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第9章 气候概说(2)

洋流是地球上热量转运的一个重要动力。据卫星观测资料,在20°N地带,洋流由低纬向高纬传输的热量约占地—气系统总热量传输的74%,在30°~35°N间洋流传输的热量约占总传输量的47%。洋流调节了南北气温差别,在沿海地带等温线往往与海岸线平行就是这个缘故。

暖流在与周围环境进行交换时,失热降温,洋面和它上空的大气得热增湿。我们以墨西哥湾暖流为例,“湾流”每年供给北欧海岸的能量,大约相当于在每厘米长的海岸线上得到600吨煤燃烧的能量。这就使得欧洲的西部和北部的平均温度比其他同纬度地区高出16~20℃,甚至北极圈内的海港冬季也不结冰。前苏联的摩尔曼斯克就是北冰洋沿岸的重要海港,那里因受北大西洋暖流的恩泽,港湾终年不冻,成为前苏联北洋舰队和渔业、海运基地。再如,对中国东部沿海地区的气候影响重大的“黑潮”,是北太平洋中的一股巨大的、较活跃的暖性洋流。它在流经东海的一段时,夏季表层水温常达30℃左右,比同纬度相邻的海域高出2~6℃,比中国东部同纬度的陆地亦偏高2℃左右。黑潮不但给中国的沿海地区带来了温度,还为中国的夏季风增添了大量的水汽。根据观测资料进行的计算和不同区域的比较都充分说明:气温相对低而且气压高的北太平洋海面吹向中国的夏季风,只有经过“黑潮”的增温加湿作用以后,才给中国东部地区带来了丰沛的夏季降水和热量,才导致了中国东部地区受夏季风影响的地区、形成夏季高温多雨的气候特征。

而寒流在与周围环境进行热量交换时得热增温,使洋面和它上空的大气失热减湿。例如,北美洲的拉布拉多海岸,由于受拉布拉多寒流的影响,一年要封冻9个月之久。寒流经过的区域,大气比较稳定,降水稀少。像秘鲁西海岸、澳大利亚西部和撒哈拉沙漠的西部,就是由于沿岸有寒流经过,致使那里的气候更加干燥少雨,形成沙漠。

洋流对气候的影响,主要是通过气团活动而发生的间接影响。因为洋流是它上空气团的下垫面,能使气团下部发生变性,气团运动时便把这些特性带到所经过的地区,使气候发生变化。一般说,有暖洋流经过的沿岸,气候比同纬度各地温暖;有寒流经过的沿岸,气候比同纬度各地寒冷。

正因为有洋流的运动,南来北往,川流不息,对高低纬度间海洋热能的输送与交换,对全球热量平衡具有重要的作用,从而调节了地球上的气候。

地形与气候

地形起伏不仅使它本身的气候显著不同,而且高耸绵亘的山脉,往往是低层空气流动运行的障碍,它可以阻滞北方的冷空气和南来的暖空气,又可使气流的水份大大损耗。

(1)对气温的影响:在山脉两侧,气候可以出现极大差异,高大的山脉往往成为气候的分界线。大抵与纬线平行的山脉以山南山北气温的悬殊为主。与海岸平行的山脉,以沿海内陆雨量的悬殊为主。就整个气候来讲,无论山脉的走向如何,只要高度足以阻碍盛行气流的运行,就会对两侧的气温、降水及其他气候要素产生影响,成为气候的障壁,而世界气候区的划分也往往以高耸的地形为界。中国著名的南岭,它是由一系列东西走向的山地组成,北来冷气团常常受阻于岭北,以1月平均气温为例,岭南曲江为107℃,岭北的坪石为75℃,二者相差3℃;前者冬季很少飞雪,后者冬季常有。这样,南岭以南可以发展某些热带作物,具有热带性环境;南岭以北热带作物不能越冬,具有亚热带环境。

(2)对降水的影响:山地降水一般是随着高度增加而增多。特别是一些不太高的山区,山脚下与山顶的降水量有明显的差别。

这主要有三个原因。第一个是山地上气温低,水汽容易达到饱和,凝结为雨。第二个是空气与较高地方的寒冷地面相接触,容易冷却致雨。第三个是暖湿气流遇到山地,被迫沿山坡上升,由于绝热冷却,水汽容易凝结致雨。

山地降水随高度的增加,只发生在一定限度以内,超过了这一限度,空气湿度减少,降水量就随高度增高而减少。这个限度的高度,就称为“最大降水带”。“最大降水带”决定于地理环境、季节和其他条件,它随时随地不同。例如,喜马拉雅山上这一限度在1000~1500米。

