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1、 气候系统气候系统气候形成和维持的物理因素气候形成和维持的物理因素 气候系统的加热率气候系统的加热率 风、洋流及大尺度涡旋通过对物理量的输送达风、洋流及大尺度涡旋通过对物理量的输送达到稳定平衡到稳定平衡,维持一定的地球热量平衡态。维持一定的地球热量平衡态。当气候系统的能量平衡受到破坏当气候系统的能量平衡受到破坏,将导致气候将导致气候系统状态的改变系统状态的改变,即气候变化。即气候变化。气候系统气候系统 地球表面的能量收支平衡与温室效应地球表面的能量收支平衡与温室效应 大气和海洋环流大气和海洋环流 水文循环与气候系统中的反馈过程水文循环与气候系统中的反馈过程 地球表面的能量收支平衡与温室效应地球
2、表面的能量收支平衡与温室效应影响气候系统加热率影响气候系统加热率的的因素：因素：1 1 1 1）到达大气上界的太阳辐射的变化（地球轨道要素的到达大气上界的太阳辐射的变化（地球轨道要素的到达大气上界的太阳辐射的变化（地球轨道要素的到达大气上界的太阳辐射的变化（地球轨道要素的影响）影响）影响）影响）,其变化是引起影响地球能量收支平衡的外在因素。其变化是引起影响地球能量收支平衡的外在因素。其变化是引起影响地球能量收支平衡的外在因素。其变化是引起影响地球能量收支平衡的外在因素。2 2 2 2）地球的行星反射率地球的行星反射率地球的行星反射率地球的行星反射率,决定到达地球的太阳能有多少决定到达地球的太阳
3、能有多少决定到达地球的太阳能有多少决定到达地球的太阳能有多少份额被反射回太空份额被反射回太空份额被反射回太空份额被反射回太空（云量、大气气溶胶、冰雪覆盖面积、陆地（云量、大气气溶胶、冰雪覆盖面积、陆地（云量、大气气溶胶、冰雪覆盖面积、陆地（云量、大气气溶胶、冰雪覆盖面积、陆地植被、地貌形态植被、地貌形态植被、地貌形态植被、地貌形态,以及海陆分布格局等）以及海陆分布格局等）以及海陆分布格局等）以及海陆分布格局等）。这些因素的改变可。这些因素的改变可。这些因素的改变可。这些因素的改变可导致地球实际接收到的太阳辐射发生改变。导致地球实际接收到的太阳辐射发生改变。导致地球实际接收到的太阳辐射发生改变。
4、导致地球实际接收到的太阳辐射发生改变。3 3 3 3）太阳能在地球系统中滞留的时间太阳能在地球系统中滞留的时间太阳能在地球系统中滞留的时间太阳能在地球系统中滞留的时间,与地球的温室效应与地球的温室效应与地球的温室效应与地球的温室效应相联系。相联系。相联系。相联系。温室效应温室效应温室效应温室效应大气中各种微量气体对地表长波辐射的吸收决定大气中各种微量气体对地表长波辐射的吸收决定大气中各种微量气体对地表长波辐射的吸收决定大气中各种微量气体对地表长波辐射的吸收决定了地面温度的变化。水汽了地面温度的变化。水汽了地面温度的变化。水汽了地面温度的变化。水汽(H(H(H(H2 2 2 20)0)0)0)、
5、二氧化碳、二氧化碳、二氧化碳、二氧化碳(C0(C0(C0(C02 2 2 2)、氧化亚氮、氧化亚氮、氧化亚氮、氧化亚氮(N(N(N(N2 2 2 20)0)0)0)、甲烷甲烷甲烷甲烷(CH(CH(CH(CH4 4 4 4)和氯氟烃等温室气体对进入地球的太阳辐射影响不大和氯氟烃等温室气体对进入地球的太阳辐射影响不大和氯氟烃等温室气体对进入地球的太阳辐射影响不大和氯氟烃等温室气体对进入地球的太阳辐射影响不大,但但但但强烈地吸收地球的长波辐射强烈地吸收地球的长波辐射强烈地吸收地球的长波辐射强烈地吸收地球的长波辐射,从而在地球的表面形成一层保温层从而在地球的表面形成一层保温层从而在地球的表面形成一层保
6、温层从而在地球的表面形成一层保温层,使使使使地球所接收的太阳能不是马上就散失掉地球所接收的太阳能不是马上就散失掉地球所接收的太阳能不是马上就散失掉地球所接收的太阳能不是马上就散失掉,而是在其返回宇宙空间之前而是在其返回宇宙空间之前而是在其返回宇宙空间之前而是在其返回宇宙空间之前反复地加热地球反复地加热地球反复地加热地球反复地加热地球,使地球变得象温室一样温暖使地球变得象温室一样温暖使地球变得象温室一样温暖使地球变得象温室一样温暖,即即即即“温室效应温室效应温室效应温室效应”。温室气体的增减会改变地球的温室效应温室气体的增减会改变地球的温室效应温室气体的增减会改变地球的温室效应温室气体的增减会改
