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第17章 海洋的变迁(2)

气候预报是指时间超过一个月以上的预报。做气候预报必须考虑海洋的影响,因为如果不考虑外界对大气的影响,大气自身的动能在一个星期左右就会被消耗殆尽。由于大气的能量主要来自地球表面,而地球表面超过70%的面积是海面,海洋热力状态的变化必然要影响大气的运动。近年来,随着人们对赤道洋区了解的加深,气候预报的准确程度也得到了提高。因此,可以这么说,要想做好气候的预报,先须了解海洋的变化。

海洋的流动与大气有关系吗?

也许有的同学读过漂流瓶传递信件的故事,了解了海水流动的现象。比如你在青岛扔一个密封的漂流瓶到大海里去,有可能这个瓶子会被居住在日本海边或美国西海岸的年轻人拣到。但你有没有想过,居住在澳大利亚或新西兰海边的人有没有可能拣到呢?实际上基本没有可能,那是为什么呢?

大范围海洋上层的流动(称为风生漂流)是在风的作用下产生的,因此,大洋中的海流与其上空大气系统具有很好的对应关系。在赤道附近的东风吹刮下,海洋中存在向西流动的南赤道流和北赤道流。在中纬度西风带,对应的是西风漂流。在南美洲西海岸,向北的风对应向北的流等等。简单地说,在北太平洋,中纬度以南基本是一个顺时针的环,对应大气中的西太平洋副热带高压;而中纬度以北,基本是一个逆时针的环,对应北太平洋阿留申群岛上空的低压。不过,你可千万不要以为海流的图像就是这么简单哟,因为还有许多海流,如赤道附近的赤道逆流,南海北部的南海暖流等等,它们流动的方向与上空风的方向是相反的。

是谁让大洋深层水潜入洋底的?

虽然海洋的水很深,但除了特殊的海区外,表层海水很难与底层海水调换位置。那么,为什么底层的海水总是在深处呢?

从“不倒翁”站立不倒的原理中我们知道,密度大的物质在下,密度小的物质在上是一种稳定的状态。尽管表层密度小的海水波起浪涌,但影响不到密度大的深层水。由于海水的密度主要由温度和盐度决定.底层海水密度大的原因是因为它具有低温或高盐的特点。又是什么原因使大洋底层水低温或高盐呢?是气候。在寒冷的海区,海水因蒸发增加了盐度,一部分海水结冰后进一步增加了未结冰海水的盐分,冰下的低温高盐水因密度大就会沉入大洋底层,形成了大洋底层水。

海洋面积变小会使气候变成什么样子?

大家知道,地球表面海洋的面积占整个地球面积的71%,有没有同学想过,如果海洋没有这么大,气候会是什么样子?

如果海洋面积变小,陆地面积变大,则海洋对气温的调节作用就会减小,夏天会更加炎热,冬天会更加寒冷,白天会炎热无比,夜间则气温很低。就会有更多地区的气候像新疆的气候,但哈密瓜的身价则会大跌,因为具有类似气候特点的地区增多了。

如果海洋面积变小,干旱地区的面积就会扩大,因为海洋面积的缩小意味着进入大气中的水分也会减少,降雨量也会减少。

如果海洋面积减小,整个地球的平均气温也会下降,因为大气中的水汽含量减小了。大气中的水汽对地球表面长波辐射的吸收作用很强,水汽含量减少导致大气对地球表面放出长波辐射的吸收能力降低,气温就会下降。

格陵兰附近海区为什么是大洋深层水在北半球的诞生地?

北极地区的气温也是地球上气温很低的地区,但是北极海区的海水盐度比南极海区海水的盐度要小得多。因此,与南极相比,北极底层水的数量很少。但北大西洋格陵兰岛附近的海区却是北半球形成深层水的主要海区。原因是当大西洋中流向北欧的表层暖水在行进过程中,随着大量的表层海水蒸发,使表层海水的盐度越来越大。当盐度大的海水流经寒冷的格陵兰岛附近海区时,在低温的作用下海水的密度将会变得很大,下沉到深层,形成了惟一在北半球形成的深层水。最新的气候研究表明,格陵兰岛附近海区深层水形成状况的异常对长期气候的变化具有重要的影响。随着全球性气温的变暖,北极融冰将新鲜的淡水注入北大西洋,使得格陵兰岛附近海区海水密度减小,难以下沉。海面下向南的洋流将会停止。这种情况造成的后果是使整个欧洲变得寒冷。

为什么大洋深层水不能在北太平洋产生?

太平洋的面积在世界大洋中是最大的,但世界大洋中的深层水却没有一点是来自太平洋的,这是什么原因呢?原来,在北太平洋的阿留申群岛附近,大气中经常存在一个被称为阿留申低压的天气系统。在低压的控制区域,北太平洋海区中的降水量非常大,大量的降水使表层海水的盐度非常低,尽管北极附近海区的气温也非常低,但因含盐量低,海水密度相对小,不能下沉到深层,因此北太平洋不能形成深层水。

太平洋中的中层水为什么盐度高不起来?