冰雪覆盖对气候的影响

冰雪覆盖是气候系统的组成部分之一,海冰、大陆冰原、高山冰川和季节性积雪等,由于它们的辐射性质和其他热力性质与海洋和无冰雪覆盖的陆地迥然不同,形成一种特殊性质的下垫面,它们不仅影响其所在地的气候,而且还能对另一洲、另一半球的大气环流、气温和降水等产生显著的影响。在气候形成中冰雪覆盖是一个不可忽视的因子。

地球上各种形式水的总量估计为138×109立方千米,其中974%是海水;00009%是大气中的水汽;05%是地下水,大部分处在深处;01%在江湖中,另外2%是冻结的。就淡水来讲,其中80%是以冰和雪的形式存在的。

南极冰原是世界上最大的大陆冰原,体积达286×107立方千米。目前,南极大陆上只有14%的地区是无冰的,如果覆盖这个高原大陆的冰原全部融化了,那么,世界大洋的海平面要抬升65米。冰原上的降水多以固态形式落下,液态很少。

白雪皑皑的南极大陆海冰覆盖的面积变化较大,在海冰覆盖面积最小时,其面积和终年不化的陆地冰覆盖面积是大致相同的;而当它的覆盖面积最大时,则约为终年不化的陆地冰的两倍。

全球冰雪覆盖面积在一年中的季节变化非常明显,就北半球而论,以1月份冰雪覆盖面积为最大,2、3月份变动不大,到了4月份大陆冰雪覆盖面积显著退缩,但海冰却向南推进甚远,此后由于太阳辐射增强,冰雪面积逐月减少,到9月初达到全年最低值。南半球相反,9、10月份冰雪覆盖面积达到全年最高值,2月份出现最低值。由于北半球冰雪覆盖面积比南半球大,全球冰雪面积的季节变化也以1月份为最大,8月份为最小,9月份接近全年最小值。

雪被冰盖是大气的冷源,它不仅使冰雪覆盖地区的气温降低,而且通过大气环流的作用,可使远方的气温下降。由于冰雪覆盖面积的季节变化,使全球的平均气温也发生相应的季节变化。冰雪表面的致冷效应是由于:

(1)冰雪表面的辐射性质不同于其他下垫面对太阳的辐射,它对太阳短波辐射的反射率很大,能够吸收的太阳辐射能小,再加上冰雪表面的长波辐射能力很强,几乎与黑体完全一样,这就使得冰雪表面的有效辐射在相同温度条件下要比其他的下垫面大。

(2)冰雪表面与大气间的能量交换和水分交换能力很微弱。冰雪对太阳辐射率和导热率都很小。当冰雪层厚度达到50厘米时,地表和大气之间的热量交换基本上被切断,因此大气就得不到地表的热量输送。冰雪表面的饱和水汽压比同温度的水面低,冰雪供给空气的水分甚少。于是空气反而向冰雪表面输送热量和水分,所以冰雪不仅有使空气制冷的作用,还有致干的作用。冰雪表面上形成的气团冷而干,其长波辐射能因空气中缺乏水汽而大量逸散到宇宙空间,大气逆辐射微弱,冰雪表面上有效辐射失热更难以得到补偿。

(3)当太阳高度角增大,太阳辐射增强时,融冰化雪还需要消耗大量热能。在春季无风的天气下,溶雪地区的气温往往比附近无积雪覆盖区的气温低数十度。

冰雪覆盖的致冷效应,使地面出现冷高压,而高层等压面降低,出现冷涡。由于冰雪覆盖面积的年际变化,随之气压场和大气环流也产生相应的变化。在冰雪覆盖面积变化特别显著的年份,往往会出现气温和降水异常现象,这种异常可影响到相当遥远的地方。

气候和天气的区别

地球大气经常在运动和变化着,因此人们看到的天气现象总是处在千变万化之中。有时晴空万里、风和日丽,有时浓云密布、风狂雨骤,具有瞬息万变的特征。天气就是指一个地方在短时间内气温、气压、温度等气象要素及其所引起的风、云、雨等大气现象的综合状况。

气候是指某一地区多年的和特殊的年份偶然出现的天气状况的综合。气候和天气有密切关系:天气是气候的基础,气候是对天气的概括。一个地方的气候特征是通过该地区各气象要素(气温、湿度、降水、风等)的多年平均值及特殊年份的极端值反映出来的。例如,北京的气候:1月份平均气温是-47℃,7月份平均气温是261℃,最低气温记录是-228℃(1951年1月13日),最高气温记录是426℃(1942年6月15日);年平均降水量6368毫米,夏季(6—8月)降水量占全年降水量的74%。概括说来,北京的气候特征是:冬季寒冷干燥,夏季高温多雨。

