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气候学
一、系统简介
气候系统五大成员
大气圈、水圈、冰雪圈、陆圈、生物圈
云辐射强迫
晴天平均向外射出辐射与实际状况平均向外射出辐射之差，即为辐射强迫，它表示的是该区域云的存在对辐射的影响。
温室气体
温室气体 （GHG Greenhouse Gas）指存在于大气中能够吸收长波辐射和释放红外线辐射的气体。
特点：对太阳短波辐射具有较好的透射性，对长波辐射具有较好吸收性。
水、二氧化碳、甲烷、臭氧…
全球变暖停滞
海洋储存热量
北极升温抵消热带东赤道地区降温对全球平均气温影响
二、能量平衡
太阳结构
里三层：日核、辐射层、对流层
外三层：光球层、色球层、日冕层
太阳参数
计算
太阳常数S0，一种通量密度，到达地球太阳辐射率TSI=1368
L0/（4piR方），这里R是日地距离
太阳表面温度
太阳光度L0是3.9*1026w
太阳表面辐射率irradiance，E=
L0/（4piR方）=6.4✖️107，这里R是太阳半径
sigma✖️T4次方
所以这个T=5796K，太阳表面温度
太阳辐射率insolation
在中低纬度地区，岁差占主导地位 •在中纬度较高的地方，倾角的影响更明显。 •偏心率不会对太阳辐射率造成显著的直接影响，而是通过调节岁差周期的振幅从而间接影响。 • 两极的夏季远比冬季变化明显
太阳辐射率影响因子
地球轨道参数
偏心率
地球绕太阳公转轨道的变化，轨道形状
倾角
地轴和公转轨道面的夹角，也就是黄赤交角，是地球四季和五带分区的根本原因
倾角越大季节变化越显著。0倾角无季节。
岁差
旋转轴的摆动：东夏至春秋分在公转轨道上的位置会缓慢改变。
太阳黑子
越多，太阳越老
黑子多少～太阳活动峰年/宁静年
气溶胶
穿过地球大气层的太阳辐射被气体、气溶胶和尘埃散射开。 在地平线上，阳光穿过更多的散射体，留下更长的波长呈现红色！
传递热量质量过程
辐射
convection
对流
conduction
邻近接触
三、冰冻圈与陆面
1 冰冻圈
积雪/雪盖
雪线
年降雪量与消融量相当的平衡线，用夏季最热月的积雪区外缘表示。以内为多年积雪区，以外到冬季积雪区外缘之间为季节性积雪。
影响因子：
温度、降雪、地形
温度高雪线高，降水多雪线低，地形陡雪线高（积雪容易下滑），南坡日照多化得多雪线高
三条曲线反映出如下特点：从整体上看，雪线与气温(纬度)呈正相关，低纬度雪线高，高纬度雪线低，但最高处不在赤道而在副热带地区；雪线与降水量呈现明显的负相关。
积雪在中高纬度的水循环中发挥着主要作用，是径流和土壤湿度的主要水分来源，也是欧洲和北美广大地区的水分来源。
影响气候
雪盖影响气候
反照率
地表水分平衡
遥响应
亚欧积雪影响
印度夏季风。雪盖大，春季融化慢，印度夏季风偏弱，雨量少
对东亚季风
同期大气环流。积雪面积大，冬季500hpa西伯利亚反气旋强，东亚大槽深，东亚冬季风强，中国气温低
青藏高原积雪影响
东亚季风
高原积雪多(少)→高原春夏季的感热弱(强)→感热加热引起的上升运动弱(强)→高原强(弱)环境风场不利(有利)于高原感热通量向上输送→高原上空对流层受到的加热弱(强) →高原对流层温度偏低(高)→高原南侧温度相对减弱(强)，海陆温差减小→造成亚洲夏季风弱(强)→长江流域易涝(旱)
我国夏季降水
高原积雪削弱高原的热源作用，海陆温差减小，季风减弱，南涝北旱。
冰川
形成：低温、多降水
冰盖（大陆冰体和海洋冰盖）、冰帽、各种冰川
作用
储存75%淡水
融化之后改变盐度、环流和海平面高度
温度反照率
海冰
北极的持续减少；南极的稳定小增，振幅很大说明对气候响应剧烈
