现代气候学

现代气候学Van♂darkass1.气候的定义:在太阳辐射和气候系统各子系统相互作用下，地球上某一区域在某一特定时段内天气（气候要素）的多年平均状况及其极端情形。2.气候学的概念:基于先进、综合的观测资料，利用统计和数值方法定量研究气候形成与变化、气候系统各成员间的相互作用，进行气候预测、气候理论及应用等方面研究的学科。3.气候系统：包括大气圈、水圈、陆圈、冰雪圈和生物圈在内的，受地球外因子影响、能够决定气候形成和变化的相互作用的整体。4.传统气候学与现代气候学的差异:1.对气候的认识2.气候系统概念的引入3.研究内容和研究方法.5.气候系统的组成:①大气圈结构：根据垂直方向上大气温度变化、运动状态、密度及成分的变化等,将大气分为:对流层,平流层,中间层,热层和外逸层.组成及特性:干洁空气、水汽、固态和液态微粒（气溶胶粒子）动力、热力性质:热惯性和动力惯性小,特征时间为1个月左右.②水圈组成：海洋、河流、湖泊、地下水和地表上的一切液态水。结构：海陆水平分布、海温垂直结构动力、热力性质：反射率小、热容量大、流速小，动力、热力惯性大。对气候的影响：（1）对温度的调节作用、水汽源地；（2）海-气相互作用③陆圈组成及结构：地球表层的固体表面，由岩石、土壤和沉积物组成。包括高原、平原、山地、丘陵、盆地等。热力性质:热容量小,热惯性小.对气候的影响：动力作用、热力作用、物质交换.④冰雪圈组成及结构：大陆冰原、高山冰川和永冻层、海冰和地面雪盖。热力性质：反射率大⑤生物圈组成：陆地和海洋中的植物，空气、海洋和陆地生活的动物，包括人类本身.热力、动力、水文等特性：反射率、粗糙度、蒸发、蒸腾、渗透、水份循环、CO2平衡.6.南极臭氧洞：南极地区上空大气臭氧总含量大幅度异常下降的一种现象。7.大气的保温效应（温室效应）：大气中的温室气体对太阳辐射的吸收很少，但却能强烈地吸收地面辐射，同时又向地面放射长波辐射，补偿地面因放射辐射而损失的能量，使地面气温升高的效应．8.阳伞效应气溶胶对太阳辐射的散射和吸收，使到达地面的太阳辐射减弱，引起地面气温的下降，其效应类似于阳伞效果，故称为阳伞效应．9.系统：许多物体（成分）和属性（变量、要素）组成的结构群，这些物体和属性之间通过一定的物理过程而相互联系，并按某种观测的型作为一个复杂的整体而起作用。10.系统的分类：开放系统：有能量和物质与系统外交换。封闭系统：没有能量和物质与系统外交换。孤立系统：有能量但无物质与系统外交换.11.反馈的定义：气候系统不同属性（变量）之间的相互作用，引起气候属性的变化，称为反馈。包括正反馈过程和负反馈过程。正反馈：反馈过程造成的气候变化与原变化同号，使气候变化加剧，产生气候不稳定称为正反馈。负反馈：反馈过程造成的气候变化与原变化反号，抑制气候的变化和异常，使气候趋于稳定，称为负反馈。12.天文辐射：大气上界与地球表面同心球面上接收到的太阳辐射，或者说不考虑大气圈影响,地表面接收到的太阳辐射称为天文辐射。13.太阳常数:大气上界、日地平均距离处、单位时间、垂直于太阳光线的单位面积上通过全部波长的太阳辐射能。14.天文辐射日总量:地球表面单位面积一天内接收到的全部波长的太阳辐射能15太阳高度角:太阳光线与地球水平面的夹角16.日照时间:日出到日没的时间间隔17.天文辐射的时空分布特征年变化（季节变化）：具有以一年为周期的季节性变化特点，但不同纬度具有不同的变化幅度，中高纬度的年变化显著，低纬度的年变化小。空间变化：具有随纬度增高而减小的趋势。不同季节或不同区域这种趋势有强弱差异。冬季随纬度增高的减小趋势强，夏季弱。18.大气质量:太阳光投射到地面所经路程中,单位截面积空气柱的质量.19.大气质量数(m):实际投射条件下的大气质量与垂直投射下的大气质量的比值.20.大气透明度描述大气对太阳辐射衰减的程度,常用透明系数表示21.大气对太阳辐射的散射定义：大气质点将入射辐射重新向各个方向辐射出去的一种现象．