicalropical
13、C Convergence onvergence Z Zoneone）uu概况概况概况概况定义定义定义定义：又称又称赤道辐合带赤道辐合带，指出现在热带，指出现在热带对流层低层对流层低层、南北半球、南北半球两个副热带高压之间气压最低、两个副热带高压之间气压最低、气流汇合的地带气流汇合的地带。在。在流场上流场上表表现为一条连贯的南北两个半球的信风汇合区；在现为一条连贯的南北两个半球的信风汇合区；在地面气压场地面气压场上上表现为一个低压槽，故又称表现为一个低压槽，故又称“赤道槽赤道槽”或或“赤道锋赤道锋”。它。它几乎几乎环绕整个地球赤道环绕整个地球赤道，因此它是一个，因此它是一个行星尺度行星尺度的天
14、气系统。的天气系统。分类：分类：分类：分类：uu无风带无风带无风带无风带 是北半球偏东信风气流与来自另一半球偏西气是北半球偏东信风气流与来自另一半球偏西气流的汇合，因而在辐合带中地面基本静风，是东、西风的过流的汇合，因而在辐合带中地面基本静风，是东、西风的过渡带，北半球的夏季，它多活动于阿拉伯海到西太平洋的季渡带，北半球的夏季，它多活动于阿拉伯海到西太平洋的季风区内，故又称为风区内，故又称为季风辐合带季风辐合带或或季风槽季风槽。uu信风带信风带信风带信风带 是本半球偏东气流与来自另一半球的偏东气流是本半球偏东气流与来自另一半球的偏东气流的汇合，它是东北信风与东南信风交汇成一条渐近线形成的的汇合
15、，它是东北信风与东南信风交汇成一条渐近线形成的气流汇合、气压最低的地带，又称气流汇合、气压最低的地带，又称信风辐合带信风辐合带或或信风槽信风槽。龙卷风是一个猛烈旋转着的圆形空气柱，它的龙卷风是一个猛烈旋转着的圆形空气柱，它的龙卷风是一个猛烈旋转着的圆形空气柱，它的龙卷风是一个猛烈旋转着的圆形空气柱，它的上端与雷雨云相接，下端有的悬在半空中，有的上端与雷雨云相接，下端有的悬在半空中，有的上端与雷雨云相接，下端有的悬在半空中，有的上端与雷雨云相接，下端有的悬在半空中，有的直接延伸到地面或水面，一边旋转，一边向前移直接延伸到地面或水面，一边旋转，一边向前移直接延伸到地面或水面，一边旋转，一边向前移直
16、接延伸到地面或水面，一边旋转，一边向前移动。发生在海上，犹如动。发生在海上，犹如动。发生在海上，犹如动。发生在海上，犹如“龙吸水龙吸水龙吸水龙吸水”的现象，称为的现象，称为的现象，称为的现象，称为“水龙卷水龙卷水龙卷水龙卷”；出现在陆上，卷扬尘土，卷走房屋、；出现在陆上，卷扬尘土，卷走房屋、；出现在陆上，卷扬尘土，卷走房屋、；出现在陆上，卷扬尘土，卷走房屋、树木等的龙卷，称为树木等的龙卷，称为树木等的龙卷，称为树木等的龙卷，称为“陆龙卷陆龙卷陆龙卷陆龙卷”。远远看去，它。远远看去，它。远远看去，它。远远看去，它不仅很象吊在空中晃晃悠悠的一条巨蟒，而且很不仅很象吊在空中晃晃悠悠的一条巨蟒，而且很
17、不仅很象吊在空中晃晃悠悠的一条巨蟒，而且很不仅很象吊在空中晃晃悠悠的一条巨蟒，而且很象一个摆动不停的大象鼻子象一个摆动不停的大象鼻子象一个摆动不停的大象鼻子象一个摆动不停的大象鼻子海陆风uu在海滨地区，只要天气晴朗，白天风总是从海上在海滨地区，只要天气晴朗，白天风总是从海上吹向陆地；到夜里，风则从陆地吹向海上。从海吹向陆地；到夜里，风则从陆地吹向海上。从海上吹向陆地的风，叫做海风（左上图）；从陆地上吹向陆地的风，叫做海风（左上图）；从陆地吹向海上的风，称为陆风（右上图）。气象上常吹向海上的风，称为陆风（右上图）。气象上常把两者合称为海陆风把两者合称为海陆风山山 谷谷 风风uu住在山区的人都熟悉
18、，白天风从山谷吹向山坡，这种风叫谷风；到夜晚，风从山坡吹向山谷，这种风称山风。山风和谷风总称为山谷风uu山谷风的形成原理跟海陆风类似主要天气系统主要天气系统uu低纬度系统低纬度系统热带气旋（台风）热带气旋（台风）热带气旋（台风）热带气旋（台风）副热带高压副热带高压副热带高压副热带高压热带辐合带热带辐合带热带辐合带热带辐合带(ITCZ)(ITCZ)(ITCZ)(ITCZ)uu中高纬度系统中高纬度系统大气锋面大气锋面大气锋面大气锋面温带气旋温带气旋温带气旋温带气旋uu爆发性气旋爆发性气旋爆发性气旋爆发性气旋uu中小尺度天气系统中小尺度天气系统龙卷风龙卷风龙卷风龙卷风uu区域性天气系统区域性天气系统