7、变地球的温室效应,导致地表温度发生相应导致地表温度发生相应导致地表温度发生相应导致地表温度发生相应的变化。的变化。的变化。的变化。如果没有温室气体如果没有温室气体如果没有温室气体如果没有温室气体,地表温度将较现代低地表温度将较现代低地表温度将较现代低地表温度将较现代低32,32,32,32,即为即为即为即为-17-17-17-17（现在现在现在现在15151515）；如果不考虑云的反射作用；如果不考虑云的反射作用；如果不考虑云的反射作用；如果不考虑云的反射作用,地面温度也将较现代低地面温度也将较现代低地面温度也将较现代低地面温度也将较现代低21212121。果。果。果。果真如此真如此真如此真如
8、此,地球上的水将因此而停止循环地球上的水将因此而停止循环地球上的水将因此而停止循环地球上的水将因此而停止循环,地球上的生命也将毁灭。地球上的生命也将毁灭。地球上的生命也将毁灭。地球上的生命也将毁灭。维持温室气体的平衡是地球生物化学循环的重维持温室气体的平衡是地球生物化学循环的重要环节。要环节。大气温室气体含量的调控大气温室气体含量的调控:1 1）自然状况下温室气体由生物过程和海洋过）自然状况下温室气体由生物过程和海洋过程来调节的；程来调节的；2 2）人类活动向排放的大量温室气体导致自然）人类活动向排放的大量温室气体导致自然平衡受到破坏。平衡受到破坏。地面地面大气大气热机的热机的主要热源主要热源
9、 大气从地面获得的能量是大气直接从太阳获得大气从地面获得的能量是大气直接从太阳获得的能量的的能量的2.32.3倍。倍。穿过大气达地面的太阳辐射穿过大气达地面的太阳辐射,约有约有80%80%被海洋吸被海洋吸收收,地面通过长波辐射、潜热释放及感热输送的形式地面通过长波辐射、潜热释放及感热输送的形式传输给大气。传输给大气。在地面热源中在地面热源中,海洋的潜热占海洋的潜热占50%50%以上以上,比感热多比感热多两倍多两倍多 (23:7)(23:7)。海洋贮藏了地球所接收的太阳能并。海洋贮藏了地球所接收的太阳能并将其转化为驱动气候系统的动力。将其转化为驱动气候系统的动力。气候系统通过大气和海洋的运动实现
10、物质和气候系统通过大气和海洋的运动实现物质和能量的传输与转化。能量的传输与转化。海气之间在气候尺度内存在着密切的、甚至海气之间在气候尺度内存在着密切的、甚至是共生的耦合关系。是共生的耦合关系。海洋推动大气运动海洋推动大气运动（主要通过对潜热和感热的输（主要通过对潜热和感热的输（主要通过对潜热和感热的输（主要通过对潜热和感热的输送）送）送）送）,强烈地影响气候；强烈地影响气候；大气影响海洋环流大气影响海洋环流（主要通过风应力将动量送给（主要通过风应力将动量送给（主要通过风应力将动量送给（主要通过风应力将动量送给海洋）海洋）海洋）海洋）。大气环流传输着热量和水分大气环流传输着热量和水分,水分的传输
11、影响水分的传输影响陆地上降水的分布、冰盖的发展以及海水的盐度。陆地上降水的分布、冰盖的发展以及海水的盐度。大气环流的基本状况决定着全球的或区域的天大气环流的基本状况决定着全球的或区域的天气和气候类型及其变化。气和气候类型及其变化。气候的异常气候的异常(如旱如旱、涝涝)均均与大气环流的某种持与大气环流的某种持续异常有关。续异常有关。全球大气环流形式：全球大气环流形式：1 1、平均经圈环流平均经圈环流由由赤道与极地间的能量赤道与极地间的能量梯度作用和地球自转的影响所产生的大气运动；梯度作用和地球自转的影响所产生的大气运动；2 2、沃克环流沃克环流赤道地区大洋东、西两侧海赤道地区大洋东、西两侧海水冷
12、暖差异形成的大气纬圈环流；水冷暖差异形成的大气纬圈环流；3 3、季风环流季风环流由于海、陆分布及其物理性由于海、陆分布及其物理性质的不同所产生的热力差异而导致的。质的不同所产生的热力差异而导致的。中高纬中高纬中高纬中高纬是以极涡为中心环绕纬圈的西风环流（冬强夏是以极涡为中心环绕纬圈的西风环流（冬强夏是以极涡为中心环绕纬圈的西风环流（冬强夏是以极涡为中心环绕纬圈的西风环流（冬强夏弱），西风带中有弱），西风带中有弱），西风带中有弱），西风带中有“冬三夏四冬三夏四冬三夏四冬三夏四”的平均长波槽。的平均长波槽。的平均长波槽。的平均长波槽。冬季三个长波槽：冬季三个长波槽：冬季三个长波槽：冬季三个长波槽：
