1、海洋和大气相互作用n指海洋和大气之间发生的能量和物质交换过程n包含大尺度相互作用过程和小尺度过程小尺度相互作用：海浪、风海流、风暴潮大气向海洋动量传递大气热收支、大气中水循环海洋向大气热量和物质输送大尺度相互作用：如ENSO事件大尺度过程基于小尺度过程的研究结果小尺度问题极大影响大尺度的研究结果海洋海洋大气相互作用大气相互作用气候系统气候系统。影响气候系统的外部因素影响气候系统的外部因素n各子系统是各子系统是开放的非孤立系统开放的非孤立系统。 各子系统构成了由复杂物理过程联系起来的串级系统。这些物各子系统构成了由复杂物理过程联系起来的串级系统。这些物理过程包括穿越边界的能量、动量和物质输送，且
2、生成了大量反理过程包括穿越边界的能量、动量和物质输送，且生成了大量反馈机制。馈机制。n气候系统是一个复杂的系统：气候系统是一个复杂的系统： 描述气候系统的物理量的空间分布和时间变化尺度大 各不同分量的估计时间尺度在不同子系统之间变化很大，甚至在各不同分量的估计时间尺度在不同子系统之间变化很大，甚至在同一个子系统内变化也很大。同一个子系统内变化也很大。 气候系统中发生的过程类型都是非常复杂的。n气候系统是一个高度非线性的系统气候系统是一个高度非线性的系统 气候系统重要过程：物理过程、化学过程和生物过程气候系统重要过程：物理过程、化学过程和生物过程 气候系统中发生的重要过程是各组分之间相互作用和相
3、互影响的气候系统中发生的重要过程是各组分之间相互作用和相互影响的具体表现，表现出高度非线性具体表现，表现出高度非线性. .子系统间的相互作用：子系统间的相互作用：海海- -气相互作用气相互作用陆陆- -气相互作用气相互作用大气大气- -冰雪相互作用冰雪相互作用气候气候( (大气大气)-)-生物相互作用生物相互作用冰冰- -海相互作用海相互作用 子系统内部的各种过程：子系统内部的各种过程： 气候系统海洋海洋大气子系统大气子系统n最活跃、信号最强，在气候系统中最重最活跃、信号最强，在气候系统中最重要。要。20052005年台风达维影响广东年台风达维影响广东热带气旋生成于温暖的洋面热带气旋影响海洋产
4、生巨浪，风暴潮 海洋是地球气候系统的最重要组成部分。海洋是地球气候系统的最重要组成部分。海洋具有如下性质：海洋具有如下性质：n全球海洋全球海洋吸收的吸收的Q Qs s占进入大气顶的总占进入大气顶的总Q Qs s的的70%70%左右左右。u因此，因此，海洋，尤其是热带海洋，是大气运动的重要能源。海洋，尤其是热带海洋，是大气运动的重要能源。n海洋有着极大的海洋有着极大的热容量热容量。u相对大气运动，海洋比较稳定相对大气运动，海洋比较稳定, ,海水的海水的运动和变化比较缓慢运动和变化比较缓慢。n海洋是地球大气系统总海洋是地球大气系统总COCO2 2最大的汇最大的汇。 以上性质，决定了海洋对大气运动和
5、气候变化具有不可以上性质，决定了海洋对大气运动和气候变化具有不可忽视的影响。忽视的影响。n海洋对海洋对大气系统热力平衡大气系统热力平衡的影响的影响向大气输送热量向大气输送热量 吸收吸收Q Qs s的的70%70%的绝大部分（的绝大部分（85%85%）储存于海洋表层（混合层）中。这）储存于海洋表层（混合层）中。这些能量将以些能量将以潜热、长波辐射和感热交换的形式输送给大气潜热、长波辐射和感热交换的形式输送给大气，驱动大，驱动大气的运动。气的运动。 海洋环流海洋环流在大气系统能量输送和平衡中的重要作用。在大气系统能量输送和平衡中的重要作用。30%30%的经向能量的经向能量输送由海洋承担。输送由海洋
