1、第六章氣候的形成（一）2氣候形成的原因：氣候的形成和變化是多種因子綜合作用的結果，包括內因和外因：內因氣候系統內各子系統間的相互作用。外因如太陽輻射、地球軌道參數的變化、大陸飄移、火山活動等。外部因子必須通過系統內因才能對氣候產生影響。3氣候系統的屬性（四個方面）熱力屬性，包括空氣、水、冰和陸地表面的溫度；另外太陽輻射是氣候形成和變化的最主要的外部因子，也是氣候系統的能源。它們之間的相互作用體現在：輻射、反射、散射、傳導、吸收、透射、放射等熱力屬性。4動力屬性，包括風、洋流及與之相聯系的垂直運動和冰體運動；它與氣候系統內部的能量轉換密切相關。5水分屬性，包括空氣濕度、云量及云中含水量、降水量、

2、土壤濕度、河湖水位、冰雪等；水份循環是氣候系統內部復雜物質交換的突出例子之一。大氣中的最大熱源就是這種潛熱輸送。6靜力屬性，包括大氣和海水的密度和壓強、大氣的組成成分、大洋鹽度及氣候系統的幾何邊界和物理常數等。 以上這四種屬性在一定的外因條件下，通過氣候系統內部的物理過程、化學過程和生物過程而相互作用，并在不同時間尺度內變化，形成不同時期的氣候特征。7氣候的形成和變化由以上各屬性的分析，可將氣候形成的因子歸納為：太陽輻射宇宙地球物理因子環流因子（包括大氣環流和洋流）下墊面因子（包括海陸分布、地形與地面特性、冰雪覆蓋）人類活動的影響81、氣候形成的輻射因子一、除太陽本身的變化外，天文輻射能量主要

3、決定于日地距離、太陽高度、白晝長度。1、日地距離b：大氣上界的太陽輻射強度為：92、太陽高度：通過上式可以求出任一地點、任一天太陽輻射在大氣上界流入量的日變化，以及一年中任一天白晝時任一時刻，地球表面水平面上天文輻射的分布。（對上式求積分，可得某緯度某日天文輻射日總量。P156式6.8）103、白晝長度：因日出日沒的時角絕對值相等，所以20就是白晝長度。11二、天文輻射的時空分布規律：全年赤道獲得的太陽輻射最多，從赤道向極地隨緯度增高而減小，極小值出現在極點。夏半年在2025的緯度帶，獲得太陽輻射最多，由此向赤道和極地遞減，最小值在極點。夏半年太陽位于天頂的時間以回歸線附近最長。又因緯度愈高，

4、太陽高度角雖趨于減小，但一天之中的白晝時間卻愈增長，所以太陽輻射隨緯度增高而遞減，但遞減程度趨于和緩，高低緯度之間的差值較小。12冬半年赤道獲得太陽輻射最多，隨緯度增高迅速遞減。高低緯度之間的差值大。因冬半年隨緯度增高，太陽高度角和白晝時間均迅速遞減的緣故。同一緯度，冬、夏太陽輻射的差值，隨緯度增高而增大，即太陽輻射的年振幅隨緯度增高而增大。132、氣候形成的環流因子環流因子大氣環流因子（海氣相互作用）洋流因子14一、海氣相互作用與環流1、海洋對大氣的作用全球10m深的海洋水的總質量就相當于整個大氣圈的質量。到達地表的太陽輻射能約有80為海洋所吸收，且將其中85左右的熱能儲存在大洋表層，這部分

5、能量再以長波輻射、蒸發潛熱和湍流顯熱等方式輸送給大氣。海洋還通過蒸發作用，向大氣提供大約86的水汽來源。這種熱量的輸送，既影響了大氣的溫度分布，又是驅使大氣運動的能源，在大氣環流的形成和變化中極為重要。海洋是大氣環流運轉的能量和水汽供應的最主要源地和儲存庫。同時也是CO2的巨大貯存庫，它也通過調節大氣中的CO2含量來影響氣溫和環流。152、大氣對洋流的影響海洋是從大氣圈的下層向大氣輸送熱量和水汽，大氣運動所產生的風應力向海洋上層輸送動量，使海水發生流動，形成“風生洋流”，亦稱“風海流”。世界洋流分布與地面風向分布密切相關。16在熱帶、副熱帶海洋，北半球洋流基本上是圍繞副熱帶高壓作順時針向流動，

