气候与气候系统
现代气候学特点
从气候变化来研究气候 宽的时间谱：万年, 千年、…年，季等。
从气候系统来研究气候 大气、海洋、冰雪、陆地、生物圈
3）从气候动力学来研究气候 现代气候学的灵魂。
天气系统：指大气圈和水圈、冰雪圈、岩石圈、生物圈之间相互作用
反射率及其物理作用：
（百科）
反馈、正反馈、负反馈，及正负反馈的判别
就是将一个系统的输出回输到输入端，从而对系统的运行过程
正反馈；反之，称为负反馈。
）冰雪反照率反馈 —— 强烈的正反馈放大作用：
温度降低→冰雪覆盖增大→反射率增大→太阳辐射减少→温度降低
温度升高→冰雪覆盖减小→反射率减小→太阳辐射增多→温度升高
）水汽反馈 —— 正反馈作用：
→ 气温升高 → 蒸发加强 → 水汽增加 → 温室效应
气温升高 → 加速蒸发过程 → 热效应
大气环流：大范围的大气运动称为大气环流，东西风带（包括急流）、
假设大气均匀的在地表运动，在南北半球各有3个平行的
哈得来环流
信风（又称贸易风）指的是在低空从副热带高压带吹向赤道
辐射强迫：辐射强迫是对某个因子改变地球–大气系统射入和逸出能
（百
简述 海洋对大气的影响
对大气系统热力平衡的影响
85%贮存在海洋表层（混合层）中，以潜热、长波辐射和感热交
2)对水汽循环的影响
86%由海洋提供，海洋（尤其是低纬度海洋）是大气中水汽的主要源
;不同的海洋状况通过蒸发和凝结过程对气候及其变化产生影响。
(3)对温室效应的缓解作用
对大气运动的调谐作用
-气相互作用把信息贮存下来，再作用于大气。海洋热惯性的滞后（大约一个月）
-气耦合作用减频成为低频波（低频变化）后，再
感热、潜热
亦称显热，物体在加热或冷却过程中，温度升高或降低而不改
（百科）
相变潜热的简称，指物质在等温等压情况下，从一个相变化到
植被的作用
，改变地气间的交换过程。
气候变迁
气候变化的时间尺度
地质时期 万年或万年以上（104~108年）
历史时期 几千年（103~104年）
超长期 几百年 （世纪际102~103 ）
长期 几十年（年代际101~102年）
中期 几年（年际100~101年）
短期 月或季（100年）
冰期、间冰期
冰期地球表面覆盖有大规模冰川的地质时期。又称为冰川时期。
两次冰期之间唯一相对温暖时期，称为间冰期。
第四纪气候 特点
全新世
地质时代最新阶段，开始于12000～10000年前持续至今，气
新仙女木事件
7、8℃，
小冰期
400-500年气候降温时期，区域较
小，
15世纪初开始，全球气候进入一个寒冷时期，
20世纪初期。
气候突变及其类型
从一个气候阶段变化到另一个气候阶段时，气候往往发生
：均值突变、变率突变和趋势突变。
现代气候变化特点 补充材料
20世纪50年代以来，观测到的许
过去三个十年的地表已连续偏暖于1850年以来的任何一个十年。
1983-2012年可能是过去1400年中最暖的30年（ 中等信度 ）。
大部分陆地区域更暖和/或更少冷昼和冷夜；大部分陆地区域更
/或更频繁的热昼和热夜。强降水事件，大多数大陆地地区强降水的频
/或雨量增加。
海洋变暖在气候系统储存能量的增加中占主导地位，近30年间
90%以上储存于海洋，海洋上层（0-700米）已经变暖。
19世纪中叶以来的海平面上升速率比过去两千年来的平均速
高信度 ）。1901-2010年期间，全球平均海平面上升了0.19米。
格陵兰冰盖和南极冰盖的冰量一直在损失，全球范围内的冰
二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的大气浓度
80万年以来前所未有的水平。自工业化以来，二氧化碳
40%，这首先是由于化石燃料的排放，其次是由于土地利用变