6、承担。n海洋对海洋对水汽循环水汽循环的影响的影响 大气中水汽量的大气中水汽量的86%86%由海洋提供。尤其低纬度海洋，是由海洋提供。尤其低纬度海洋，是大气水汽的主大气水汽的主要源地要源地。n海洋对海洋对大气运动大气运动的调谐作用的调谐作用 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状况的变化有滞后效应变化有滞后效应。n海洋对海洋对温室效应温室效应的缓解作用的缓解作用 海洋环流减小了低纬大气的增热，使高
7、纬大气加热，降水量亦相应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。改变。而且大气对某些因素变化的敏感性降低。减少大气中减少大气中COCO2 2含量含量。海洋海洋大气相互作用大气相互作用n对气候和大气环流变化，海洋混合层十分重要对气候和大气环流变化，海洋混合层十分重要。n太阳辐射能太阳辐射能通过影响混合层而成为驱动整个海洋运动通过影响混合层而成为驱动整个海洋运动的重要原动力。的重要原动力。n混合层的辐合、辐散过程通过混合层的辐合、辐散过程通过EkmanEkman抽吸抽吸效应影响深效应影响深层海洋环流。层海洋环流。n深层海洋环流通过改变混合
8、层的状况对深层海洋环流通过改变混合层的状况对大气运动影响大气运动影响。海洋上混合层海洋上混合层 (UML,(UML,简称海洋混合层简称海洋混合层) )nENSOENSO定义定义n是厄尔尼诺是厄尔尼诺 ( (El NiEl Nio) o) 和南方涛动（和南方涛动（Southern Southern OscillationOscillation）的合称。）的合称。n二者有非常好的相关关系。二者有非常好的相关关系。n当赤道东太平洋表层水温（当赤道东太平洋表层水温（SSTSST）正距平，南方涛动指数）正距平，南方涛动指数往往是负。往往是负。ENSOENSO海气相互作用典型事件海气相互作用典型事件南方涛
9、动指数（实线）和赤道东太平洋海表水温异常（虚线）随时间演变赤道东太平洋位置： （0-10S，180-90W） 厄尔尼诺厄尔尼诺 ( (El NiEl Nio) o) 和南方涛动和南方涛动二者有非常好的相关关系二者有非常好的相关关系。l当赤道东太平洋表层水温（当赤道东太平洋表层水温（SSTSST）正距平，南方涛动指数往往是负。）正距平，南方涛动指数往往是负。nENSOENSO成为大尺度海气相互作用以及气候变化研究的中心课题。成为大尺度海气相互作用以及气候变化研究的中心课题。n包含厄尔尼诺、南方涛动及拉尼娜包含厄尔尼诺、南方涛动及拉尼娜La NiLa Nia a等现象研究等现象研究ENSOENSO
10、（Southern OscillationSouthern Oscillation）厄尔尼诺厄尔尼诺El NiEl Nio o和拉尼娜和拉尼娜La NiLa Nia an厄尔尼诺厄尔尼诺是指圣诞前后，沿厄瓜多尔和秘鲁沿岸，出现一弱的洋是指圣诞前后，沿厄瓜多尔和秘鲁沿岸，出现一弱的洋流，代替了通常对应的冷水。流，代替了通常对应的冷水。n近年指一种更大尺度的海洋异常现象，整个赤道东太平洋表现振近年指一种更大尺度的海洋异常现象，整个赤道东太平洋表现振幅达几摄氏度的增暖。幅达几摄氏度的增暖。n拉尼娜：拉尼娜：El Nio is the strongest signal of climate varia