6、在南半球則作反時針向流動。因信風的推動，在赤道具有由東向西的洋流，在北半球稱北赤道洋流，在南半球稱南赤道洋流。為維持海水的連續，于是在南北赤道洋流間自然就發展一種補償洋流，方向與赤道洋流相反，由西向東流，稱赤道逆流。17洋流的流向除受風力作用外還受地轉偏向力和海水摩擦力的作用，因此洋流的流向并不和風向一致，在北半球要向右偏，南半球要向左偏。洋流的流速遠比風速小。從鉛直方向而言，洋流的速度以海洋表面為最大，因摩擦力的影響，愈向下層流速愈小，至一定深度減弱為零。18冷流：在副熱帶高壓北側盛行西風，上述暖洋流在副高西側向極地方向流到緯度40附近，乃受西風影響折向東流，遇到大陸，分向南北流動，在北半球

7、向南的一支沿副高東側南流，因為這種洋流是從高緯向赤道方向流動，其溫度比流經地方的水溫低，所以是冷流。例如，在北大西洋沿北非西岸有加那利冷流，在北太平洋沿美國西岸有加利福尼亞冷流，在南太平洋有秘魯冷流。 暖流：在副熱帶高壓西側，具有流向中高緯度方向的洋流。例如，大西洋中的灣流水溫就很高，勢力也很強，它不僅有北赤道洋流的水流匯入墨西哥灣，而且還有一部分南赤道洋流注入，然后出佛羅里達海峽，沿美國東岸北流。這支暖洋流流量大，對沿岸氣候影響特別顯著。與此相對應，在北太平洋西部有黑潮暖流，在南太平洋有東澳大利亞暖流、在南印度洋有莫桑比克暖流，南大西洋有巴西暖流。193、海水的輻合與輻散：海洋不是無界的，風

8、場也是不均勻的，風生洋流會產生海水質量的輻合和輻散，特別是在海岸附近，由于側邊界的作用這種輻合和輻散作用尤為明顯。例如在熱帶、副熱帶大陸西岸，因離岸風的作用，把表層海水吹流而去造成海水質量的輻散，必然引起深層海水上翻（Upwelling），由于深層海水水溫比表層水溫低，因此在上翻區海水水溫要比同緯度海洋表面的平均水溫為低。相反，如果風向改變，海水質量在此輻合，必然引起海水下翻（downwelling），海面水溫將顯著增高，厄爾尼諾事件就與此有密切關系。 20 4、洋流對大氣層結的影響：在暖海水表面一般是水溫高于它上面的氣溫，海面向空氣提供的顯熱和潛熱都比較多，不僅使空氣增溫，且使氣層處于不穩定

9、狀態，利于云和降水的形成。熱帶氣旋大都源出于低緯度暖洋流表面即系此故。在冷洋流表面，空氣層結穩定，有利于霧的形成而不易產生降水，因此在低緯度大陸西岸往往形成多霧沙漠。 21二、環流與熱量輸送 它一方面將低緯度的熱量傳輸到高緯度，調節了赤道與兩極間的溫度差異，另一方面又因大氣環流的方向有由海向陸與由陸向海的差異和洋流冷暖的不同，使同一緯度帶上大陸東西岸氣溫產生明顯的差別，破壞了天文氣候的地帶性分布。 221、赤道與極地間的熱量輸送 大氣環流輸送形式有平均經圈環流輸送和大型渦旋輸送兩種。在3070N地帶潛熱的經向輸送以大型渦旋輸送為主，平均經圈環流次之，但在低緯度則基本上由信風與反信風的常定輸送來

10、完成，即平均經圈環流。 在環流的經向熱量輸送中，洋流的作用占33，大氣環流的作用占67。在低緯度地帶洋流的輸送超過大氣環流的輸送。在30N以北，大氣環流的輸送超過了洋流的輸送。這樣海洋-大氣“接力式”的經向熱量輸送是維持高低緯度能量平衡的主要機制。由于環流的作用調節了高低緯度間的溫度。 232、海陸間的熱量傳輸大氣環流和洋流對海陸間的熱量傳輸有明顯作用。冬季海洋是熱源，大陸是冷源，在中高緯度盛行西風，大陸西岸是迎風海岸，又有暖洋流經過，故環流由海洋向大陸輸送的熱量甚多，提高了大陸西岸的氣溫。在夏季，大陸是熱源，海洋是冷源，這時大陸上熱氣團在大陸氣流作用下向海洋輸送熱量。這時大陸通過大氣環流向海

