(海洋科学概论ppt课件)第十章-海气相互作用大纲

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,海气相互作用,Introduction to Oceanography,李海艳,中科院研究生院地学院,Email:lihaiyan,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,(海洋科学概论课件）第十章 海气相互作用大纲,(海洋科学概论课件）第十章 海气相互作用大纲,1,2024/11/11,2,第十章 海气相互作用大纲,第一节 气候系统,一、气候系统,二、海洋在气候系统中的地位,第二节 海洋,大气相互作用,一、海洋与大气相互作用的基本特征,二、,ENSO,2023/9/192第十章 海气相互作用大纲第一节 气候系统,2,2024/11/11,3,一、气候系统,1,气候系统的组成：大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈。,概念：既包括大气和海洋等子系统内部的各种过程，又反映了各个子系统间的相互作用。,影响因素：,大气运动及气候的状态和变化同太阳辐射有重要的关系。,天文因素（主要是太阳活动）是影响气候系统的主要外部因素。,2023/9/193一、气候系统1气候系统的组成：大气圈、,3,2024/11/11,4,二、海洋在气候系统中的地位,1,）全球海洋吸收的,Qs,占进入大气顶的总,Qs,的,70%,左右。因此海洋，尤其是热带海洋，是大气运动的重要能源。,2,）海洋有着极大的热容量。相对大气运动，海洋比较稳定，运动和变化比较缓慢。,3,）海洋是地球大气系统总,CO,2,最大的汇。,2023/9/194二、海洋在气候系统中的地位 1）全球海洋,4,2024/11/11,5,二、海洋在气候系统中的地位,1,、海洋对大气系统热力平衡的影响,（,1,）吸收,Qs,的,70%,的绝大部分（,85%,）储存于海洋表层（混合层）中。这些能量将以潜热、长波辐射和感热交换的形式输送给大气，驱动大气的运动。,（,2,）海洋环流在大气系统能量输送和平衡中的重要作用。,30%,的经向能量输送由海洋承担。,2023/9/195二、海洋在气候系统中的地位 1、海洋对大,5,2024/11/11,6,2,、海洋对水汽循环的影响,大气中水汽量的,86%,由海洋提供。尤其低纬度海洋，是大气水汽的主要源地。,3,、海洋对大气运动的调谐作用,海洋的运动和变化具有明显的缓慢性和持续性。,一是将大气环流变化信息存于海洋中，再对大气产生作用。,二是海洋的热惯性使海洋状况的变化有滞后效应。,2023/9/196 2、海洋对水汽循环的影响,6,2024/11/11,7,4,、海洋对温室效应的缓解作用海洋环流减小了低纬大气的增热，使高纬大气加热，降水量亦相应改变。而且大气对某些因素变化的敏感性降低。减少大气中二氧化碳含量。,2023/9/197 4、海洋对温室效应的缓解作用海洋环流减,7,2024/11/11,8,三、海洋与大气相互作用的基本特征,海洋对大气的作用主要是热力的，大气对海洋的作用主要是动力的。,1,海洋对大气的热力作用：海洋，特别是热带海洋，是驱动大气系统运动的重要能量来源。,提供热量方式有潜热和感热两种，主要是潜热，要求水汽辐合上升，即相应的大气环流条件。大洋环流影响海洋热含量的分布及向大气的热量输送过程。是全球尺度特征。,2023/9/198三、海洋与大气相互作用的基本特征海洋对大,8,2024/11/11,9,2,大气对海洋的风应力强迫,大洋环流与风应力强迫有密切关系。,2023/9/1992大气对海洋的风应力强迫大洋环流与风应,9,2024/11/11,10,3,海洋上混合层,(UML,简称海洋混合层,)(Mixing layer of upper ocean),：,对气候和大气环流变化，海洋混合层十分重要。