13、东亚大槽东亚大槽东亚大槽东亚大槽 140 140E E 北美大槽北美大槽北美大槽北美大槽 70 70WW 欧洲浅槽欧洲浅槽欧洲浅槽欧洲浅槽 40 40EE 夏季四个长波槽：夏季四个长波槽：夏季四个长波槽：夏季四个长波槽：东亚大槽东亚大槽东亚大槽东亚大槽 160180E160180E 北美大槽北美大槽北美大槽北美大槽 60 60WW 欧洲西海岸槽欧洲西海岸槽欧洲西海岸槽欧洲西海岸槽 0 0 1010EE 贝加尔湖西部槽贝加尔湖西部槽贝加尔湖西部槽贝加尔湖西部槽 90 90EE 冬季中低纬有冬季中低纬有冬季中低纬有冬季中低纬有5 5个西风带槽：个西风带槽：个西风带槽：个西风带槽：东亚、北美、孟加拉
14、湾、地中海、东太平洋东亚、北美、孟加拉湾、地中海、东太平洋东亚、北美、孟加拉湾、地中海、东太平洋东亚、北美、孟加拉湾、地中海、东太平洋中纬度中纬度低纬度低纬度 低纬度为副热带高压控制低纬度为副热带高压控制 （冬弱夏强，随季节南北位移）（冬弱夏强，随季节南北位移）冬季副高弱冬季副高弱其范围在其范围在20 N N以南以南 夏季副高强夏季副高强其范围在其范围在40 N N以南以南 ENSO ENSO 循环循环 当印度洋地区出现气压正距平时，东南太平洋及南美当印度洋地区出现气压正距平时，东南太平洋及南美地区将有负距平；反之亦然。地区将有负距平；反之亦然。沃克环流沃克环流 赤赤道道东东太太平平洋洋是是冷
15、冷水水上上翻翻区区。这这个个冷冷水水域域是是赤赤道道地地区区最强的最强的，因此形成了著名的赤道干旱带。因此形成了著名的赤道干旱带。在日界线以东在日界线以东0 01010S S范范围内年降水量仅围内年降水量仅500500mmmm左右。左右。西西太太平平洋洋从从日日界界线线往往西西到到菲菲律律宾宾是是所所谓谓“暖暖池池”。在在西西太太平平洋洋赤赤道道附附近近年年降降水水量量在在20002000mmmm以以上上，1010N N及及1010S S附附近两个半球的热带辐合带年降水量高达近两个半球的热带辐合带年降水量高达5005000mm0mm。在在菲菲律律宾宾以以东东的的暖暖池池与与赤赤道道东东太太平平
16、洋洋的的冷冷水水域域之之间间形形成强烈的温度成强烈的温度对比。对比。BjerknesBjerknes首首先先（19691969）指指出出这这种种东东西西向向对对比比的的重重要要性性。并且并且认为赤道太平洋上空可能存在一个纬向环流圈认为赤道太平洋上空可能存在一个纬向环流圈。沃克环流沃克环流 赤赤道道东东太太平平洋洋冷冷水水域域上上空空大大气气是是下下沉沉运运动动，西西太太平平洋洋印印度度尼尼西西亚亚海海洋洋大大陆陆上上空空大大气气对对流流强强烈烈，以以上上升升运运动动为为主主，而而地地面面为为东东风风信信风风，高高空空对对流流层层上上层层为为西西风风，这这样样就就形成一个闭合的东西向环流圈形成一
17、个闭合的东西向环流圈。沃沃克克环环流流是是赤赤道道地地区区海海气气作作用用的的产产物物,并并通通过过大大气气的的遥遥相相关关作作用用影影响响到到其其它它地地区区,在在整整个个赤赤道道纬纬圈圈均均存存在在沃沃克克环流。环流。厄尔尼诺对全球气候的影响厄尔尼诺对全球气候的影响 季风环流季风环流 （季风环流产生了独特的天气气候现象和气候变化）季风环流产生了独特的天气气候现象和气候变化）季风的基本概念季风的基本概念 以一年为周期，大范围地区的盛行风随季节而有显著改以一年为周期，大范围地区的盛行风随季节而有显著改变的现象，称为季风。变的现象，称为季风。季风的分布季风的分布世界季风区分布：世界季风区分布：约
18、在约在 30WW 170EE，20SS 35NN的范围，的范围，其中以东亚和其中以东亚和南亚的季风最显著。南亚的季风最显著。东亚季风范围广、强度大，冬季风强于夏季风。东亚季风范围广、强度大，冬季风强于夏季风。南亚季风（印度季风），夏季风强于冬季风。南亚季风（印度季风），夏季风强于冬季风。东亚东亚南亚季风气候特点：南亚季风气候特点：（1 1）盛行风向随季节变化很大，甚至相反；）盛行风向随季节变化很大，甚至相反；（2 2）季风源地不同，气团性质不同，冬季寒冷干燥，夏）季风源地不同，气团性质不同，冬季寒冷干燥，夏季炎热湿润；季炎热湿润；（3 3）造成的天气现象有本质的季节性差异，冬季干燥少）造成的天
19、气现象有本质的季节性差异，冬季干燥少雨，夏季湿润多雨，多暴雨；热带地区有旱季与雨季之分。雨，夏季湿润多雨，多暴雨；热带地区有旱季与雨季之分。季风的成因：季风的成因：（1）海陆之间的热力差异）海陆之间的热力差异 （2）行星风系的季节性位移）行星风系的季节性位移 （3）大地形的作用如青藏高原）大地形的作用如青藏高原我国雨季的起讫与东亚夏季风的进退我国雨季的起讫与东亚夏季风的进退 雨带位移特点：雨带位移特点：3次急进次急进3次渐进次渐进 5 5月雨带位于华南沿海；月雨带位于华南沿海；6 6月上旬移至南岭以北和闽浙交界处；月上旬移至南岭以北和闽浙交界处；6 6月中旬雨带第一次急进，迅速移过两湖盆地，雨