11、洋輸送熱量，但輸送值遠比冬季海洋向大陸的輸送量小。夏季在迎風海岸氣溫比較涼，在冷洋流海岸因系離岸風，僅貼近海邊處，受海洋上翻水溫的影響，氣溫比大陸內部要低得多。這種海陸間的熱量交換是造成同一緯度帶上，大陸東西兩岸和大陸內部氣溫有顯著差異的重要原因。 24三、環流與水分循環水分循環的過程是通過：蒸發大氣中的水分輸送降水徑流（含地表徑流和地下徑流）四者來實現的。 據長期觀測，地球上的總水量是不變的，甚至在地球整個地質歷史時期的總水量也是不變的，因而水分的收入與支出是平衡的，這就叫做地球上的水量平衡。 25a）年降水量：明顯地表示出世界降水的緯度帶分布有兩個高峰，一在赤道低壓帶，這里有輻合上升氣流，

12、產生大量的對流雨，一個在中緯度西風帶，在冷暖氣團交綏的鋒帶上，氣旋活動頻繁，降水量因之亦較多，是次于赤道的第二個多雨帶。在這兩個高峰之間，是副熱帶高壓帶，盛行下沉氣流，因此即使在海洋表面，降水卻甚稀少。b）年蒸發量：在赤道帶和中、高緯度蒸發量小于降水量，水汽有虧損，因此要達到水分平衡，則需大氣徑流將水汽從盈余的地區輸送到水汽虧損的地區。c）水汽徑向輸送：以副熱帶高壓為中心，通過信風和盛行西南風（北半球）將水汽分別向南和向北作經向的輸送。 26洋流與降水1、暖流經過的地區，由于氣溫高，有熱量和水汽向大氣輸送，大氣變得潮濕不穩定，容易發生對流，形成降水。2、寒流經過的地區，氣溫低，大氣中含水氣少，

13、且處于穩定狀態，對流不易形成，有時還會產生逆溫，逆溫層空氣濕度較大時，易形成海霧 ，但降水稀少。27四、環流對大陸東西兩岸氣候的影響 在大氣環流和洋流的共同作用下，在高、低緯度的大陸東西兩岸就出現了極不相同的氣候。一般說，凡是迎風的海岸，特別是暖流經過的地方，因受到海洋氣團的影響，氣候溫和而濕潤，背風海岸，若再加上冷洋流的共同作用，氣候就會干燥而寒冷。28熱帶與副熱帶大陸東西兩岸氣候的差異 在40N40S，大陸的東岸有暖流，大陸西岸有寒流，所以，大陸東岸氣溫要高于西岸，尤其是大陸東岸最熱月氣溫比西岸高，若在信風帶內，兩岸雖然同樣吹著東北信風，在東岸風從海上吹來，水氣豐富，雨量較多，而在西岸，東

14、北風來自內地，氣候異常干燥，全年降水稀少，大都形成沙漠，如非洲的西北海岸，南非西海岸，南美秘魯寒流沿岸，都是沙漠景觀。 40N以北，大陸東岸有寒流經過，大陸西岸有暖流經過，所以同緯度的大陸東岸比西岸的普遍氣溫偏低，最冷月大陸東岸比大陸西岸偏低顯著，致使年平均氣溫大陸東岸也明顯低于西岸。中緯度終年盛行西風，在海洋氣團影響下，氣候潮濕，又由于溫帶盛行氣旋，因此降水豐沛，一年中降水季節分配均勻，十大陸西岸具有典型的海洋性氣候。 大陸東岸有寒流經過，且在離岸風的作用下，空氣由大陸內部吹來所以降水很少3040N大陸東岸屬季風氣候，大陸西岸屬地中海式氣候。29五、環流變異與氣候厄爾尼諾現象及全球效應 通常