太平洋虽然是地球上面积最大、水量最多的大洋,但有关研究表明,太平洋得到的水分要超过它因蒸发失去的水分。换句话说,如果把太平洋因蒸发失去的水分看作“支出”,从大气中降落到太平洋的雨水看作“收入”,则太平洋的收入大于支出。净的水分收入是从哪里来的呢?是从大西洋来的。也就是说,从长期观点来看,太平洋表层海水的盐度因降水而减小,而大西洋表层海水盐度因失去水分而增加!由于北太平洋中的中层水形成于北极附近海区,因此太平洋中层水具有一个鲜明的特点,那就是它的盐度很低。

南极海区为什么是大洋底层水的诞生地之一?

大洋深层水的形成需要寒冷的气候,因此寒冷的南极海区便是孕育大洋底层水的好地方。南极地区是地球上气温最低的地区,极端最低气温曾观测到零下94℃。极端的低温使南极大陆边沿附近威德尔海和罗斯海等海区中海水的温度很低,海水的密度变得很大,沉入到大洋的底层便形成了底层水。

海冰对气候变化有影响吗?

冰冷的海冰在极地附近,有的作为冰帽默默地记录着地球千万年的变化,有的作为冰山浮动,为极地动物提供免费的运输服务,或者对胆敢侵入冰海的人类提出警告,如泰坦尼克号与冰山的相撞。但海冰对气候变化具有重要的影响就不是人人可以理解的了。

海冰冰面对大气的影响是通过影响太阳辐射进行的。我们知道,引起大气温度升高的热量主要来自地球表面,而地球表面的温度与接收到的太阳辐射有关。夏天人们穿浅色衣服比穿深色衣服感到凉快一点,是因为浅色衣服对太阳光的反射能力强于深色衣服。同样的道理.冰雪表面对太阳光的反射能力比海水表面大,如果海冰面积增加,反射出去的太阳辐射量就大,地(海)面因接收到的热量少而使温度降低,从而气温降低。气温的降低又会增加海冰的数量,于是反射出去的太阳辐射就会更多,引起进一步的气温下降。海冰数量的增减对大气温度的影响必然影响到大气环流的变化,导致气候出现异常。

海水中的盐度变化为什么会影响气候和天气?

由于大气是由地球表面加热的,因此,海水温度是影响气候变化的极重要因素。如果说海水中的盐分对气候变化也有重要的影响,你会相信吗?从表面来看,海水中的盐分无法直接与气候变化联系起来,可是只要考虑到盐度能够影响海水的温度,就容易理解了。

我们知道,深层海水的温度比表层海水的温度低得多。表层水不能沉到深层去的原因是深层海水的密度相对表层大。海水的密度是由什么决定的呢?是温度和盐度(一千克海水中含有溶解物质的总量,克/千克)。温度越低,盐度越大,海水的密度就越大。如果某个海区表层海水的盐度因某种原因增大时,相同温度下,海水的密度就会增大。当盐度增大到使上层海水的密度大于深层水密度时,就产生下沉的运动。某一海区海水的下沉必然引起另外海区海水的上升,深层低温的海水上升影响到表面海水温度的变化,自然就会对气候的变化产生影响了。当某一海区因降水的原因使表层盐度降低时,表层海水的密度减小,不利于较深层海水与表层海水的混合,造成表层海水温度的异常升高,就会对天气的变化产生影响。

为什么研究厄尔尼诺事件不考虑盐度变化?

海水盐度的变化可以影响气候和天气,但在短期气候的研究,如对厄尔尼诺事件的研究中却不考虑盐度的影响,这不是矛盾了吗?其实并不矛盾。由于太阳辐射、环流和岸界的原因,海水盐度增加下沉的海区在大西洋的格陵兰岛附近,由盐度导致的海洋环流变化对气候影响的时间尺度是上百年或上千年。而厄尔尼诺事件一般3年~4年出现一次,海水盐度对这种时间尺度气候变化的影响微不足道,因此对厄尔尼诺事件的研究工作一般不需要考虑盐度的影响。

火山爆发对气候的变化有什么影响?