混合层的,辐合,、,辐散,过程通过,Ekman,抽吸效应影响深层海洋环流；,深层海洋环流通过改变混合层的状况对大气运动影响。,太阳辐射能通过影响混合层而成为驱动整个海洋运动的重要原动力。,2023/9/19103海洋上混合层(UML,简称海洋混合,10,2024/11/11,11,四、,ENSO,及其对大气环流的影响,1,ENSO,，,ElNino,、南方涛动和,LaNina,定义,ENSO,是厄尔尼诺,(ElNino),和南方涛动（,Southern Oscillation,）的合称，二者有非常好的相关关系。当赤道东太平洋表层水温（,SST,）正距平，南方涛动指数往往是负。,2023/9/1911四、ENSO及其对大气环流的影响1E,11,2024/11/11,12,El Nino Background,每隔,2-7,年，赤道东太平洋的表层海水就会变的很温暖，本来秘鲁西海岸丰富的鱼群变得很少，以鱼为食品的鸟类也大量死亡。安第斯山脉西边的沙漠地带变得雨水充沛。同时，世界各地都会发生一些非常异常的天气。比如非洲的大旱，印度的饥荒，美国的飓风与中国的洪水等。,2023/9/1912El Nino Background每,12,2024/11/11,13,EQ,发生位置赤道太平洋,Nino1+2:0-10,S,90,W-80,W;Nino3:5,N-5,S;150,W-90,W,Nino4:5,N-5,S,160,E-150,W;Nino3+4:5,N-5,S,170,W-120,W,Nino1+2,Nino4,Nino3.4,Nino3,2023/9/1913EQ发生位置赤道太平洋Nino1+2,13,2024/11/11,14,定义,厄尔尼诺,(El Nio),是西班牙语里的,“,圣婴,”,(,男孩,),。拉尼娜,(La Nina),指女孩。历史上这个术语被厄瓜多尔和秘鲁的渔民指发生在南美西海岸圣诞节期间的暖水现象，这种现象经常会持续好几个月。这期间渔民的捕鱼量会急剧减少。本来安第斯山脉以西的干旱地带会变得雨量充沛，沙漠就会散发春机。现在的人们常把发生厄尔尼诺看作自然灾害，因为秘鲁当地的渔业、鸟粪出口会受到致命打击，但同时也带来其它好处。,厄尔尼诺南方涛动,(El Nio-Southern Oscillation:ENSO),是指热带太平洋大尺度海气相互作用现象。南方涛动是大气现象，指的是东南热带太平洋的海面气压与澳大利亚印度尼西亚的海面气压之间有一种,“,跷跷板,”,关系。在厄尔尼诺期间，赤道东太平洋海温异常温暖，导致其上海面气压异常降低；与在相反的是，赤道西太平洋海温异常凉快，导致当地海面气压异常升高。因此东西向的海面气压差减小就会造成赤道信风被削弱。,2023/9/1914定义厄尔尼诺(El Nio)是西班牙,14,2024/11/11,15,2023/9/1915,15,2024/11/11,16,特征,ENSO,是海气现在作用的一个完美的例子，缺少海洋大气的任何一方都不会发生,ENSO,。,ENSO,不是指正常的海气相互作用状况，它是热带太平洋海气相互作用的一种异常状况。对全球的天气和气候会产生重要的影响。比如它会导致全球降水的重新分布，从而导致导致异常的洪水和干旱。,2023/9/1916特征ENSO是海气现在作用的一个完美的,16,2024/11/11,17,上升流,上升流,指较海洋深层次的冷水向上层流动的现象。下图是秘鲁沿岸上升流的示意图。由于风和海水之间的摩擦应力，再加上地球自转效应，南,(,北,),半球的表层海水输送与风向成,90,度角并指向风向的左,(,右,),边。因此秘鲁沿岸向北的风就把,表层海水往西拖动,，从而造成了地球上最强的上升流区。,秘鲁上升流把营养丰富的深层海水带到海面，从而吸引了大量的鱼类来到这里生存繁衍，进而吸引了大量以鱼为生的鸟类在秘鲁沿岸栖息，这就带动了秘鲁的渔业经济和鸟粪经济。因此上升流的强弱关系到秘鲁的国计民生。上升流的强度决定于局地温跃层的深度和强度。,温跃层,是海面混合层与深水之间的过渡层。根据温度的分布可以确定不同层的位置和厚度。