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1、第一章气候与气候系统 1. 现代气候学特点 1) 从气候变化来研究气候宽的时间谱:万年, 千年、年,季等。 2)从气候系统来研究气候大气、海洋、冰雪、陆地、生物圈 3)从气候动力学来研究气候现代气候学的灵魂。 2.天气系统: 指大气圈和水圈、冰雪圈、岩石圈、生物圈之间相互作用 的整体。 3.反射率及其物理作用: 反射率:物体表面所能反射的光量和它所接受的光量之比。常用百分 率和小数表示。(百科) 冰雪对太阳辐射的反射率是水的几倍,能有效地反射太阳辐射。冰雪 对热量传输是绝缘的,有冰雪覆盖的洋面和陆面,与大气的热量交换是很 弱的。因此,冰雪覆盖对地球热量平衡有着重要的影响,对气候变化起着 稳定器
2、的作用。 4.反馈、正反馈、负反馈,及正负反馈的判别 反馈: 就是将一个系统的输出回输到输入端,从而对系统的运行过程 进行调节和控制。如果反馈过程能够使系统的运行得到进一步的发展,称 为正反馈 ;反之,称为 负反馈 。 1)冰雪反照率反馈 强烈的正反馈放大作用: 温度降低冰雪覆盖增大反射率增大太阳辐射减少温度降低 温度升高冰雪覆盖减小反射率减小太阳辐射增多温度升高 2)水汽反馈 正反馈作用: 水汽吸收红外辐射 气温升高 蒸发加强 水汽增加 温室效应 气温升高 加速蒸发过程 热效应 5.大气环流: 大范围的大气运动称为大气环流,东西风带 (包括急流)、 平均经圈环流和准定常的槽脊是大气环流的主要
3、成员。它的主要状况(形 势)决定着全球的或区域的天气和气候类型及其变化。 三圈环流: 假设大气均匀的在地表运动,在南北半球各有3 个平行的 风圈或风带,包括低纬环流、中纬环流和高纬环流。低纬度是正环流或直 接环流又称为 哈得来环流 贸易风: 信风(又称贸易风)指的是在低空从副热带高压带吹向赤道 低气压带的风。北半球吹东北风,南半球吹东南风。 6.辐射强迫:辐射强迫是对某个因子改变地球大气系统射入和逸出能 量平衡影响程度的一种度量,它同时是一种指数,反映了该因子在潜在气 候变化机制中的重要性。正强迫使地球表面增暖,负强迫则使其降冷。(百 科)温室气体:二氧化碳、甲烷、黑炭气溶胶等 非自然造成,人
4、为改变,使大气环境中多增加了辐射 7.简述 海洋对大气的影响 (1)对大气系统热力平衡的影响 海洋吸收的太阳辐射有85%贮存在海洋表层(混合层)中,以潜热、长波辐射和感热交 换形式输送给大气,所以海洋热状况和海面蒸发强度都会引起气候的变化。 (2)对水汽循环的影响 大气中水汽含量的86%由海洋提供,海洋(尤其是低纬度海洋)是大气中水汽的主要源 地;不同的海洋状况通过蒸发和凝结过程对气候及其变化产生影响。 (3)对温室效应的缓解作用 海洋环流减少极赤温差,改变降水的分布,引起大气环流的变化,也减弱了微量气体含 量增加所引起的气候温室效应的敏感性。 (4)对大气运动的调谐作用 由于海洋运动和变化的
5、缓慢性和持续性,使其有较强的“记忆”能力,可以把大气环流的 变化通过海 -气相互作用把信息贮存下来,再作用于大气。海洋热惯性的滞后(大约一个月) 效应,使大气变化(扰动)的高频波通过海-气耦合作用减频成为低频波(低频变化)后,再 作用于大气。 8.感热、潜热 感热: 亦称显热,物体在加热或冷却过程中,温度升高或降低而不改 变其原有相态所需吸收或放出的热量。(百科) 潜热: 相变潜热的简称,指物质在等温等压情况下,从一个相变化到 另一个相吸收或放出的热量。这是物体在固、液、气三相之间以及不同的 固相之间相互转变时具有的特点之一。 海洋通过潜热和感热的输送推动其上的大气运动,而大气则通过风应 力来