知识点大气环流

大气环流,一般是指具有世界规模的、大范围的大气运行现象,既包括平均状态,也包括瞬时现象,其水平尺度在数千千米以上,垂直尺度在10千米以上,时间尺度在数天以上。某一大范围的地区(如欧亚地区、半球、全球),某一大气层次(如对流层、平流层、中层、整个大气圈)在一个长时期(如月、季、年、多年)的大气运动的平均状态或某一个时段(如一周、梅雨期间)的大气运动的变化过程都可以称为大气环流。

气候带和气候型概说

气候带

气象学家根据地球各纬度气候的特点,把地球上的气候分布划分为若干个气候带。所谓气候带,就是环绕着地球的带状分布的气候区域。在这个地带内,由于辐射平衡、温度、蒸发、降水、气压和风等,都表现出一种地带性特征,而且气候的最基本特征是一致的,它们结合起来,明显地反映出气候的地带性。而引起气候地带性的原动力是太阳辐射,太阳辐射在地表是按地理纬度分布的,因此,古代的希腊学者根据纬度把全球的气候带分为五个气候带:热带、北温带、南温带、北寒带、南寒带。它们的界线是以南、北回归线和南、北极圈划分的。这种划分法,使气候带与纬度平行,并呈十分规律的环绕地球的带状分布区域,这就是“天文气候带”。

天文气候带是实际气候带的基础,与实际的气候带基本相符。但由于海陆交界的地区,或在地势高低变化大的地区,气候带表现的就不那么明显,甚至还有偏离或间断的现象。这说明地球上气候带的分布是随着各个地区的条件而有变化的。低纬地区大部分是海洋,下垫面比较均匀,所以气候带在低纬地区表现得最明显。比如热带雨林、热带干湿季气候、热带干旱气候等地带性分布明显,这主要是由于热带地区下垫面相对来说比较均匀。在高纬地区,地面主要为冰雪覆盖或大部分时间为冰雪覆盖,地面性质相对来说也比较均匀,所以在高纬地区,气候带的分布也比较明显。但是,在中纬地区,由于陆地面积相对增大,而且海陆交错分布,地势也非常复杂,有大的山脉、高原,也有低的盆地、平原,这就造成了中纬度地区地带性分布不很明显,往往发生间断、分裂,甚至偏离和消失。所以,地带性分布在不同纬度,由于条件不同,所表现出的形式也不完全一样。

气候型

世界气候型分布从世界气候图上,我们还发现,地球上很多地区的气候是相类似的,虽然两个地区不连续,不在一个地方,但是气候却是相似的,在相似的条件下可以产生相似的气候。比如地中海式气候,反映了特有条件下形成的特性,即我们所说的副热带夏干气候,但这种气候不仅出现在地中海地区,也出现在与地中海相类似条件的其他地区,所以地中海气候在北半球有,在南半球也有,在欧洲大陆有,在美洲大陆也有。这许多地区的气候本质属性基本相似,不是相同,我们把这些相似的气候归为一个类型,叫同一气候型。气候带是连续的,而气候型是不连续的。我们根据地球上气候带中各地区的热量和水分分布的状况,又将全世界分为两个基本的气候型。

在地球上,比气候带次一级的气候单位是气候型。气候型是由于自然地理环境差异引起的,在地球上不呈带状分布。在一个气候带内,根据气候的各种特征差异,可以划分出几种气候型,同样的气候型也可以分布在不同的气候带内。例如,海洋性气候就有温带海洋性气候和热带海洋性气候。沙漠气候也分布在热带、副热带和温带。

气候型有很多种,大陆性气候和海洋性气候是两种最基本的气候型,其他气候型都可以从这两种型演变而来。例如,海岸气候就是大陆性气候与海洋性气候的过渡型;季风气候则是大陆性气候与海洋性气候的混合型;沙漠气候是大陆性气候的极端情况;草原气候则是大陆性气候到沙漠气候的过渡情况;山地气候虽然成因和特点都比较特殊,但是它的特点也可以从大陆性气候和海洋性气候的类比中得到。

低纬度气候带及其气候型

低纬度的气候主要受赤道气团和热带气团所控制。全年地—气系统的辐射差额是入超的,因此气温全年皆高,最冷月平均气温在15~18℃以上。影响气候的主要环流系统有赤道气流辐合带、沃克环流、信风、赤道西风、热带气旋和副热带高压,有的年份会出现厄尔尼诺现象。由于上述环流系统的季节移动,导致降水量的季节变化,在厄尔尼诺现象出现时,引起降水分布的明显异常,全年可能蒸散量在1300毫米以上。本带可分为5个气候型:

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