11、bility on interannual timescales. It is a coupled mechanism between the tropical ocean and atmosphere.与此相联系，海洋和大气环流发生很大的异常。与此相联系，海洋和大气环流发生很大的异常。尼诺指数尼诺指数1988与1998海表水温异常情况对比1983、1987、1994、1998异常情况nENSOENSO年份：年份：1790-931790-93、18281828、1876-781876-78、18911891、1925-261925-26、1982-831982-83、1986-19871986
12、-1987、1991-19941991-1994、1997-981997-98、 2002-20062002-2006、2009-20102009-2010。 n8282年年4 4月至月至19831983年年7 7月的月的ENSOENSO现象，是几个世纪来最严重的一次，现象，是几个世纪来最严重的一次，太平洋东部至太平洋东部至中部水面温度比正常高出约中部水面温度比正常高出约4 4至至55，造成全世界，造成全世界1300130015001500人丧生，经济损失人丧生，经济损失近百亿近百亿美元美元。n 19861986年年至至19871987年年的的ENSOENSO现象，使赤道中、东太平洋海水表面水
13、温比常年平均温现象，使赤道中、东太平洋海水表面水温比常年平均温度偏高度偏高22左右；同时，左右；同时，热带热带地区的地区的大气环流大气环流也相应地出现异常，热带及其他地也相应地出现异常，热带及其他地区的天气出现异常变化；区的天气出现异常变化；南美洲南美洲的的秘鲁秘鲁北部、中部地区暴雨成灾；北部、中部地区暴雨成灾；哥伦比亚哥伦比亚境内境内的的亚马孙河亚马孙河河水猛涨，造成河堤多次决口；河水猛涨，造成河堤多次决口；巴西巴西东北部少雨干旱，西部地区炎热东北部少雨干旱，西部地区炎热；澳大利亚澳大利亚东部及沿海地区雨水明显减少；东部及沿海地区雨水明显减少；中国中国华南华南地区、地区、南亚南亚至至非洲非洲
14、北部大范北部大范围地区均少雨干旱。围地区均少雨干旱。n19901990年年初又发生初又发生ENSOENSO前兆现象。这年前兆现象。这年1 1月，太平洋中部海域水面温度高于往年，月，太平洋中部海域水面温度高于往年，除赤道海域水面温度比往年高出除赤道海域水面温度比往年高出0.50.5外，外，国际换日线国际换日线以西的海域水面温度也比以西的海域水面温度也比往年高出将近往年高出将近11；接近海面的；接近海面的2828的暖水层比往年浅的暖水层比往年浅1010米左右；南美洲太平洋米左右；南美洲太平洋沿岸水域的水位比平时上涨沿岸水域的水位比平时上涨15153030厘米。厘米。n19971997年年至至199
15、81998年年的的ENSOENSO现象，现象，太平洋东部至中部水面温度比正常高出约太平洋东部至中部水面温度比正常高出约3 3至至44，美洲美洲地区有持续暴雨，地区有持续暴雨，东南亚东南亚地区则持续干旱并发生大规模的森林大火。地区则持续干旱并发生大规模的森林大火。上层海洋与低层大气上层海洋与低层大气 国际国际SOLAS计划计划ENSOENSO与全球气候变化与全球气候变化n大气中的大气中的HadleyHadley环流将会增强。环流将会增强。n与与El NiEl Nio o年年ITCZITCZ位置偏南相匹配，西太副高也偏南。而在位置偏南相匹配，西太副高也偏南。而在La La NiNia a年副高脊线