20、带抵近长江沿岸，月中旬雨带第一次急进，迅速移过两湖盆地，雨带抵近长江沿岸，停滞停滞2020天左右；天左右；7 7月中旬雨带第月中旬雨带第2 2次急进至次急进至40N40N以北；以北；8 8月中旬雨带达最北，之后逐渐难移；月中旬雨带达最北，之后逐渐难移；8 8月下旬后很快难移，半个月后抵华南。月下旬后很快难移，半个月后抵华南。海洋环流海洋环流 大气和海洋以复杂的非线性方式紧密联结在一起大气和海洋以复杂的非线性方式紧密联结在一起大气和海洋以复杂的非线性方式紧密联结在一起大气和海洋以复杂的非线性方式紧密联结在一起,形成一个形成一个形成一个形成一个十分敏感的耦合系统十分敏感的耦合系统十分敏感的耦合系统
21、十分敏感的耦合系统,共同承担着地球上能量的传递作用共同承担着地球上能量的传递作用共同承担着地球上能量的传递作用共同承担着地球上能量的传递作用,是是是是热量从赤道向极地传输的重要方式。热量从赤道向极地传输的重要方式。热量从赤道向极地传输的重要方式。热量从赤道向极地传输的重要方式。大气环流驱动大洋表层水体发生相应的运动大气环流驱动大洋表层水体发生相应的运动大气环流驱动大洋表层水体发生相应的运动大气环流驱动大洋表层水体发生相应的运动,形成表层形成表层形成表层形成表层环流。在表层水被从原地吹离的地区环流。在表层水被从原地吹离的地区环流。在表层水被从原地吹离的地区环流。在表层水被从原地吹离的地区,下伏的
22、次表层水将会下伏的次表层水将会下伏的次表层水将会下伏的次表层水将会上涌补充上涌补充上涌补充上涌补充,形成上升流；相反形成上升流；相反形成上升流；相反形成上升流；相反,在表水汇聚地区在表水汇聚地区在表水汇聚地区在表水汇聚地区,又会形成下又会形成下又会形成下又会形成下降流。在有上升流和下降流的地区降流。在有上升流和下降流的地区降流。在有上升流和下降流的地区降流。在有上升流和下降流的地区,其海洋表面温度低于或其海洋表面温度低于或其海洋表面温度低于或其海洋表面温度低于或高于其它海区高于其它海区高于其它海区高于其它海区,赤道地区大洋两侧海水温度的差别导致了沃赤道地区大洋两侧海水温度的差别导致了沃赤道地区
23、大洋两侧海水温度的差别导致了沃赤道地区大洋两侧海水温度的差别导致了沃克环流的出现克环流的出现克环流的出现克环流的出现,海温的变异引起厄尔尼诺与拉尼娜现象的发海温的变异引起厄尔尼诺与拉尼娜现象的发海温的变异引起厄尔尼诺与拉尼娜现象的发海温的变异引起厄尔尼诺与拉尼娜现象的发生生生生,并通过海气作用导致沃克环流异常并通过海气作用导致沃克环流异常并通过海气作用导致沃克环流异常并通过海气作用导致沃克环流异常,造成大尺度的环流异造成大尺度的环流异造成大尺度的环流异造成大尺度的环流异常与全球气候异常。此外常与全球气候异常。此外常与全球气候异常。此外常与全球气候异常。此外,在邻近外海有冷的上升流的大陆在邻近外
24、海有冷的上升流的大陆在邻近外海有冷的上升流的大陆在邻近外海有冷的上升流的大陆地区往往出现干旱气候。地区往往出现干旱气候。地区往往出现干旱气候。地区往往出现干旱气候。热盐环流（温盐环流）热盐环流（温盐环流）由于温度和盐度由于温度和盐度由于温度和盐度由于温度和盐度 的变化引起海水密度的变化引起海水密度的变化引起海水密度的变化引起海水密度 的变化，由此导致的的变化，由此导致的的变化，由此导致的的变化，由此导致的 海水运动称之密度又海水运动称之密度又海水运动称之密度又海水运动称之密度又 取决于取决于取决于取决于,所以也称为所以也称为所以也称为所以也称为 热盐环流。热盐环流。热盐环流。热盐环流。全球大洋
25、传输带（全球大洋传输带（1996）极区因辐射冷却等因素而形成的寒冷、高盐、高密极区因辐射冷却等因素而形成的寒冷、高盐、高密度的海水强烈下沉度的海水强烈下沉,形成底层流或深层流。尤形成底层流或深层流。尤 其是北大西洋的高盐度水以深层流的形式向南流其是北大西洋的高盐度水以深层流的形式向南流,在绕过非洲南端后在绕过非洲南端后,除部分向北流到印度洋外除部分向北流到印度洋外,其余其余的一直向东流入太平洋的一直向东流入太平洋,在此在此,受温暖和入注淡水的稀受温暖和入注淡水的稀释作用释作用,海水密度降低并上升到表面海水密度降低并上升到表面,然后向西运动返然后向西运动返回到大西洋以平衡外流的水体。由此构成大西