19、海陆风海陆风海陆风海陆风山谷风山谷风山谷风山谷风寒潮uu定义定义定义定义：（cold wave,cold cold wave,cold curentcurent,cold surge),cold surge)寒潮天气过程是指与强大的冷高压相伴随的一种大规寒潮天气过程是指与强大的冷高压相伴随的一种大规模的强冷空气活动过程。中央气象台规定，对局地而模的强冷空气活动过程。中央气象台规定，对局地而言，由于受冷空气影响，言，由于受冷空气影响，2424小时气温下降小时气温下降1010 C C或以上，或以上，而且最低温度下降到而且最低温度下降到5 5 C C或以下，并伴有或以下，并伴有5 5级以上偏北级以上
20、偏北大风时，称为一次寒潮天气过程。寒潮可引起霜冻、大风时，称为一次寒潮天气过程。寒潮可引起霜冻、冻害、降雪、大风、雨凇等严重灾害性天气现象。冻害、降雪、大风、雨凇等严重灾害性天气现象。一次冷空气活动使长江流域以及以北地区一次冷空气活动使长江流域以及以北地区4848小时降温小时降温10 10 C C以上，长江流域最低温度达以上，长江流域最低温度达4 4 C C以下，陆上有相以下，陆上有相当于三个行政区出现当于三个行政区出现5-75-7级大风，沿海有三个海区出现级大风，沿海有三个海区出现7 7级以上大风者，称强寒潮。级以上大风者，称强寒潮。寒潮概述寒潮概述-寒潮过程等级的划分uu全国性寒潮全国性寒
21、潮：凡日平均气温的过程总降温凡日平均气温的过程总降温1010 C C，负距平的绝对值负距平的绝对值5 5 C C的站点数，的站点数，北方北方=32=32站（占北方站点数的三分之一）、南方站（占北方站点数的三分之一）、南方=13=13站（约占南方站（约占南方站点数的四分之一）；或南北方达到上述影响强度的总站数站点数的四分之一）；或南北方达到上述影响强度的总站数=40=40站，站，同时过程总降温同时过程总降温=7=7 C C，负距平的绝对值负距平的绝对值 3 3 C C的总站数大于的总站数大于9090（占（占南北方站点总数的南北方站点总数的60%60%），则作为），则作为“全国性寒潮全国性寒潮”。
22、uu区域性寒潮：区域性寒潮：凡日平均气温的过程总降温凡日平均气温的过程总降温1010 C C，负距平绝对值负距平绝对值5 5 C C的南北方站点的南北方站点数数=20=20站，同时过程总降温站，同时过程总降温=7=7 C C，负距平的绝对值负距平的绝对值 3 3 C C的总站数的总站数大于大于4040站的，则作为站的，则作为“区域性寒潮区域性寒潮”。uu强冷空气：强冷空气：凡同样影响强度的站点数达到区域性寒潮标准的一半以上时，则作凡同样影响强度的站点数达到区域性寒潮标准的一半以上时，则作为为“强冷空气强冷空气”。uu一般冷空气：一般冷空气：凡未达到强冷空气标准的过程，一律作为凡未达到强冷空气标
23、准的过程，一律作为“一般冷空气一般冷空气”。第三节：海洋大气相互作用第三节：海洋大气相互作用一、气候系统一、气候系统（一）（一）气候系统气候系统的组成的组成由由大气圈大气圈、水圈水圈、冰雪圈冰雪圈、岩石圈岩石圈和和生物圈生物圈五个五个主要分量构成的综合系统，气候变化可视为五个主要分量构成的综合系统，气候变化可视为五个分量相互联系、相互作用的总体行为。分量相互联系、相互作用的总体行为。二、海洋在气候系统中的地位二、海洋在气候系统中的地位海洋是地球气候系统中最重要的组成部分海洋是地球气候系统中最重要的组成部分1、海洋，尤其是热带海洋，是大气运动的重要能源、海洋，尤其是热带海洋，是大气运动的重要能源
24、2、海洋具有极大的热容量，相对大气运动，海洋比较、海洋具有极大的热容量，相对大气运动，海洋比较稳定，运动和变化比较缓慢稳定，运动和变化比较缓慢3、海洋是地球大气系统中二氧化碳最大的汇、海洋是地球大气系统中二氧化碳最大的汇影响影响1、海洋对大气系统热力平衡的影响、海洋对大气系统热力平衡的影响2、海洋对水汽循环的影响、海洋对水汽循环的影响3、海洋对大气运动的调谐作用、海洋对大气运动的调谐作用4、海洋对温室效应的缓解作用、海洋对温室效应的缓解作用三、海洋与大气相互作用的基本特征三、海洋与大气相互作用的基本特征1、海洋对大气的热力作用、海洋对大气的热力作用2、大气对海洋的风应力强迫、大气对海洋的风应力