特点：强烈地依赖于粒子尺度与入射波长的相对大小，分为瑞利散射和米散射．瑞利(分子)散射:空气分子直径比波长小,散射能力与波长的四次方成反比米散射:空气分子直径比波长大,各种波长的散射能力相等.22.到达地面的太阳辐射：1.到达地面的太阳直接辐射：太阳以平行光的形式直接投射到地面的辐射2.到达地面的太阳散射辐射：太阳辐射经过大气散射后自天空投射到地面的辐射.23.地表总辐射Q:实际大气条件下,到达地面的直接辐射和散射辐射之和.24.地表反射辐射A：到达地表的总辐射有一部分由于反射作用而返回天空，这部分辐射能量称为地表反射辐射。25.地面放射辐射U：地面向上放射的长波辐射26.地面有效辐射F：地面放射辐射与地面吸收的大气逆辐射之差.27.大气逆辐射G：大气向下放射的长波辐射。28.地表反射率α：地表反射辐射占入射总辐射量的比称为地表反射率。29.地面辐射差额R：GUF单位地表面面积所吸收的总辐射和有效辐射之差,称为地面的辐射差额.30.大气的辐射差额Rα单位面积大气柱的辐射收入与辐射支出的差额．Rα单位面积大气柱的辐射差额，Uα该大气柱吸收的太阳辐射，F地面有效辐射，F∞通过大气上界逸出的长波辐射31.地-气系统的辐射差额单位面积的地面和大气柱整体的辐射收入与支出的差或，S0为天文辐射，为行星反射率32.地表热量平衡：地面在获得辐射差额时，一方面要升高地表温度，另一方面将盈余的热量以湍流显热和潜热向大气输送以及向地表活动层的分子输送，长期平均，其获得的辐射差额与支出达到平衡称为地面的热量平衡。33.地表热量平衡方程R地面辐射差额，大于零表示辐射有盈余；LE地面与大气的潜热通量，大于零表示地面蒸发,潜热从地面输向大气；H地面与大气的湍流热通量，大于零表示热量从地面输送给大气，使气温升高；Qs地面与下层土壤的分子热交换，大于零表示热量从地面向下层土壤输送。St地表与上层生物体的化学、生物过程有关的能通量34.大气的热量平衡自地面伸展到大气顶的单位截面积垂直空气柱内所有热通量的代数和等于其热含量变化，长期平均达到平衡。35.大气热量平衡方程Dα大气柱热含量变化Rα大气柱辐射差额Cα热平流引起的热交换Lr降水的潜热释放H地气感热交换36.大气窗：位于地面辐射波段最强处,大气的吸收率最小,透射率最大,这一波段能量透过大气射向宇宙空间,将这一波段称为大气窗.37.水分循环概念：地球上各种形态的水，在太阳辐射和重力作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程，称为水分循环。38.水分循环尺度：FFURaaFQQRas)1(FSRSs)1(0StsSQHLERFQR)1(HLrCRDaaa全球水分循环：海陆间的水分循环—大循环，循环的过程慢，水汽运行的路程长．区域水分循环：海洋或陆地内的水分循环—小循环，循环的过程快，水汽运行的路程短。水-土-植水分循环：土壤、植物和水分构成的相互作用的系统。39.水分循环的意义：水分循环使地球上水体组成一个连续的、统一的水圈，把气候系统五大圈层联立成既互相联系、又互相制约的有机整体。水分循环使地球上的物质和能量得到输送。水分循环使海洋与陆地之间的联系十分紧密。水分循环使地球上的水周而复始地补充、更新，是可再生的资源。40.影响水分循环的因素：气象因素：风、温度、湿度等；下垫面因素：地形、地质、地貌、土壤、植被；人类活动：水利工程、农林措施等。41.蒸发和蒸散的概念：水分从物体表面既蒸发面向大气逸散的现象称为蒸发。植被地段的地面蒸发和植物蒸腾统称为蒸散。42.蒸发率的概念：单位时间从蒸发面单位面积上逸散到大气中的水分子数与从大气中返回到蒸发面的水分子数的差值（当为正值时）称为蒸发率（或地面净水汽输送通量)，用于表示蒸发面蒸发快慢的特征量。量纲：mmh-143.大气中水含量：从地面到大气顶单位面积大气柱中的水分含量或44.