26、洋和太回到大西洋以平衡外流的水体。由此构成大西洋和太平洋之间的水体流动构成了一个跨越大洋的海洋平洋之间的水体流动构成了一个跨越大洋的海洋“传传送带送带”。热盐环流热盐环流的重要性的重要性 通过大洋传送带通过大洋传送带通过大洋传送带通过大洋传送带,温暖、低盐的表层水由东至西地传送到大西洋温暖、低盐的表层水由东至西地传送到大西洋温暖、低盐的表层水由东至西地传送到大西洋温暖、低盐的表层水由东至西地传送到大西洋,而深而深而深而深层的、高盐度的冷水被从西向东送入太平洋层的、高盐度的冷水被从西向东送入太平洋层的、高盐度的冷水被从西向东送入太平洋层的、高盐度的冷水被从西向东送入太平洋,由此造成的水汽交换量达
27、由此造成的水汽交换量达由此造成的水汽交换量达由此造成的水汽交换量达 20102010201020106 6 6 6m m m m3 3 3 3/s/s/s/s。由于向北流的供给海水平均温度为。由于向北流的供给海水平均温度为。由于向北流的供给海水平均温度为。由于向北流的供给海水平均温度为10,10,10,10,向南流动的深层向南流动的深层向南流动的深层向南流动的深层水为水为水为水为2,2,2,2,每形成每形成每形成每形成1m1m1m1m3 3 3 3的深水将释放的深水将释放的深水将释放的深水将释放 33.48J33.48J33.48J33.48J 的热量的热量的热量的热量,一年中由此所释放一年中
28、由此所释放一年中由此所释放一年中由此所释放的总热量达的总热量达的总热量达的总热量达20.91020.91020.91020.91021212121J,J,J,J,相当于相当于相当于相当于35N35N35N35N的北大西洋地区每平方厘米的大的北大西洋地区每平方厘米的大的北大西洋地区每平方厘米的大的北大西洋地区每平方厘米的大气每年可获得气每年可获得气每年可获得气每年可获得 104104104104 625J625J625J625J 的海洋热的海洋热的海洋热的海洋热,占该地区所获得的所有热量的占该地区所获得的所有热量的占该地区所获得的所有热量的占该地区所获得的所有热量的 25%25%25%25%。这
29、一数量远远超过了地球轨道要素所引起的日照率变化所产生的影。这一数量远远超过了地球轨道要素所引起的日照率变化所产生的影。这一数量远远超过了地球轨道要素所引起的日照率变化所产生的影。这一数量远远超过了地球轨道要素所引起的日照率变化所产生的影响响响响,这些热量的有无对高纬度的温度与大陆冰盖的生消有重大的影响。这些热量的有无对高纬度的温度与大陆冰盖的生消有重大的影响。这些热量的有无对高纬度的温度与大陆冰盖的生消有重大的影响。这些热量的有无对高纬度的温度与大陆冰盖的生消有重大的影响。因此因此因此因此,有人提出大洋环流有人提出大洋环流有人提出大洋环流有人提出大洋环流气候关系模式，用来解释第四纪冰期气候关系
30、模式，用来解释第四纪冰期气候关系模式，用来解释第四纪冰期气候关系模式，用来解释第四纪冰期间冰期的转换机制间冰期的转换机制间冰期的转换机制间冰期的转换机制,认为冰期认为冰期认为冰期认为冰期间冰期的转换是通过大洋传送带的开间冰期的转换是通过大洋传送带的开间冰期的转换是通过大洋传送带的开间冰期的转换是通过大洋传送带的开启与关闭来控制的启与关闭来控制的启与关闭来控制的启与关闭来控制的,在大洋传送带开启的时期维持与现代相当的间冰期在大洋传送带开启的时期维持与现代相当的间冰期在大洋传送带开启的时期维持与现代相当的间冰期在大洋传送带开启的时期维持与现代相当的间冰期气候气候气候气候,当大洋传送带被关闭或严重削
31、弱的时期转变为冰期气候。当大洋传送带被关闭或严重削弱的时期转变为冰期气候。当大洋传送带被关闭或严重削弱的时期转变为冰期气候。当大洋传送带被关闭或严重削弱的时期转变为冰期气候。水文循环与气候系统中的反馈过程水文循环与气候系统中的反馈过程 地球是一个充满水的星球地球是一个充满水的星球地球是一个充满水的星球地球是一个充满水的星球,水以各种形式存在于地球水以各种形式存在于地球水以各种形式存在于地球水以各种形式存在于地球系统中系统中系统中系统中,许多过程都是在水的参与下才得以实现的。许多过程都是在水的参与下才得以实现的。许多过程都是在水的参与下才得以实现的。许多过程都是在水的参与下才得以实现的。水是地球