海洋已经吸收了大约30%的人为二氧化碳排放，这导致了
400ppm。
中国气候变化
全国涝，长江为主
长江涝, 华北及华南旱
长江涝,江北旱
：长江旱, 华北及华南涝
江南旱、江北涝
、全国旱
辐射与能量平衡
太阳辐射的特点（太阳短波辐射）
温度一般都高于6000K，按照Planck辐射定律，其辐射能
2-5μm的波长范围，只有约0.4%的辐射能处在大于5μ
的波长范围。因此一般称太阳辐射为短波辐射。
太阳常数：
1367±7 W/m2之间。
太阳短波辐射的变化
一般在22.08o-24.43o之间变化，改变气候带和季节差异，黄
平均周期为4.1万年；偏心率在
之间变化，平均周期为9.7万年；受地球扁圆度影响，二分点沿轨
2.1万年。
臭氧、水汽对太阳辐射的吸收 了解
Rayleigh散射可
地表辐射特性、影响因素（地表反照率、云、受到温度波长变化）
：地表物体向各个方向上反射的太阳总辐射通量与
大气中云直接反射的太阳辐射所占入射太阳辐射的百分
故用地表的实际辐射通量与同等温度下的黑体辐射通量的比值
（主要受到地表温度、以长波为主波长变化）。
气候系统的研究
收集气候观测数据要考虑的三个因素
空间上，进行全面的观测，综合大气、陆地、海洋等多方面研究数据。
时间上，一定要长时间连续稳定观测。
数据要有源数据特征，采用描绘性语言说明数据获取采用的手段、当
TOGA计划
70个锚定浮标组成，这
温度异常、降水异常、干旱洪涝的确定
由于月平均气温服
从正态分布，根据t-检验法，可以得到出
(低值)的距平值超过(低于)2倍的标准差的约为100年一次。
对月降水量采用Γ分布计算不同百分位所对应的降水量，
：用指数确定，我国业务监测中采用Z指数方法确定。
Z指数是假设降水量服从Person-III分布，通过对月降水量标准化处理
Z指数进行分级判断，就可以确定干旱和洪
：是发生在北大西洋区域空间上具有海盆尺度、时间上具有多
（sea surface temperature,SST）准周期性暖冷异常变化。
70年左右出现一次。
对CO
温室效应的检测
例如把气温变化的曲线与CO
浓度变化
(包括
)、火山活动等的影响，从原序列中把这些因素排除后，再进行滤
。
三大涛动
北大西洋涛动 北大西洋上北大西洋上冰岛低压与亚述尔高压的
, 跷跷板式的气压变化。
北太平洋涛动 太平洋上阿留申低压与夏威夷高压之间跷跷板
南方涛动 南太平洋气压与印度洋气压的跷跷板的变化。
赤道平流层纬向风有准两年(26个月)的振荡。东西风位向变化
树木年轮推测气温变化的方法，技术路线 3步
，一般取靠近林区边缘的树木。在森林上限100米范围内，或森
气候模拟、气候模式的分类
根据一定的大气或海洋动力学、热力学定律，在给定边界
(1)能量平衡模式(EBM)； (2) 辐射对流模式(RCM)；
(3) 统计动力模式(SDM)； (4) 总环流模式(GCM)。
（5）地球系统模式
集合预报：80年代中后期，人们采用了与统计方法结合，克服初始
海陆分布及海流与气候
大尺度海气相互作用的基本特征
-海洋耦合系统中，海洋主要通过向大气输送热量、
风应力向海洋传输动量，改变洋流
大洋表层环流的显著特点之一是：北半球海区环流沿顺
“西向强化”。
（了解）
温盐环流：是一个因为海水的温度和含盐度引起的海洋密度分布不
输送带：北大西洋的NADW在深层以西边界流的形式向南流去，
NADW部分和形成于威德尔海的南极底层水混合，流
温盐环流与气候变率
）年代际气候变率
/年代际时间尺
）千年时间尺度的气候变率
能是和温盐环流的中断与重新形成相联系,如新仙女木事件
11000-10000a BP).