16、较常年偏北。年副高脊线较常年偏北。n影响西太平洋台风运动。影响西太平洋台风运动。n使中高纬度西风加强，使中高纬度西风加强，阿留申低压往往比正常时强，因而常阿留申低压往往比正常时强，因而常给北美西岸造成频繁的强风暴活动，暴风雨和风暴浪潮严重给北美西岸造成频繁的强风暴活动，暴风雨和风暴浪潮严重n厄尔尼诺年太平洋的台风数会减少（从正常年的厄尔尼诺年太平洋的台风数会减少（从正常年的2929个减少到个减少到26.426.4个）个） 对中国气候也有明显影响。对中国气候也有明显影响。众多的气候灾害说明厄尔尼诺和拉尼娜现象影响大气环流从而众多的气候灾害说明厄尔尼诺和拉尼娜现象影响大气环流从而导致全球气候异常导
17、致全球气候异常。由于赤道东太平洋由于赤道东太平洋SSTSST异常异常( (El NiEl Nio o现象现象) )l是赤道海洋表面因水温东西差异而产生的一种纬圈热力环流是赤道海洋表面因水温东西差异而产生的一种纬圈热力环流沿赤道的正常沃克（Walker）环流示意图（非ENSO期间）沃克环流沃克环流（Walker cell）n最早由英国气象学家沃克（Gilbert Walker）于20世纪初期发现并提出nGilbert Thomas Walker (1868-1958）英国数学家和气象学家，曾任印度气象局长沃克环流沃克环流正常情况：正常情况：太平洋中东侧：干旱、海温低、海洋温跃层浅、下沉气流太平洋
18、中东侧：干旱、海温低、海洋温跃层浅、下沉气流太平洋西侧：多雨、海温高、海洋温跃层深、上升气流太平洋西侧：多雨、海温高、海洋温跃层深、上升气流厄尔尼诺：厄尔尼诺：太平洋中东侧：多雨、海温高、温跃层深、洪涝灾害、下沉气流减弱或上太平洋中东侧：多雨、海温高、温跃层深、洪涝灾害、下沉气流减弱或上升气流升气流太平洋西侧：太平洋西侧： 干旱、海温低、温跃层浅、上升气流减弱或下沉气流干旱、海温低、温跃层浅、上升气流减弱或下沉气流厄尔尼诺对厄尔尼诺对沃克环流（沃克环流（Walker cell）影响）影响厄尔尼诺厄尔尼诺ITCZITCZ位置偏南相匹配，西位置偏南相匹配，西太副高也偏南。而在太副高也偏南。而在La
19、 NiLa Nia a年副高脊线较常年偏北。年副高脊线较常年偏北。n影响西太平洋台风运动。影响西太平洋台风运动。l 厄尔尼诺年太平洋的台风数会减少（从正常年的厄尔尼诺年太平洋的台风数会减少（从正常年的2929个减少到个减少到26.426.4个）个）厄尔尼诺对中国的影响厄尔尼诺对中国的影响n登陆我国的热带风暴和台风减少登陆我国的热带风暴和台风减少n我国北方夏季易出现高温、干旱我国北方夏季易出现高温、干旱n我国南方夏季易发生低温、洪涝，如我国南方夏季易发生低温、洪涝，如19981998年的涝灾年的涝灾n梅雨季节会推迟梅雨季节会推迟n厄尔尼诺年发生后的冬季，北方出现暖冬。厄尔尼诺年发生后的冬季，北方
20、出现暖冬。厄尔尼诺的监测厄尔尼诺的监测n在在1982-83年的厄尔尼诺后年的厄尔尼诺后，美国、日本和法国在横跨，美国、日本和法国在横跨赤道太平洋的洋面上串起了赤道太平洋的洋面上串起了70个浮标。个浮标。n这些被称为这些被称为热带大气海洋热带大气海洋（TAO）排列）排列的浮标，监的浮标，监测着测着500米深的水温以及风米深的水温以及风、气温和相对湿度。是一个、气温和相对湿度。是一个厄尔尼诺的早期警报体系。厄尔尼诺的早期警报体系。n厄尔尼诺警报可用卫星高度厄尔尼诺警报可用卫星高度计测量海平面的高度。计测量海平面的高度。Tropical Atmosphere Ocean tao array of moored buoys operated by the NOAA Pacific Marine Environmental Laboratory with help from Japan, Korea, Taiwan, and France.本章小节n气候系统n海洋在气候系统中的地位和作用n海气相互作用的特征nENSO事件，及其影响