32、上唯一同时以液态、固态或气态的形式存在水是地球上唯一同时以液态、固态或气态的形式存在水是地球上唯一同时以液态、固态或气态的形式存在水是地球上唯一同时以液态、固态或气态的形式存在的物质。全球水体积约为的物质。全球水体积约为的物质。全球水体积约为的物质。全球水体积约为 13.81013.81013.81013.8108 8 8 8kmkmkmkm3 3 3 3,其中的其中的其中的其中的99%99%99%99%以上以上以上以上存在于世界大洋和冰川存在于世界大洋和冰川存在于世界大洋和冰川存在于世界大洋和冰川,其余的水存在于陆地上的江河、其余的水存在于陆地上的江河、其余的水存在于陆地上的江河、其余的水存
33、在于陆地上的江河、湖泊、井泉等水体之内、土壤的孔隙与岩石的缝隙之中、湖泊、井泉等水体之内、土壤的孔隙与岩石的缝隙之中、湖泊、井泉等水体之内、土壤的孔隙与岩石的缝隙之中、湖泊、井泉等水体之内、土壤的孔隙与岩石的缝隙之中、大气之中和生命体内。大气之中和生命体内。大气之中和生命体内。大气之中和生命体内。水文循环周期水文循环周期 水在相互作用的各水体之间不停地相互迁移转换水在相互作用的各水体之间不停地相互迁移转换水在相互作用的各水体之间不停地相互迁移转换水在相互作用的各水体之间不停地相互迁移转换,构成水循环过程构成水循环过程构成水循环过程构成水循环过程,该该该该过程受太阳能所驱动过程受太阳能所驱动过程
34、受太阳能所驱动过程受太阳能所驱动,一般在几年之内就可循环一次一般在几年之内就可循环一次一般在几年之内就可循环一次一般在几年之内就可循环一次,但不同部分循环但不同部分循环但不同部分循环但不同部分循环的周期不同的周期不同的周期不同的周期不同,通常：通常：通常：通常：大气中的水汽约大气中的水汽约大气中的水汽约大气中的水汽约 10 10 10 10天循环更新一次；天循环更新一次；天循环更新一次；天循环更新一次；海洋中的水的停留海洋中的水的停留海洋中的水的停留海洋中的水的停留 时间超过时间超过时间超过时间超过10101010年以上；年以上；年以上；年以上；另外，地球表面的另外，地球表面的另外，地球表面的
35、另外，地球表面的水与地球内部的水分之间水与地球内部的水分之间水与地球内部的水分之间水与地球内部的水分之间受地球内力的驱动也存在受地球内力的驱动也存在受地球内力的驱动也存在受地球内力的驱动也存在循环的交换过程循环的交换过程循环的交换过程循环的交换过程,此过程此过程此过程此过程与板块运动过程联系，与板块运动过程联系，与板块运动过程联系，与板块运动过程联系，其其其其循环周期可达数百万年。循环周期可达数百万年。循环周期可达数百万年。循环周期可达数百万年。水循环过程的意义水循环过程的意义:就气候系统而言就气候系统而言,以全球能量和水循环过程为主体的以全球能量和水循环过程为主体的气候和水文系统的过程是有机
36、联系在一起的。虽然地球气气候和水文系统的过程是有机联系在一起的。虽然地球气候的最终能源来自太阳辐射候的最终能源来自太阳辐射,但是加热这一但是加热这一 气候系统的重气候系统的重要强迫函数很大程度上由气、液、固态水物质所支配要强迫函数很大程度上由气、液、固态水物质所支配,能能量循环过程是通过水的循环来实现的。量循环过程是通过水的循环来实现的。水循环过程控制着地球的温度和云层的形成、输水循环过程控制着地球的温度和云层的形成、输 送送和消散和消散,以及其与太阳辐射的关系以及其与太阳辐射的关系;气候过程则通过水、热、气候过程则通过水、热、物质和动能的输送物质和动能的输送,控制着陆、海表面和大气的相互作用
37、。控制着陆、海表面和大气的相互作用。水循环过程在气候系统中的引起一系列重要反馈水循环过程在气候系统中的引起一系列重要反馈过程过程,其中四个反馈过程对气候变化最为重要。其中四个反馈过程对气候变化最为重要。1 1、水汽反馈、水汽反馈 2 2、云辐射反馈、云辐射反馈 3 3、冰雪圈反馈、冰雪圈反馈 4 4、海洋的反馈、海洋的反馈 1、水汽反馈（正反馈）、水汽反馈（正反馈）水汽反馈是最重水汽反馈是最重水汽反馈是最重水汽反馈是最重 要的一种反馈。大气要的一种反馈。大气要的一种反馈。大气要的一种反馈。大气 中的水汽作为重要的中的水汽作为重要的中的水汽作为重要的中的水汽作为重要的 温室气体有效地保持温室气体