作用
温度反照率反馈
阻止海水和空气接触，使空气更冷
融化时从空气中吸热；形成时放热
结冰时析出盐分，增加海洋上层盐度，影响层结稳定度。
冻土
分类
多年冻土、季节性冻土、瞬间冻土
作用
冰冻圈对海平面波动的影响和响应
生态系统：由于物种和群落的自然迁徙能力和适应速率比气候变化的速率缓慢的多，以致可能导致生态系统的不稳定、失衡和退化，威胁全球生物的多样性。
影响大洋传输带，改变全球水循环。
2 陆面过程（了解即可
指发生在陆地表面的热力、动力、水文以及生物物理、生物化学等一系列复杂过程，以及这些过程与大气的相互作用，又称为“陆-气相互作用”。主要涉及陆面物理过程、陆面生物化学过程和陆面生态过程。
陆面物理，短时间
陆面生物化学，时间尺度较长
陆面生态，月至年际
四、人类活动
热岛效应
雨岛效应
郊区雾大市区雾小
因为市区温度高，夜间辐射降温不够，难以成雾
城市下垫面不透水，缺乏植被保蓄能力
酸雨
南极臭氧层空洞
八九月份开始，十月份最大
原因
太阳活动和大气动力
人为：大气化学过程排放氟利昂和含氮废气
废油，海洋沙漠化
三大问题：人口，资源，环境
碳中和
温室气体排放通过植树造林等形式抵消
碳达峰
碳排放进入平台期后进入平稳下降，即收支相抵
八、海洋
1、年代际变异
生物系统信号强于物理系统
2、海洋环流与气候
3、北大西洋经向翻转环流AMOC及与全球气候
中深层海洋变暖维持了变暖减缓期间全球气候系统的能量收支平衡
中深层海洋变暖主要是在大西洋和南大洋，大西洋占一半以上
热量如何进入中深层
北大西洋经向翻转环流变强，向中深层的热量输送变强，导致全球表层升温减缓。
七、中国气候
梅雨
台风
寒潮
寒潮关键区
东经70～90，北纬42.5～65
源地3个
冰岛以南（大西洋暖流处）
西槽东移，33%
reason：格陵兰岛有冰，500hPa脊前下沉气流，形成冷高压？
新地岛以西
小槽发展，40%
新地岛以东
横槽转竖，18%
500hPa看冷空气移动路径
季风
成员
副热带高压
成因
高原热岛效应
热带哈德莱环流与地转偏向力作用，在副热带形成下沉支
中纬度西风急流动力作用，出口右偏差风幅合
东亚季风
季风成因‼️
太阳辐射经向差异、地球自转造成的行星风带季节位移
海陆热力差
青藏高原动力、热力作用
南北半球相互作用
越赤道气流
else：海冰与其他下垫面热力差、降水引起凝结潜热，高原大地形动力作用
东亚季风区
副热带季风区（东亚大陆～日本）
30N以南：东北-西南
30N以北：西北-东南
气流由三部分组成。
热带季风区（南海～西台）
东北风-西南风
气流来自南半球
北半球东亚印尼北澳环流
夏季成员
夏季的俩经向垂直环流
六、年际年代际
涛动
def：相邻两区域气压此起彼伏的变化
世界三大涛动
南方涛动SO
当太平洋上气压变高（低）时，印度洋上从非洲到澳大利亚气压变低（高），即两地气压的距平有反向的变化。这种“跷跷板”现象大约3-7年重现。
北大西洋涛动NAO
北大西洋上两个大气活动中心(冰岛低压和亚速尔高压)的气压变化为明显负相关——当冰岛低压加深时，亚速尔高压加强，或冰岛低压填塞时，亚速尔高压减弱。
北太平洋涛动NPO
夏威夷高压和阿留申低压
太平洋十年涛动PDO
当 PDO 正位相发生时，阿留申低压加强，北太平洋中西部偏冷，赤道中东太平洋、北美沿岸和阿拉斯加湾偏暖。
ENSO
年际尺度，大尺度海气相互作用
对大气环流对影响
厄尔尼诺
沃克环流上升支由印尼东移到日界线
哈德莱环流加强
ITCZ偏南向赤道
西太副高偏南
维持机制
延迟振子理论
充放电理论
负SOI是厄尔尼诺