25、强迫四、四、ENSO及其对大气环流的影响及其对大气环流的影响（一）定义（一）定义ENSO：是厄尔尼诺是厄尔尼诺（El Nino）和南方涛动（和南方涛动（Southern Oscillation）的合称）的合称厄尔尼诺厄尔尼诺：每年圣诞前后，沿厄瓜多尔和秘鲁沿岸，出现：每年圣诞前后，沿厄瓜多尔和秘鲁沿岸，出现一弱暖洋流，代替了通常对应的冷水。近年来指一种更大一弱暖洋流，代替了通常对应的冷水。近年来指一种更大尺度的海洋异常现象，三到七年发生一次。尺度的海洋异常现象，三到七年发生一次。南方涛动：热带东太平洋地区与热带印度洋地区气压场反南方涛动：热带东太平洋地区与热带印度洋地区气压场反相变化的跷跷板现
26、象。相变化的跷跷板现象。拉尼娜（拉尼娜（la Nina）：冷水事件，是厄尔尼诺恢复正常状）：冷水事件，是厄尔尼诺恢复正常状态的过渡过程。态的过渡过程。El Nio和和La Nia事件对大气环流及全球气事件对大气环流及全球气候变异的影响候变异的影响:uu由于赤道东太平洋由于赤道东太平洋由于赤道东太平洋由于赤道东太平洋SSTSST异常异常异常异常(El NioEl Nio现象现象现象现象)，大气中的，大气中的，大气中的，大气中的HadleyHadley环流将会增强。环流将会增强。环流将会增强。环流将会增强。ITCZ(ITCZ(赤道辐合带赤道辐合带赤道辐合带赤道辐合带)的位置有明显的东移趋势，的位置
27、有明显的东移趋势，的位置有明显的东移趋势，的位置有明显的东移趋势，这必将这必将这必将这必将影响西太平洋台风运动。影响西太平洋台风运动。影响西太平洋台风运动。影响西太平洋台风运动。uu对西太平洋副热带高压活动有明显的影响，包括副高位置和强对西太平洋副热带高压活动有明显的影响，包括副高位置和强对西太平洋副热带高压活动有明显的影响，包括副高位置和强对西太平洋副热带高压活动有明显的影响，包括副高位置和强度。度。度。度。与与与与 El NioEl Nio年年年年ITCZITCZ位置偏南相匹配，西太副高也偏南。位置偏南相匹配，西太副高也偏南。位置偏南相匹配，西太副高也偏南。位置偏南相匹配，西太副高也偏南。
28、而在而在而在而在La La NiaNia年副高脊线较常年偏北。年副高脊线较常年偏北。年副高脊线较常年偏北。年副高脊线较常年偏北。uu全球范围的气候异常。全球范围的气候异常。全球范围的气候异常。全球范围的气候异常。南美东岸的环流上升支西移到了南美西南美东岸的环流上升支西移到了南美西南美东岸的环流上升支西移到了南美西南美东岸的环流上升支西移到了南美西岸，积云对流活动在秘鲁沿岸极为强烈，造成哥伦比亚、厄瓜岸，积云对流活动在秘鲁沿岸极为强烈，造成哥伦比亚、厄瓜岸，积云对流活动在秘鲁沿岸极为强烈，造成哥伦比亚、厄瓜岸，积云对流活动在秘鲁沿岸极为强烈，造成哥伦比亚、厄瓜多尔和秘鲁等地持续大雨多尔和秘鲁等地
29、持续大雨多尔和秘鲁等地持续大雨多尔和秘鲁等地持续大雨(8384(8384秘鲁秘鲁秘鲁秘鲁340340倍倍倍倍)。而南亚、印度尼。而南亚、印度尼。而南亚、印度尼。而南亚、印度尼西亚和东南非洲的大范围干旱。西亚和东南非洲的大范围干旱。西亚和东南非洲的大范围干旱。西亚和东南非洲的大范围干旱。uu厄尔尼诺使中高纬度西风加强，厄尔尼诺使中高纬度西风加强，厄尔尼诺使中高纬度西风加强，厄尔尼诺使中高纬度西风加强，阿留申低压往往比正常时强，阿留申低压往往比正常时强，阿留申低压往往比正常时强，阿留申低压往往比正常时强，因而常给北美西岸造成频繁的强风暴活动，暴风雨和风暴浪潮因而常给北美西岸造成频繁的强风暴活动，暴风雨和风暴浪潮因而常给北美西岸造成频繁的强风暴活动，暴风雨和风暴浪潮因而常给北美西岸造成频繁的强风暴活动，暴风雨和风暴浪潮严重。严重。严重。严重。uu对中国气候也有明显影响。对中国气候也有明显影响。对中国气候也有明显影响。对中国气候也有明显影响。uu众多的气候灾害说明厄尔尼诺和拉尼娜现象影响大气环流从而众多的气候灾害说明厄尔尼诺和拉尼娜现象影响大气环流从而众多的气候灾害说明厄尔尼诺和拉尼娜现象影响大气环流从而众多的气候灾害说明厄尔尼诺和拉尼娜现象影响大气环流从而导致全球气候异常。导致全球气候异常。导致全球气候异常。导致全球气候异常。