ENSO系统
ENSO：由于厄尔尼诺与南方涛动有密切关系，厄尔尼诺时涛动为负
ENSO。
厄尔尼诺：厄尔尼诺现象是发生在热带太平洋海温异常增暖的一种
3个月以上，才认定是真正发生了厄尔尼诺事件。
拉尼娜：指赤道太平洋东部和中部海面温度持续异常偏冷的现象（与
，是热带海洋和大气共同作用的产物。
南方涛动：南太平洋气压与印度洋气压的跷跷板的变化。
沃克环流：赤道东太平洋冷水域上空
大气是下沉运动，西太平洋印
（个在
）
对沃克环流、西太平洋副高、QBO的影响
对沃克环流：El Nino事件发生情况下，主要增暖区的西边，也就
El
期间主要降水区由印度尼西亚地区东移到了那里。同时，Walker环流
对西太平洋副热带高压的影响：同El Nino年ITCZ位置偏南相
El Nino年一般也偏南，而La Nina年西太副高
对QBO也有明显影响：El Nino事件会使所在的西风位相或紧接
(若El Nino在东风位相爆发)的持续时间缩短。
：EI Nino发生时在大气中激发的太平洋-北美型遥响应。
3.ENSO与全球气候异常 （可举例说明，并干变湿区域各举3例）
ENSO的发生造成了大气环流，尤其是热带大气环流的严重持续异
1）距SST正距平区较近的中南美太平洋沿岸地区，由于赤道地区东
但El Nino事件的发生又往往造成南亚、印度尼西亚
2）El Nino事件的发生使中高纬度西风加强，阿留申低压往往比正常
(气压值低)，因而常给北美西岸地区造成频繁的强风暴活动，使得暴风
3）El Nino事件在东北太平洋和北美地区引起的PNA型遥响应也必然
PNA遥响应型在位相分布
对中国夏季气候异常的影晌
：在El Nino年，西太平洋台风数较常年偏少；而在La Nina年，西
并且在El Nino (La Nina)年，登陆中国大陆的
(多)。
在El Nino年夏季，中国东北气温往往偏低；而在La Nina
ENSO同中国东部降水的关系，分地区(例如华北地区
)而论比较恰当。在EI Nino(SOI低)年我国大部分地区的降
SOI高的年份，出现多雨的可能性较大。
影响气候系统的因子
太阳活动可能对地球气候变化的影响
）认为是太阳活动改变大气电场。
(特别是高纬) 。在地磁作用下，可
Ferrel逆环流加强。空气南北交换
（了解）
）太阳活动能引起大气臭氧层的变化。
O3混合比同太阳辐射加热有明显的关系。
）太阳活动引起地球磁场的变化，磁场的变化将引起地壳内部磁流体
（日长）的变化，通过地球与大气和海洋的角动量交换将引起
火山爆发对地球气候变化的影响
1）直接影响大气的成分和光学性质。
2）参加化学反应，改变大气成分。
3）平流层气溶胶及光学性质的变化会影响到大气的辐射平衡，进而
生态系统对地球气候变化的影响
气候条件，主要是降水量和温度对植物群落有制约作用，而降水量
植被通过蒸腾作用以及对土壤的“固水”作用，对气候状态起着一
25mm的雨后，有植被地区的土壤湿度明显高于周
温室气体和气溶胶
地球气候主要是地-气系统吸收进入其中的太阳辐射能而在
CO
CH4 卤烃 N2O
既能吸收太阳短波辐射，又能吸收和发射长波辐射。海洋是大气
的最重要的贮藏器
，森林也是另一重要汇。
是大气中在化学和辐射方面都很活跃的成分，它主要通过缺氧过程
OH）的反应而被清除，这种反应过
CH
的主要来源。
不仅对平流层臭氧有破坏作用，同时也是重要的温室气体，他们
O主要来自生物过程，化肥的使用可增加生物脱硝过程，而使N2O
N
O的主要损失过程，主要发生在平
N
O也有一定的吸收作用。大气中N2O主要来自好
N
O的重要源地，
气溶胶通过对太阳辐射和红外辐射的吸收和散射直接影响气
大气中SO
既是重要的气溶胶成分，又是主要
地-气系统的温度变化
CO2浓度增加将通过改变辐射强迫使地气系统的温度发生变
模拟结果表明，CO2浓度倍增将使地面和对流层大气温度增加，而使平
CO2的汇，由于海洋有很大的热容量，可以延迟大气对
浓度增加的响应。同时，由于海流的作用，将会减小因CO2浓度增加
臭氧、臭氧作用及 臭氧空洞
大气中的臭氧主要分布在10-50km层，其中以20-28km层有最
）臭氧对太阳紫外辐射有强烈吸收作用，使得到达地面的对地球生物
）臭氧的紫外辐射吸收是平流层的主要加热源，是它导致平流层温度
就是极地平流层臭氧浓度的区域性急剧下降，从而形成臭氧
-84oC）下，可形成特有的极地
读书的好处
、行万里路，读万卷书。
、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。
、读书破万卷，下笔如有神。
、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。——达尔文
、少壮不努力，老大徒悲伤。
、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。——颜真卿
、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。
、读书要三到：心到、眼到、口到
、玉不琢、不成器，人不学、不知义。
、一日无书，百事荒废。——陈寿
、书是人类进步的阶梯。
、一日不读口生，一日不写手生。
、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。——高尔基
、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游
、读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈——歌德
、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。——笛卡儿
、学习永远不晚。——高尔基
、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。——刘向
、学而不思则惘，思而不学则殆。——孔子
、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。——培根