Chapshengtai全球气候系统详解实用教案

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1、Climate is the state factor that most strongly governs the global patternof ecosystem structure and function气候是状态因素(yn s)，最强有力地控制着全球的生态系统结构和功能的模式 地形(dxng)气候(qhu)母质潜在的生物时间微气候/小气候干扰机制资源功能类型生态系统过程干扰演替生态系统的发展第1页/共32页第一页，共33页。Climate is a key mechanism by which ecosystems interact with the total Earth Sy

2、stem气候是一个关键机制,通过生态系统与整个(zhngg)地球系统交互 地球系统(xtng)科学生态系统(shn ti x tn)生态学生理生态学群落生态学种群生态学环境机制气候学水文土壤学地球化学第2页/共32页第二页，共33页。Major goals in this lecture Understand how the climate system works Enable you to predict the climate any place on Earth这节课的主要(zhyo)目标 理解(lji)气候系统是如何工作的 使你能预测(yc)地球上任何地方的气候第3页/共32页第三页

3、，共33页。Energy in = energy outHalf of solar radiationreaches EarthThe atmosphere is transparent to shortwave but absorbs longwave radiation(greenhouse effect)The atmosphere is heated from the bottom by longwave radiation and convection能量(nngling)输入=能量(nngling)输出一半的太阳辐射(ti yn f sh)到达地球大气对短波(dunb)是透明的，但

4、是会吸收长波辐射（温室效应）大气从底部被加热，通过长波辐射和对流/传递 空间入射太阳辐射短波射出辐射长波对流由H2O、CO2、O3所造成的辐射云层辐射/发射云层、CO2、O3的净吸收对流混合净长波二次辐射由大气造成的后向散射由云层造成的后向散射地表反射天空漫反射的吸收天空漫反射的吸收与云辐射与云辐射直接太阳直接太阳辐射的吸辐射的吸收收云的吸收地表大气H2O、尘埃、O3的吸收感热通量/显热通量潜热通量第4页/共32页第四页，共33页。The temperature of a body determineswavelengths of energy emittedSolar radiation h

5、as high energy (shortwave) that readily penetratesthe atmosphereEarth emits low-energy (longwave)radiation that is absorbed by theatmosphere身体的温度决定能量(nngling)释放的波长 太阳辐射具有较高的能量(短波)，容易(rngy)穿透大气层 地表发射出较低的能量(nngling)(长波)辐射，可以被大气吸收太阳入射辐射地面输出辐射可见区域吸收率波长第5页/共32页第五页，共33页。The atmosphere is heated from thebo

6、ttomTherefore it is warmest near the and gets colder with increasingelevation从底部加热(ji r)大气因此，在底部附近是最温暖的，随着海拔(hib)增加会逐渐更冷高度(god)电离层/热层中间层顶中间层/逸散层平流层顶/同温层上线平流层/同温层对流层顶对流层温度珠穆朗玛峰第6页/共32页第六页，共33页。Uneven heating of Earths surface causes atmospheric circulationGreater heating at equator than poles 1. suns

7、 rays hit more directly 2. less atmosphere to penetrate地球表面的不均匀加热会导致(dozh)大气环流赤道比两极加热程度大1.太阳光线直射程度大2.大气(dq)渗透少Therefore 1. Net gain of energy at equator 2. Net loss of energy at poles因此1.在赤道地区(dq)能量是净增加的2.在两极地区(dq)能量是净损耗的大气地轴地表太阳光第7页/共32页第七页，共33页。Air rises at equator and subsides at poles(vertical c

8、irculation)Circulation cells explain global distribution of rainfallEarths rotation determineswind direction (horizontal circulation) (Coriolis force) tropical easterlies temperate westerlies空气在赤道(chdo)上升，在极地下降(垂直循环) 环流圈解释(jish)全球降水的分布 地球自转决定了风向(水平循环) (科里奥利力) 热带东风(dngfng)带 (温带)西风带 寒冷空气下沉温暖气流上升寒冷空气下沉

9、温暖气流上升温暖气流上升寒冷空气下沉寒冷空气下沉极锋副热带高压副热带高压极锋极地环流圈极地环流圈哈德莱环流/低纬环流哈德莱环流/低纬环流费雷尔环境圈/中纬度环流圈费雷尔环境圈/中纬度环流圈西风带西风带东北信风东南信风热带辐合带第8页/共32页第八页，共33页。At 30 N & S, air descends more strongly over cold ocean than over landAt 60 N & S, air descends over cold land (high pressure) and rises over warm ocean (low pressure)Pre