15、，赤道南北兩側的低緯度地區是屬于信風帶的范圍，在太平洋東部的厄瓜多爾和秘魯沿岸地區，正是盛行東南信風，表層水在風和地轉偏向力的作用下，產生離岸流，大量水流涌向太平洋西岸，從而使海面傾斜，為了保持水體平衡，深層較冷的海水便涌上來補充，因此這一帶海面溫度低，大氣穩定，降水稀少，氣候干燥，是有名的赤道干旱帶。 而在海洋里，由于深層海水富含營養物質，它的上涌為上層魚類生長提供了極為有利的條件，因而，魚類資源十分豐富，形成世界著名的秘魯漁場。 異常年份，在圣誕節前后，會有一支較弱的表層暖流沿厄瓜多爾和秘魯北部沿岸向南伸展到6S，使海水溫度升高，沿岸的上升水流勢頭減弱，甚至消失，從而影響到那里的海洋動物和

16、魚類，使秘魯漁場大幅度減產，而沿岸干旱少雨的陸地卻連續大雨，形成洪澇災害，科學界將之稱為“厄爾尼諾現象”。30厄爾尼諾一詞源出于西班牙文“El Nino”，原意是“圣嬰”。最初用來表示在有的年份圣誕節前后，沿南美秘魯和厄瓜多爾附近太平洋海岸出現的一支暖洋流，后來科學上用此詞表示在南美西海岸（秘魯和厄瓜多爾附近）延伸至赤道東太平洋向西至日界線（180）附近的海面溫度異常增暖現象。 31 該現象雖然是由太平洋東部的一股暖流南侵引發的自然災害，然而造成這股暖水南侵的原因卻不能簡單地歸結為海洋的洋流運動，而是一種大規模的海洋和大氣相互作用的結果，究其作用機理，目前科學界還沒有統一的認識，綜合各種觀點，

17、可以認為是大氣變化引起海洋異常，海洋異常反作用于大氣，于是出現了天氣異常。 具體地說就是由于東南信風減弱，因而太平洋西部暖水堆積緩慢，東西洋面傾斜度減小，導致大洋東部海洋深處的冷水上升勢力減弱。而另一方面，由于西風偏強，使赤道逆流勢力明顯增強，并在太平洋東部乘機南侵，使沿途洋面水溫迅速上升，且不斷向南擴展，由于水溫上升，原來穩定的大氣結構也隨之變得極不穩定，冷暖氣流交鋒，降水猛增，太平洋東岸原來干旱的局面一下被大雨滂沱和洪澇災害的局面所取代3233 與此同時，南太平洋西部由于西行的南赤道暖流受西風阻擋，勢力消弱，所以西部洋面水溫相對下降，大氣運動也減弱。本來應該多雨的印度尼西亞、新幾內亞、澳大

18、利亞等都出現了異常干旱，土地龜裂，農作物減產。 厄爾尼諾現象影響的大小取決于信風與西風力量的對比，信風越弱，西風越強，則太平洋東岸這股南侵的暖水勢力越強，影響范圍越大，造成的災害越重。 1997年厄爾尼諾現象導致我國東北夏季出現冷害，南方夏季低溫多雨，長江流域出現了歷史罕見的大洪水，北方的春季則雨量豐沛，天氣暖和，所以厄爾尼諾現象已不是一種局地現象，而是具有全球效應。34與厄爾尼諾事件密切相關的環流還有南方濤動（Southern Oscillation，簡作SO）、沃克（Walker）環流和哈德萊（Hadley）環流。南方濤動是指南太平洋副熱帶高壓與印度洋赤道低壓這兩大活動中心之間氣壓變化的負相關關系。即南太平洋副熱帶高壓比常年增高（降低）時，印度洋赤道低壓就比常年降低（增高），兩者氣壓變化有“蹺蹺板”現象，稱之為濤動。 所謂ENSO現象，并不是哪一個半球的行為，而是兩半球大氣環流作用下，低緯度大氣-海洋相互作用的現象，其形成原因尚有待于進一步的研究。 35 拉尼娜現象與厄爾尼諾相反。拉尼娜原意為西班牙語小女孩的意思。用以指赤道太平洋東部和中部海表溫度大范國持續異常變冷（連續6 個月低于常年0.5以上）的現象。可見，拉尼娜的定義正好與厄爾尼諾相反，故也被稱為“反厄爾尼諾”。 拉尼娜常與厄爾尼諾交替出現，但其發生頻率