38、有效地保持温室气体有效地保持温室气体有效地保持 了地球表面的温度了地球表面的温度了地球表面的温度了地球表面的温度,温暖的大气会使更多温暖的大气会使更多温暖的大气会使更多温暖的大气会使更多 的水汽从海洋和陆面的水汽从海洋和陆面的水汽从海洋和陆面的水汽从海洋和陆面 上蒸发出来上蒸发出来上蒸发出来上蒸发出来,较暖的较暖的较暖的较暖的 大气有较高的水汽含量大气有较高的水汽含量大气有较高的水汽含量大气有较高的水汽含量,从而增强大气的温室效应。从而增强大气的温室效应。从而增强大气的温室效应。从而增强大气的温室效应。2、云辐射反馈、云辐射反馈 云对大气中辐射传输的影响有两种方式云对大气中辐射传输的影响有两种
39、方式云对大气中辐射传输的影响有两种方式云对大气中辐射传输的影响有两种方式,（1 1 1 1）云是短波辐射的极好反射体）云是短波辐射的极好反射体）云是短波辐射的极好反射体）云是短波辐射的极好反射体,对地球的行星反射率有重要影响对地球的行星反射率有重要影响对地球的行星反射率有重要影响对地球的行星反射率有重要影响,云能够反射掉入射的太阳能云能够反射掉入射的太阳能云能够反射掉入射的太阳能云能够反射掉入射的太阳能,减少了系统可能获得的总的有用能量减少了系统可能获得的总的有用能量减少了系统可能获得的总的有用能量减少了系统可能获得的总的有用能量,使使使使地球变冷；地球变冷；地球变冷；地球变冷；（2 2 2
40、2）云又是红外辐射的良好吸收体云又是红外辐射的良好吸收体云又是红外辐射的良好吸收体云又是红外辐射的良好吸收体,对于来自地球表面的热辐射对于来自地球表面的热辐射对于来自地球表面的热辐射对于来自地球表面的热辐射,具有类似温室气体的作用具有类似温室气体的作用具有类似温室气体的作用具有类似温室气体的作用,通过吸收其下地表的热辐射通过吸收其下地表的热辐射通过吸收其下地表的热辐射通过吸收其下地表的热辐射,同时自身也放同时自身也放同时自身也放同时自身也放出热辐射出热辐射出热辐射出热辐射,从而起到减少地面向空间损失热量的作用。云对短波辐射的从而起到减少地面向空间损失热量的作用。云对短波辐射的从而起到减少地面向
41、空间损失热量的作用。云对短波辐射的从而起到减少地面向空间损失热量的作用。云对短波辐射的反射和对长波辐射的放射约占留在大气中总辐射的反射和对长波辐射的放射约占留在大气中总辐射的反射和对长波辐射的放射约占留在大气中总辐射的反射和对长波辐射的放射约占留在大气中总辐射的50%,50%,50%,50%,若只算短波辐若只算短波辐若只算短波辐若只算短波辐射射射射,云占行星反射率的大约云占行星反射率的大约云占行星反射率的大约云占行星反射率的大约2/32/32/32/3。具体哪种作用占主导地位取决于云的温度具体哪种作用占主导地位取决于云的温度具体哪种作用占主导地位取决于云的温度具体哪种作用占主导地位取决于云的温
42、度(高度高度高度高度)和云的光学特性和云的光学特性和云的光学特性和云的光学特性(决定于云中水和冰的比例和云滴的大小决定于云中水和冰的比例和云滴的大小决定于云中水和冰的比例和云滴的大小决定于云中水和冰的比例和云滴的大小),),),),一般来说一般来说一般来说一般来说,低云以反射作用低云以反射作用低云以反射作用低云以反射作用为主为主为主为主,常导致降温常导致降温常导致降温常导致降温,而高云则以被毯效应为主而高云则以被毯效应为主而高云则以被毯效应为主而高云则以被毯效应为主,常使系统增暖常使系统增暖常使系统增暖常使系统增暖,因此云的因此云的因此云的因此云的反馈既可能是正反馈也可能是负反馈。气候对云量或
43、云的结构变化十反馈既可能是正反馈也可能是负反馈。气候对云量或云的结构变化十反馈既可能是正反馈也可能是负反馈。气候对云量或云的结构变化十反馈既可能是正反馈也可能是负反馈。气候对云量或云的结构变化十分敏感。分敏感。分敏感。分敏感。3、冰雪圈反馈、冰雪圈反馈 季节性变化很大的雪盖和海冰季节性变化很大的雪盖和海冰季节性变化很大的雪盖和海冰季节性变化很大的雪盖和海冰,及变化缓慢的冰川、冰原构及变化缓慢的冰川、冰原构及变化缓慢的冰川、冰原构及变化缓慢的冰川、冰原构成了气候系统的低温层。成了气候系统的低温层。成了气候系统的低温层。成了气候系统的低温层。冰雪圈过程是水循环过程的一个中间环节冰雪圈过程是水循环过
44、程的一个中间环节冰雪圈过程是水循环过程的一个中间环节冰雪圈过程是水循环过程的一个中间环节,它能够有效它能够有效它能够有效它能够有效地调节地球表面的能量收支和温度平衡。地调节地球表面的能量收支和温度平衡。地调节地球表面的能量收支和温度平衡。地调节地球表面的能量收支和温度平衡。冰雪的高反射率及融解成为有效的热汇冰雪的高反射率及融解成为有效的热汇冰雪的高反射率及融解成为有效的热汇冰雪的高反射率及融解成为有效的热汇,在大气热量平在大气热量平在大气热量平在大气热量平衡中起着冷却面的作用。衡中起着冷却面的作用。衡中起着冷却面的作用。衡中起着冷却面的作用。冰雪圈的反馈作用冰雪圈的反馈作用冰雪圈的反馈作用冰雪