火山爆发是地球上经常发生的一种自然现象。火山爆发为什么能够影响气候呢?首先,火山爆发可以把地球内部的许多热量释放出来,比如海底的火山爆发可以增加某一海区海水的温度,海水温度的变化进一步影响气候的变化;第二,陆地上喷发的火山,将大量的火山灰释放到大气中,减弱了太阳辐射的强度,使地球表面温度降低;第三,由于火山灰在大气中的浓度不均匀。可能会使大气环流和海洋环流出现异常,导致气候出现异常变化。

并不是所有的火山爆发都能够影响气候变化。例如,对于火山来说,陆地上火山对大气的直接加热对气候变化的影响就非常微弱。陆地火山对气候的影响主要是火山灰对太阳辐射的影响。同学们知道,气候变化是一种长时间的变化,除非火山灰能够长时间的“呆”在大气中,否则,火山对气候的影响只能是“昙花一现”,作用很小。有关研究表明,只有那类能够把火山灰输送到平流层的火山爆发才能够影响气候。那些喷发高度比较低的火山。虽然将大量的灰释放到大气中,但在对流层中的灰尘通过凝结降水很快就被清除降落到地面上,只有进入大气平流层的火山灰可以在地球的上空飘荡几年,长久地产生影响。

为什么大气系统的温度变化不大?

地球是一个开放的系统。所谓开放是指,地球上的能量既有来自外部的“收入”也有向外散发的“支出”。从气候四季循环周而复始的事实看出,地球上大气能量的“收支”大体上是平衡的。由于大气主要受到地球表面的加热影响,地球表面热量的“收支”也是大体平衡的。如果把到达大气顶部的太阳辐射量作为100单位,则大气的热量收入为:来自地球表面的热能144,直接吸收太阳辐射26;热量支出为:向地面放射101,向外太空放射69。地球表面的热量收入为:来自太阳49,接收大气辐射101;支出为:向大气提供144,反射太阳辐射6。

需要注意的是,在上述“账目”中,地球表面和大气的热量交换是大气得到热量。地球表面“损失”的热量需要从太阳辐射“补充”才能维持平衡。

“温室气体”含量增倍对气候将有哪些影响?

随着工业化进程的加快,人类向大气排放的二氧化碳急速增加。另一方面,由于大面积森林被砍伐,草原被毁灭,地球表面的植被日趋减小,整个植物界从大气中吸收二氧化碳的数量减少。两种因素的共同作用使得大气中二氧化碳的含量持续增长。二氧化碳是地球上的温室气体,大气中二氧化碳的含量增高将导致地球低层气温的升高。为什么二氧化碳是温室气体呢?原来,二氧化碳分子对来自太阳的可见光几乎完全透过,但对地球表面发射的长波辐射可以有效地吸收。也就是说二氧化碳起的作用就像温室的透明膜一样,允许热量进来,阻碍热量散发出去。因此,二氧化碳被称为温室气体。

大气中二氧化碳的含量一个劲的增长,对气候变化有多大的影响呢?有关研究表明,当二氧化碳的含量加倍时,气候主要在三方面引起变化:

一是导致低层气温升高,高层气温降低。北半球中纬度地区平均可升温1.5℃,全球平均表层气温上升1.7℃。赤道地区温度上升幅度较小,两极地区气温上升较多。

二是导致海水温度和盐度的变化。表层水温在北纬60度最高可升高1.7℃,两极地区升温最少。表层盐度在北纬60度减少最多,约减少千分之0.4。温度和盐度的变化又可以影响大气环流和海洋环流的变化。

三是引起降水量和土壤湿度的变化。两半球副热带地区的降水将减少,中高纬度地区的降水有所增加。

海洋对大气中二氧化碳含量有无影响?

从物理学角度来讲,海洋主要是通过加热或冷却大气以及洋流对热量的输送对气候产生影响。但从化学的角度看,大气中二氧化碳的浓度与海洋的关系更加至关重要,因为在大气圈和水圈之间具有强烈的二氧化碳交换。二氧化碳用于中和海水中的碳酸根离子是一个重要的归宿。另外,海洋中藻类的生长也可以消耗大量的二氧化碳。据估计,大气中约有90%的二氧化碳是被海洋来转化的。如果海洋因为某种因素减少了对大气中二氧化碳的吸收(如海水污染不利于海洋藻类生长),则必然对气候的变化产生巨大的影响。

海洋对气候冷暖有什么影响?

同学们已经知道,大气中的大部分能量来自海洋。大家想一想,如果海洋表面的温度发生了变化,气候必然也会出现相应的改变。海洋通过二氧化碳对气候变化的影响是体现在长时间的气候变化,但某些海区海水温度出现异常对短期气候冷暖变化影响是很大的。

当热带太平洋海水异常偏暖,即厄尔尼诺事件时期,高温海水的面积增大,因此进入大气的热量增多,使得厄尔尼诺年后期冬季气候要相对温暖,如1997年的冬季,世界上许多地方都出现了异常偏暖的冬季,石油价格因之下跌。

当地球表面高纬度海区海冰面积扩大时,将有更多的太阳辐射被反射回太空中去,地球表面得到的热量减少,就会导致某些地区异常寒冷气候的出现。

海洋在气候变化中起哪些作用?

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