混合层接近海面，温度较为均匀，厚度约,50-100m,不等。温跃层中的温度变化非常剧烈，再往下的深层海水温度很低，但温度变化不大。,2023/9/1917上升流上升流 指较海洋深层次的冷水向上,17,2024/11/11,18,正常年的海温,赤道太平洋的,东南信风,将赤道表层暖水源源不断的从东边输送到西边。从而造成暖水在西侧堆积。在地球自转的作用下，赤道南北两侧的海水分别向南和向北辐散。因此沿赤道也有上升流，加上秘鲁沿岸上升流，造成热带西高东低的温度分布。,观测的,海面水温,分布：,1949-1993,年冬季的平均水温分布揭示了东太平洋水温只有,22,度，而西太平洋水温可以达到,28,度。从东向西，水温逐渐升高。,2023/9/1918正常年的海温赤道太平洋的东南信风将赤道,18,2024/11/11,19,正常年的大气状况,东南信风,在印度尼西亚附近堆积了大量的暖水，导致西边的海面高度平均比东边高半米左右。随着上升流的持续不断，南美沿岸的温跃层会上升到一个较浅的深度，而大洋西边的温跃层维持在一个较深的深度。,在表层海水向西输送的旅途中，海水不断地被大气和太阳加热。西边累积的暖水又加热了其上的大气，导致强的大气抬升运动，从而带来更多的降水。而东边的冷水降低了其上大气的活动性，导致大气密度较大，不易发生对流抬升，因此大气很稳定，降水很少。,正常年份即非厄尔尼诺年，强降水经常发生在热带西太平洋，而热带东太平洋却很干爽。,2023/9/1919正常年的大气状况东南信风 在印度尼西亚,19,2024/11/11,20,厄尔尼诺发生时,首先南方涛动减弱，即赤道东西海平面气压差异减少。东南信风是由东西方向压力差驱动的，因此东南信风减弱，这就允许以前堆积在西北的暖水回流，海平面随之变平。,2023/9/1920厄尔尼诺发生时首先南方涛动减弱，即赤,20,2024/11/11,21,厄尔尼诺发生时,暖水回流使得东太平洋的暖水增加并逐渐堆积。东太平洋的温跃层就被迫往下压，深度加深，这就限制了秘鲁沿岸的上升流，低层的富含营养的冷水就无法向表层输送。,对流云和强降水通常是由下层海面加热引起的。因此当暖水向东流动时，云和降水也随之向东偏移。,印度尼西亚和澳大利亚将会发生干旱而秘鲁则会迎来充沛的雨水，可能导致蚊虫爆发性滋生以及疾病流型。,海气相互作用使这种情况得到加强：压力差减小,信风减弱,暖水东移,压力差减小,信风减弱,，正反馈过程,2023/9/1921厄尔尼诺发生时暖水回流使得东太平洋的,21,2024/11/11,22,http:/oceanworld.tamu.edu/students/elnino/elnino1.htm,Left:Trade-winds push warm water into the western Pacific and cold water,upwells in the east.Heavy rains are above the warm pool in the west.,Right:The wind pattern has broken down and the warm water has moved to,the east.Warm water upwells in the east because the thermocline is so deep.,The thermocline is the region that separates warm water near the surface from,cold water deeper in the ocean.The Walker circulation is shown by dashed lines.,(Diagram from National Oceanic and Atmospheric Administration,Pacific Marine,Environmental Laboratory.),2023/9/1922http: