【正文】 第三節(jié) 全球變化的主要過(guò)程 全球變化的主要過(guò)程 ● 氣候系統(tǒng)與水文循環(huán)過(guò)程 ● 固體地球系統(tǒng)與巖石圈循環(huán)過(guò)程 ● 生態(tài)系統(tǒng)與生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程 ● 人類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)與人類(lèi)活動(dòng)過(guò)程 □ 地球表面的能量收支平衡與溫室效應(yīng) □ 大氣和海洋環(huán)流 □ 水文循環(huán)與氣候系統(tǒng)中的反饋過(guò)程 一、氣候系統(tǒng)與水文循環(huán)過(guò)程 氣 候 系 統(tǒng) 氣候系統(tǒng)的 組成 ： 大氣、海洋、冰雪、陸地表面和生物圈。 氣候系統(tǒng)的 驅(qū)動(dòng)力 ： 太陽(yáng)能 氣候形成和維持的物理因素 氣候系統(tǒng)的加熱率 風(fēng)、洋流及大尺度渦旋通過(guò)對(duì)物理量的輸送達(dá)到穩(wěn)定平衡 ,維持一定的全球熱量平衡態(tài)。 當(dāng)氣候系統(tǒng)的能量平衡受到破壞 ,將導(dǎo)致氣候系統(tǒng)狀態(tài)的改變 ,即氣候變化。 □ 地球表面的能量收支平衡與溫室效應(yīng) 氣候系統(tǒng)的加熱率的影響因素有三： 1）到達(dá)大氣上界的太陽(yáng)輻射的變化（地球軌道要素的影響） ,其變化是引起影響地球能量收支平衡的外在因素。 2）地球的行星反射率 α, 決定到達(dá)地球的太陽(yáng)能有多少份額被反射回太空 （云量、大氣氣溶膠、冰雪覆蓋面積、陸地植被、地貌形態(tài) ,以及海陸分布格局等） 。這些因素的改變可導(dǎo)致地球?qū)嶋H接收到的太陽(yáng)輻射發(fā)生改變。 3）太陽(yáng)能在地球系統(tǒng)中滯留的時(shí)間 ,與地球的溫室效應(yīng)相聯(lián)系。 +108 +7 + 23 溫室效應(yīng) —— 大氣中各種微量氣體對(duì)地表長(zhǎng)波輻射的吸收決定了地面溫度的變化。 溫室氣體 (H20 、 C0 N20 、 CH 氯氟烴等 )對(duì)進(jìn)入地球的太陽(yáng)輻射影響不大 ,但強(qiáng)烈地吸收地球的長(zhǎng)波輻射 ,從而在地球的表面形成一層保溫層 ,使地球所接收的太陽(yáng)能不會(huì)馬上散失 ,而是在其返回宇宙空間之前反復(fù)地加熱地球 ,使地球變得象溫室一樣溫暖 ,即“溫室效應(yīng)”。 溫室氣體的增減會(huì)改變地球的溫室效應(yīng) ,導(dǎo)致地表溫度發(fā)生相應(yīng)的變化。 如果沒(méi)有溫室氣體 ,地表溫度將較現(xiàn)代低 32℃, 即為 17℃ （現(xiàn)在15℃ ）；如果不考慮云的反射作用 ,地面溫度也將較現(xiàn)代低 21℃ 。果真如此 ,地球上的水將因此而停止循環(huán) ,地球上的生命也將毀滅。 溫室氣體 云 與現(xiàn)代平均全球地面溫度 15℃ 相比較的變化 (℃ ) 同現(xiàn)在 同現(xiàn)在 0 無(wú) 同現(xiàn)在 32 無(wú) 無(wú) 21 同現(xiàn)在 無(wú) 4 加倍的 CO2濃度 , 其他方面同現(xiàn)在 同現(xiàn)在 (不附加云的反饋 ) 加倍的 CO2濃度 +反饋的最佳估計(jì)值 包括云反饋?zhàn)饔? 因此， 維持溫室氣體的平衡 是 生物地球化學(xué)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。 大氣溫室氣體含量取決于大氣化學(xué)的控制和調(diào)控過(guò)程。 1）自然狀況下大氣的溫室氣體由生物過(guò)程和海洋過(guò)程來(lái)調(diào)節(jié)的； 2）人類(lèi)活動(dòng)向大氣排放大量的溫室氣體導(dǎo)致自然平衡受到破壞。 □ 大氣和海洋環(huán)流 地面 —— 大氣 熱機(jī)的 主要熱源 大氣從地面獲得的能量是大氣直接從太陽(yáng)獲得的能量的 。 穿過(guò)大氣 達(dá)地面的太陽(yáng)輻射 ,約有 80%被海洋吸收。 地面再通過(guò)長(zhǎng)波輻射、潛熱釋放及感熱輸送的形式傳輸給大氣。 在 地面熱源中 ,海洋的潛熱占 50%以上 ,比感熱多兩倍多 (23:7)。 海洋貯藏了地球所接收的太陽(yáng)能并將其轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)氣候系統(tǒng)的動(dòng)力。 海 氣之間在氣候尺度內(nèi)存在著密切的、甚至是共生的耦合關(guān)系。 ＊ 海洋 主要通過(guò)對(duì)潛熱和感熱的輸送 推動(dòng)大氣運(yùn)動(dòng) ,強(qiáng)烈地影響氣候； ＊ 大氣 主要 通過(guò)風(fēng)應(yīng)力 將動(dòng)量送給海洋， 影響海洋環(huán)流。 氣候系統(tǒng)正是 通過(guò)大氣和海洋的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)和能量的傳輸與轉(zhuǎn)化。 大氣環(huán)流 傳輸 著 熱量和水分 ,水分的傳輸 影響陸地上降水的分布 、 冰蓋的發(fā)展 以及 海水的鹽度 。 大氣環(huán)流的主要狀況決定著全球的、區(qū)域的天氣和氣候類(lèi)型及其變化。 氣候的異常 (如旱、澇 )均與大氣環(huán)流的某種持續(xù)異常有關(guān)。 全球大氣環(huán)流形式（全球尺度）： （ 1）平均經(jīng)圈環(huán)流 —— 由赤道與極地間的能量梯度作用和地球自轉(zhuǎn)的影響所產(chǎn)生的大氣運(yùn)動(dòng)； （ 2）沃克環(huán)流 —— 赤道地區(qū)大洋東、西兩側(cè)海水冷暖差異形成的大氣緯圈環(huán)流； （ 3）季風(fēng)環(huán)流 —— 由于海、陸分布及其物理性質(zhì)的不同所產(chǎn)生的熱力差異而導(dǎo)致的。 平均經(jīng)圈環(huán)流主要成員包括： 東、西風(fēng)帶 (包括急流 )和準(zhǔn)定常的槽脊等 。 由于太陽(yáng)直射點(diǎn)季節(jié)變化和海陸對(duì)此響應(yīng)的差異，并末出現(xiàn)環(huán)繞全球的高壓或低壓帶，而是形成若干個(gè)高壓或低壓中心。這些中心不僅有季節(jié)變化，而且存在著明顯的年際變化，這些年際變化成為廣大地區(qū)氣候變化的直接原因。 中高緯 是以極渦為中心環(huán)繞緯圈的西風(fēng)環(huán)流（冬強(qiáng)夏弱），西風(fēng)帶中有“冬三夏四”的平均長(zhǎng)波槽。 冬季三個(gè)長(zhǎng)波槽： 東亞大槽 —— 140176。E 北美大槽 —— 70176。W 歐洲淺槽 —— 40176。E 夏季四個(gè)長(zhǎng)波槽： 東亞大槽 —— 160176。~180176。E 北美大槽 —— 60176。