厄尔尼诺年印度季风弱，降水偏少；东亚季风亦弱，推进慢，从江淮流域到日本夏季降水偏多，华北夏季趋于干旱。在La Nina年，夏季风强且推进快，华北夏季则多雨；印度季风强，降水偏多。
对中国夏季气候影响
厄尔尼诺期间，不利于台风形成。
沃克环流东移，西台原地有异常下沉运动，对流受到抑制，
西太海温负距平
西太平洋稳定度偏大
厄尔尼诺夏季中国东北容易出现低温
500hpa上空有个负距平中心
我国的东部降水异常
nino次年，长江及南部多雨，北方少雨；Lanina次年相反
厄尔尼诺年东季东亚偏暖，季风偏弱，不利于寒潮发展：Lanina冬季环流形势相反，东亚季风偏强。
大气遥相关
一个区域大气环流异常与另一些区域大气环流的异常有一定关系，这种一个区域的环流异常与另外区域环流异常的相关性(相距数千千米以外两地的气候 要素之间达到较高程度的相关性)就称为遥相关。
环状模
指存在于中高纬度大气环流中沿纬圈对称、具有半球尺度和准正压结构的、深厚的、高纬度与中纬度地区之间海平面气压（Sea Level Pressure, SLP）反相变化的大气遥相关现象, 在南、北两个半球均存在。
五、大气环流
全球大气环流分布
大气纬向环流的经向分布
① 在低纬度地区，除了夏季北半球的对流层低层有小范围的弱西风外，全部为东风，且东风最大风速的重心在平流层； ② 低纬度的东风带，其宽度在对流层下部约占南、北各 30 个纬距，在铅直方向上，冬季东风带随高度迅速变窄，夏季则变化较小； ③ 中高纬度的对流层中夏季均为西风，且冬强夏弱，北半球的强度变化尤为明显，且最大风速出现在 200hPa 附近。最大风速中心在冬半球的 30°附近，在夏半球的 40°附近； ④ 整个东、西风带随季节有南北移动的特性； ⑤ 在极地，近地面有弱的东风。在冬半球，从对流层顶到平流层(200hPa 以上)均为西风，出现极夜急流(冬半球出现在中纬和副极地纬度上的最大强度在平流层顶附近的西风急流)；在夏半球，平流层变为环绕极地的东风。
对流层底层的平均水平环流
北半球半永久
冰岛低压、阿留申低压(夏季减弱，变成亚洲大 陆低压的一个低槽)、太平洋副热带高压(夏威夷高压)、大西洋副热带高压(亚 速尔高压)和格陵兰高压。
北半球季节
亚洲高压(亦称蒙古高压、西伯利亚高压)、亚洲热 低压(又称印度低压，低压中心在印度)、北美冷高压和北美热低压
对流层中部的冬三夏四
风温湿要素分布
平均温度场纬向分布
① 在极地平流层有明显的变化。 ② 所有季节，赤道对流层顶附近温度存在极小值； ③ 对流层的温度变化相对要小； ④ 中纬度存在较强的经向温度梯度，且冬季的经向温度梯度比夏季大，斜压性很强。
气压和风分布
两半球都存在显著的中纬度西风带。 海平面气压场显示在不同的地理区域存在半永久性或永久性的大气活动中心（高/低压中心），这些活动中心构成定常波列。 低层大气在热带地区存在显著的东风带 在10N和10S附近存在明显的辐合带（ITCZ）
大气运动影响要素
角动量
西风背景山脉
气压力矩作用将是地球获得向东的角动量(正的西风角动量)，加速东转，大气也因此损耗了西 风角动量，西风减弱。同理，极地和热带东风带中，山脉的气压梯度力将使地球获得向西的角动量(负的西风角动量)，减速东转，大气得到了西风角动量而使东风减弱。
涡旋角动量
对流层高层巨大涡旋向极输送较大角动量
热带角动量输送辐散
中纬度幅合
季风
海陆季风
行星季风
行星锋带交替的区域，行星环流发生季节性转移
大气环流
三圈
平流层
热带准两年振荡QBO
北极上空爆发性增温
由地形、海陆分布强迫等因素导致的对流层行星波上传到平流层
上传的行星波与平流层极涡相互作用，导致平流层极涡分裂
南半球陆地面积小，没有显著的大地型（山脉）
南极臭氧层空洞
题型
填空
概念
简答
计算
期末占60%