大气中的水汽输送：从地面到大气顶水汽（E）单位时间单位纬向距离在南北方向上的水平输送:其数值差分模式为45.降水和降水量：降水：云中的液态或固态水在重力作用下，克服空气阻力，从空中降落到地面的现象，称为降水.降水量：降落至地面的液态或固态水，未经蒸发、渗透、流失而在水平面上集聚的深度，单位：mm46.降水和降水量：水汽，降水形成的物质基础；水汽凝结的动力条件.水汽凝结的热力条件.zadzzaW0)(001PVqdPgEniiiiPqVgE12/12/11ppadppqgW0)(147.径流的形成降水过程；流域的蓄渗过程：植物截留、下渗、洼地蓄水等过程；坡面漫流过程；河网汇流阶段;地下径流过程。48.径流特征量径流总量：一定时间内通过河川横断面的水量，称为径流总量.径流系数：任意时段内流域平均的径流深度与流域平均降水量之比.径流变率（模比系数）：任何时段的平均径流量与同期多年平均径流量之比49.径流的时间变化：季节（年）变化，一年内径流（河槽水位）的变化：汛期、平水期、枯水期；径流的年际及年代际变化，同一时期不同年份或年代之间的径流之差异。50.水量平衡概念:水分循环的数量表示，即任一区域在某一时段内,水分收入与支出的差等于该区域在该时段内的水量变化,长期意义下,任一区域水量保持收支平衡.51.地面水量平衡方程通用形式的地面水量平衡方程I：某一定时间段内输入该区域的各种水量之和D：在该时段内从该区域输出的各种水量之和W1：该区域在这一时段的开始时的总储水量W2：该区域在这一时段的结束时的总储水量ΔW:该时段输入该区域的各种水量之和陆地水量平衡方程ΔWc：陆地在研究的时段内储水量的变化量rc:陆地上的总降水量Ec：陆地上的蒸发量f：大陆的地表径流海洋水量平衡方程ΔWs：海洋在研究的时段内储水量的变化量rs：海洋上的总降水量Es：海洋上的蒸发量一般ΔWs，ΔWc可看作0，可得：E=r可见全球的总蒸发量E等于总降水量r52.大气的水分平衡21IDfErWcccfErWsss某一地区在给定的一段时间内，大气柱中总收入的水汽量与总支出的水汽量之差，等于该地区这一时段内大气柱中水汽含量的变化量。长期平均，达到平衡。53.大气的水分平衡方程：Δqα大气柱水气量的变化Qai大气柱水汽流入量Qag大气柱水汽流出量E蒸发进入大气柱水汽量R降水减少大气柱水汽量54.地-气系统的水分平衡陆地大气约去e，r可得地-气系统水分平衡方程55.气候系统的水分循环蒸发、水汽输送、降水、径流56.海洋在气候形成和变化中的重要性一、海洋是大气的主要能量供应源1.太阳辐射绝大部分（85%）被海洋表层吸收，通过潜热和显热输送给大气.2.海洋环流热量的经向输送。二、海洋是大气水分的主要供应地大气中的水汽主要来自海表蒸发三、海洋对气候的调节作用1.海洋的热惯性和动力惯性大，使全球气候季节变化幅度减小，海洋气候季节滞后于陆地；2.平滑大气高频变化.四、海洋对温室效应的缓解作用释放到大气中的CO2有一半左右被海洋吸收，减缓了全球增暖的速率。57.海、陆物理特性的差异①海、陆面积的差异1,海洋表面积占地球总面积的70.8%；2,南北半球以及各纬度海陆分布不同.②海、陆表面辐射特性的差异1,对太阳辐射的反射率，海水表面平均为5-6%，陆面平均为10-30%，海面辐射差额大于陆面；rEQQqagaiafErWcccrEQQqagaiafQQQagaia2,海水对辐射的透射作用，使海水吸收、储存更多的太阳辐射.③海、陆向大气热量输送的差异1,全球平均感热输送陆地大于海洋；2,各纬度及全球平均海洋蒸发比陆地大3倍以上.④海、陆向下及水平热量输送的差异1,海水的热容（是空气的3100倍）大于土壤2-3倍；2,海水有铅直混合作用：涡动、对流和分子垂直运动；3,海水大规模的水平运动。⑤海、陆表面摩擦阻力的差异海面平滑、粗糙度小、平均风速大于陆面58.海、陆分布对环流的影响①海、陆分布对近地层环