W 歐洲西海岸槽 —— 0176。~10176。E 貝加爾湖西部槽 —— 90176。E 冬季中低緯有 5個(gè)西風(fēng)帶槽： 東亞、北美、孟加拉灣、地中海、東太平洋 中緯度 低緯度 低緯度為副熱帶高壓控制 （冬弱夏強(qiáng)，隨季節(jié)南北位移） ☆ 冬季副高弱 —— 其范圍在 20176。N以南 ☆ 夏季副高強(qiáng) —— 其范圍在 40176。N以南 沃克環(huán)流 赤道東太平洋 是 冷水上翻區(qū) 。 形成了著名的赤道干旱帶 。 在日界線以東 0～ 10186。S范 圍內(nèi)年降水量?jī)H 500mm左右 。 西太平洋從日界線往西到菲律賓是所謂 “ 暖池 ” 。 在西太平洋赤道附近年降水量在 2022mm以上 ， 10186。N~10186。S附近兩個(gè)半球的熱帶輻合帶年降水量高達(dá) 5000mm。 菲律賓以東的 暖池與赤道東太平洋的冷 水域之間形成強(qiáng)烈的溫度 對(duì)比 。 Bjerknes首先 （ 1969） 指出這種東西向?qū)Ρ鹊闹?要性 。并且 認(rèn)為赤道太平洋上空可能存在一個(gè)緯向環(huán)流圈 。 沃克環(huán)流 —— 赤道東太平洋冷水域上空大氣是下沉運(yùn)動(dòng) ， 西太平洋 暖池 上空大氣對(duì)流強(qiáng)烈 ， 以上升運(yùn)動(dòng)為主 ， 而地面為東風(fēng)信風(fēng) ， 高空對(duì)流層上層為西風(fēng) ， 形成一個(gè)閉合的東西向環(huán)流圈 。 沃克環(huán)流是赤道地區(qū)海 氣作用的產(chǎn)物 ,并通過(guò)大氣的遙相關(guān)作用影響到其它地區(qū) ,在整個(gè)赤道緯圈均存在沃克環(huán)流 。 季風(fēng)環(huán)流 ☆ 季風(fēng)的基本概念 以一年為周期，大范圍地區(qū)的盛行風(fēng)隨季節(jié)而有顯著改變的現(xiàn)象，稱為季風(fēng)。 ☆ 季風(fēng)的分布 世界季風(fēng)區(qū)分布： 約在 30176。W ~ 170176。E， 20176。S ~ 35176。N的范圍， 其中以東亞和南亞的季風(fēng)最顯著。 東亞季風(fēng)范圍廣、強(qiáng)度大，冬季風(fēng)強(qiáng)于夏季風(fēng)。 南亞季風(fēng)（印度季風(fēng)），夏季風(fēng)強(qiáng)于冬季風(fēng)。 東亞 — 南亞季風(fēng)氣候特點(diǎn)： （ 1）盛行風(fēng)向隨季節(jié)變化很大，甚至相反； （ 2）季風(fēng)源地不同，氣團(tuán)性質(zhì)不同，冬季寒冷干燥，夏季炎熱濕潤(rùn)； （ 3）造成的天氣現(xiàn)象有本質(zhì)的季節(jié)性差異，冬季干燥少雨，夏季濕潤(rùn)多雨，多暴雨；熱帶地區(qū)有旱季與雨季之分。 東亞季風(fēng)（ 東亞季風(fēng)區(qū)相對(duì)較復(fù)雜 ） 南海 西太平洋一帶為 熱帶季風(fēng)區(qū) ， 冬季 盛行東北季風(fēng)，夏季 盛行西南季風(fēng)。 東亞大陸 日本一帶為 副熱帶季風(fēng)區(qū) ， 冬季 30176。 N以北盛行西北季風(fēng)，以南盛行東北季風(fēng)； 夏季 盛行西南季風(fēng)或東南季風(fēng)。 夏季雨量豐富，冬季雨雪較少，干濕季沒(méi)有熱帶季風(fēng)區(qū)明顯。 南亞季風(fēng)（ 熱帶季風(fēng) ） 冬季盛行東北季風(fēng)，夏季盛行西南季風(fēng)。