6、影响海洋环流。 9.植被的作用 植被比裸地的反照率要小,从而吸收更多的太阳辐射能;植物冠部有 较强的蒸腾能力,根系可吸收深层土壤的水分,用以维持蒸腾。因此,植 被和裸露的下垫面之间的潜热和感热状况有明显的差异。 植被增大地表粗糙度,改变地气间的交换过程。 植被对水分的滞留还可改变地表径流和地表水文过程。 第二章气候变迁 1. 气候变化的时间尺度 从时间尺度看,气候变化可以分为六类: 地质时期万年或万年以上(10 4108 年) 历史时期几千年( 10310 4 年) 超长期几百年(世纪际 10210 3 ) 长期几十年(年代际101102年) 中期几年(年际10 0101 年) 短期月或季(
7、10 0 年) 2.冰期、间冰期 冰期: 冰期地球表面覆盖有大规模冰川的地质时期。又称为冰川时期。 间冰期: 两次冰期之间唯一相对温暖时期,称为间冰期。 3.第四纪气候 特点 第四纪的气候特点是冰期、间冰期交替,表现出了气候变化的不稳定 特性。 4.全新世 全新世: 地质时代最新阶段,开始于1200010000 年前持续至今,气 候比较稳定的这一时期,又称为冰后期。 5. 新仙女木事件 发生在全新世,距今最近的一次,源于气候突变。即刚离开寒冷的冰 河期,陆冰和海冰均处在消融过程中,温度回升不稳定,这期间突然气温 又骤然下降,气候变寒冷,短短十年内,地球平均气温下降了大约7、8, 降温持续了上千
8、年,才又突然回升。这就是地球历史上著名的新仙女木事 件。 6.小冰期 气候变化平稳后期,出现的历时400-500 年气候降温时期,区域较小, 且各地持续时间不同,大约15 世纪初开始,全球气候进入一个寒冷时期, 通称为“小冰期”束于20 世纪初期。 7. 气候突变及其类型 气候突变: 从一个气候阶段变化到另一个气候阶段时,气候往往发生 较为快速的剧烈变化,即突变。 三种类型 :均值突变、变率突变和趋势突变。 8.现代气候变化特点补充材料 气候系统的变暖是毋庸置疑的。自20 世纪 50 年代以来,观测到的许 多变化在几十年乃至上千年时间里都是前所未有的。大气和海洋已变暖, 积雪和冰量已减少,海平
9、面已上升,温室气体浓度已增加。 大气: 过去三个十年的地表已连续偏暖于1850年以来的任何一个十年。 在北半球, 1983-2012 年可能是过去1400 年中最暖的 30 年( 中等信度) 。 降水: 大部分陆地区域更暖和/或更少冷昼和冷夜; 大部分陆地区域更 暖和 /或更频繁的热昼和热夜。强降水事件,大多数大陆地地区强降水的频 率、强度和 /或雨量增加。 海洋: 海洋变暖在气候系统储存能量的增加中占主导地位,近30 年间 累积能量的 90%以上储存于海洋,海洋上层(0-700 米)已经变暖。 海平面: 19 世纪中叶以来的海平面上升速率比过去两千年来的平均速 率高(高信度) 。1901-2
10、010 年期间,全球平均海平面上升了0.19 米。 冰冻圈: 格陵兰冰盖和南极冰盖的冰量一直在损失,全球范围内的冰 川几乎都在继续退缩,北极海冰和北半球春季积雪范围在继续缩小。 碳和其它生物地球化学循环:二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的大气浓度 至少已上升到过去80 万年以来前所未有的水平。自工业化以来,二氧化碳 浓度已增加了40%,这首先是由于化石燃料的排放,其次是由于土地利用变 化导致的净排放。 海洋已经吸收了大约30%的人为二氧化碳排放, 这导致了 海洋酸化。增加了近400ppm。 第三章中国气候变化 旱涝研究等级划分: 1a: 全国涝,长江为主 1b: 长江涝 , 华北及华南旱 2: 长江涝
11、 ,江北旱 3:长江旱 , 华北及华南涝 4: 江南旱、江北涝 5、全国旱 第四章辐射与能量平衡 1.太阳辐射的特点(太阳短波辐射) 太阳表面的 温度 一般都 高于 6000K,按照Planck 辐射定律,其辐射能 量主要在波长小于2-5m 的波长范围 ,只有约 0.4%的辐射能处在大于5 m 的波长范围。因此 一般称太阳辐射为短波辐射。 2.太阳常数: 在平均日地距离情况下到达地球大气外界的直接太阳辐射能的总通 量,即为太阳常数,推荐值13677 W/m 2 之间。 3.太阳短波辐射的变化 太阳常数因太阳活动而发生变化。太阳辐射光谱的末端随着太阳黑子 数有很大变化,这部分辐射可影响平流层的光