45、圈的反馈作用:温度降低温度降低温度降低温度降低(升高升高升高升高)冰雪覆盖增大冰雪覆盖增大冰雪覆盖增大冰雪覆盖增大(减小减小减小减小)地表反射率增大地表反射率增大地表反射率增大地表反射率增大(减小减小减小减小)吸收吸收吸收吸收太阳辐射减少太阳辐射减少太阳辐射减少太阳辐射减少(增多增多增多增多)温度降低温度降低温度降低温度降低(升高升高升高升高)。通过反馈作用通过反馈作用通过反馈作用通过反馈作用,微小的扰动有可能被放大微小的扰动有可能被放大微小的扰动有可能被放大微小的扰动有可能被放大,并最终导致全球变化。并最终导致全球变化。并最终导致全球变化。并最终导致全球变化。海冰对大气海冰对大气海冰对大气海
46、冰对大气海洋间水汽和动量交换的阻碍作用：海洋间水汽和动量交换的阻碍作用：海洋间水汽和动量交换的阻碍作用：海洋间水汽和动量交换的阻碍作用：海冰的体积变化与海平面变化有密切的联系海冰的体积变化与海平面变化有密切的联系海冰的体积变化与海平面变化有密切的联系海冰的体积变化与海平面变化有密切的联系,冰量变化可造成地球表冰量变化可造成地球表冰量变化可造成地球表冰量变化可造成地球表面自由水体和海平面较大幅度的变化面自由水体和海平面较大幅度的变化面自由水体和海平面较大幅度的变化面自由水体和海平面较大幅度的变化,对下垫面的性质产生深刻影响。对下垫面的性质产生深刻影响。对下垫面的性质产生深刻影响。对下垫面的性质产
47、生深刻影响。结冰过程中所释放的大量热量和冰川融化所消耗的大量热量结冰过程中所释放的大量热量和冰川融化所消耗的大量热量结冰过程中所释放的大量热量和冰川融化所消耗的大量热量结冰过程中所释放的大量热量和冰川融化所消耗的大量热量,均减缓均减缓均减缓均减缓了地球变冷或变暖过程了地球变冷或变暖过程了地球变冷或变暖过程了地球变冷或变暖过程,从而对能量的收支和传输产生重要影响。从而对能量的收支和传输产生重要影响。从而对能量的收支和传输产生重要影响。从而对能量的收支和传输产生重要影响。地球上的冰雪覆盖主要分布在极地地区地球上的冰雪覆盖主要分布在极地地区地球上的冰雪覆盖主要分布在极地地区地球上的冰雪覆盖主要分布在
48、极地地区,冰雪过程导致的高纬地区的冰雪过程导致的高纬地区的冰雪过程导致的高纬地区的冰雪过程导致的高纬地区的降温作用使赤道与极地之间的温度梯度增大降温作用使赤道与极地之间的温度梯度增大降温作用使赤道与极地之间的温度梯度增大降温作用使赤道与极地之间的温度梯度增大,纬向西风会因此加强纬向西风会因此加强纬向西风会因此加强纬向西风会因此加强,季风季风季风季风环流可能会被削弱。环流可能会被削弱。环流可能会被削弱。环流可能会被削弱。4、海洋的反馈。、海洋的反馈。海洋占地球表面海洋占地球表面海洋占地球表面海洋占地球表面71%71%71%71%、占地球水量、占地球水量、占地球水量、占地球水量97%97%97%9
49、7%以上以上以上以上,到达海洋表面的到达海洋表面的到达海洋表面的到达海洋表面的太阳辐射太阳辐射太阳辐射太阳辐射,大部分都能被吸收大部分都能被吸收大部分都能被吸收大部分都能被吸收,海洋贮藏了所接收的太阳能海洋贮藏了所接收的太阳能海洋贮藏了所接收的太阳能海洋贮藏了所接收的太阳能并将其转化为驱动气候系统的动力。大气环流和气候变化问并将其转化为驱动气候系统的动力。大气环流和气候变化问并将其转化为驱动气候系统的动力。大气环流和气候变化问并将其转化为驱动气候系统的动力。大气环流和气候变化问题题题题,从能量平衡的角度看从能量平衡的角度看从能量平衡的角度看从能量平衡的角度看,海洋的作用十分重要。海洋的作用十分
50、重要。海洋的作用十分重要。海洋的作用十分重要。海洋对大气运动和气候系统的重大影响海洋对大气运动和气候系统的重大影响,具体表现：具体表现：(李崇银李崇银李崇银李崇银,1995),1995)影响地球大气系统的热力平衡影响地球大气系统的热力平衡影响地球大气系统的热力平衡影响地球大气系统的热力平衡 影响水汽循环影响水汽循环影响水汽循环影响水汽循环 调谐大气运动调谐大气运动调谐大气运动调谐大气运动 降低气候系统的敏感性降低气候系统的敏感性降低气候系统的敏感性降低气候系统的敏感性,调节温室效应调节温室效应调节温室效应调节温室效应 1 1、影响地球大气系统的热力平衡、影响地球大气系统的热力平衡、影响地球大气