12、化过程,进而影响天气气候。 黄道倾角 一般在22.08o-24.43o之间变化,改变气候带和季节差异,黄 道倾角增大时极赤之间平均温度梯度减小,平均周期为 4.1 万年;偏心率 在 0-0.052 之间变化,平均周期为9.7 万年;受地球 扁圆度影响 ,二分点沿轨 道的进动,影响太阳辐射的季节性变化,平均周期为2.1 万年。 4.臭氧、水汽对太阳辐射的吸收了解 臭氧对太阳短波辐射有很强的吸收作用,在紫外区有两个强吸收带, 在可见光区有较弱的吸收带。对臭氧吸收来说,大气中的漫射辐射也有重 要意义。 水汽吸收主要在近红外波段,是加热大气的重要过程,Rayleigh散射可 以不考虑。水汽的吸收系数受
13、气压和温度的影响,并对波长有选择性,其 过程非常复杂。 5.地表辐射特性、影响因素(地表反照率、云、受到温度波长变化) 地表反照率(名词) :地表物体向各个方向上反射的太阳总辐射通量与 到达该物体表面上的总辐射通量之比。太阳高度角越大,其反照率越小; 天空云量越多,反照率越小。 云的反照率: 大气中云直接反射的太阳辐射所占入射太阳辐射的百分 数,是地球反照率的重要组成部分。 地表的比辐射率和净辐射量:地球表面并不真正像黑体一样以地表温度向 外放射红外辐射, 故用地表的实际辐射通量与同等温度下的黑体辐射通量的比值 来描写地表的放射本领和特征,称为比辐射率。它随地表特征和波长而变化。了 解(主要受
14、到地表温度、以长波为主波长变化)。 第五章气候系统的研究 1.收集气候观测数据要考虑的三个因素 1)空间上,进行全面的观测, 综合大气、 陆地、海洋等多方面研究数据。 2)时间上,一定要长时间连续稳定观测。 3)数据要有源数据特征, 采用描绘性语言说明数据获取采用的手段、当 地特征等,要有述性。 2. TOGA计划 确定热带海洋大气浮标观测阵列,目前大约由70 个锚定浮标组成,这 一观测网比较全面地提供了热带太平洋的风、气温、相对湿度釉及海洋观 测资料。 3.温度异常、降水异常、干旱洪涝的确定 温度异常: 由于月平均气温服从正态分布 ,根据 t-检验法,可以得到出 现异常高值 (低值)的距平值
15、超过 (低于)2 倍的标准差的约为100 年一次。 降水异常: 对月降水量 采用 分布计算不同百分位所对应的降水量, 帮助确定其异常程度。 干旱与洪涝:用指数确定, 我国业务监测中采用Z 指数方法确定。 (了解)Z指数是假设降水量服从Person-III 分布,通过对月降水量标准化处理 后,通过偏态系数和标准化变量得到Z 指数进行分级判断, 就可以确定干旱和洪 涝的等级。 4.AMO:是发生在北大西洋区域空间上具有海盆尺度、时间上具有多 十年尺度的海表温度 (sea surface temperature,SST ) 准周期性暖冷异常变化。 平均 70 年左右出现一次。 5.对 CO2温室效应
16、的检测 一方面从气候变化本身来检测,例如把气温变化的曲线与CO2浓度变化 曲线比较,分析变暖的季节与地理分布,并与气候模拟的结果比较等。 另一方面也可以从气候变化的物理因子来检测,例如,首先排除或尽 量减少城市热岛效应和观测技术改变的影响,然后估计太阳辐射变化(包括 太阳活动 )、火山活动等的影响,从原序列中把这些因素排除后,再进行滤 波除去高频的气候异常的影响,最后有可能得到一条受温室效应影响的曲 线。 6.三大涛动 NAO: 北大西洋涛动北大西洋上北大西洋上冰岛低压 与亚述尔高压 的 气压变化为明显负相关;当冰岛低压加深时,亚速尔高压加强,或冰岛低 压填塞时,亚速尔高压减弱, 跷跷板式的气
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