10、ssure gradients create geographic variation in prevailing winds在30N和30S，空气在寒冷的海洋比陆地(ld)下降更强烈 在60N和60S，空气在寒冷的陆地(高压)上下降(xijing)，在温暖的海洋(低压)上上升 压力梯度在盛行风带造成(zo chn)地理变异纬度经度西伯利亚高压太平洋高压百慕大高压冰岛低压阿留申低压热带辐合带第9页/共32页第九页，共33页。In summer at 60 N & S, air descends over cold ocean (high pressure) and rises over war

11、m land (low pressure) 1. Cool equator-ward flow of air on W coast of continents 2. Warm poleward flow of air on E coasts of continentsCreates planetary waves在夏季时，在60N和60S，空气在寒冷的海洋(高压)上下降，在温暖的陆地(低压(dy)上上升 1.向赤道方向(fngxing)流动的凉爽的空气流在大陆西海岸 2.向极地方向(fngxing)运动的温暖的空气流在大陆东海岸产生行星(xngxng)波动纬度经度热带辐合带西伯利亚低压太平洋高

12、压冰岛低压百慕大高压热低压第10页/共32页第十页，共33页。Ocean currents are similar to wind patterns: 1. Driven by Coriolis forces 2. Driven by winds洋流(yngli)与风的模式相似：1.由科里奥利力驱动(q dn)2.由风驱动(q dn)纬度经度西风漂流北大西洋漂流墨西哥湾流 本格拉海流洪堡海流，即秘鲁寒流 黑潮暖流北太平洋漂流 第11页/共32页第十一页，共33页。Climate of any region is predictable from topography, wind and oce

13、an currentsAlaskas July temperature任何地区的气候都可以从地形、风力(fngl)和洋流中预测阿拉斯加七月(q yu)气温第12页/共32页第十二页，共33页。Warming leads to thawing of permafrost (thermokarst) in Alaska气候变暖会导致永久(yngji)冻土融化(热岩溶)在阿拉斯加 第13页/共32页第十三页，共33页。Uneven heating of Earths surface causes atmospheric circulation60% of heat transport is carr

14、ied by atmosphere through storms thatMove along pressure gradients40% is carried by ocean currents (conveyor belt) surface (warm) currents move poleward deep (cold) currents move equatorward地球表面的不均匀加热会导致大气(dq)环流60%的热传输(chun sh)是通过大气中的暴风，沿压力梯度移动40%是由洋流(yngli)（输送带）携带的表面(温暖)洋流流向两极 深海(冷)洋流朝赤道方向移动 大气太阳光地

15、轴第14页/共32页第十四页，共33页。Ocean currents move 40% of “excess heat” from equator to polesDriven by circulation of deep ocean waters Deepwater formation occurs near Greenland and in Antarctic洋流(yngli)从赤道向两极移动40%的“多余热量”由深海水体流动(lidng)所驱动深海构造发生(fshng)在格陵兰岛和南极附近 温暖的浅层海流寒冷的含盐深层海流第15页/共32页第十五页，共33页。Landform effec

16、ts on climate Land-water interactions Monsoons Land-sea breezes Mountain effects Rain shadow Effects of aspect Air drainage (inversion)地形对气候(qhu)的影响陆-水相互作用季风(jfng)海陆风山脉(shnmi)影响 雨影 坡向的影响空气流泄（反向）第16页/共32页第十六页，共33页。Vegetation effects on climate植被(zhbi)对气候的影响 森林(snln)森林(snln)森林草地草地草地蒸散 /土壤水分蒸发蒸腾损失总量 表面

17、温度 /地表温度 降水 第17页/共32页第十七页，共33页。Changes in solar orbit causes long-term variations in solar input to Earth太阳轨道(gudo)的变化会导致输入地球太阳能的长期变化偏心率(xn l)/离心率(xn l)岁差(such)倾斜角时间（数千年前 ）度六月时的日地距离百分比第18页/共32页第十八页，共33页。Climate effects on vegetation气候(qhu)对植被的影响 花粉(hufn)丰度第19页/共32页第十九页，共33页。Earths climate is now war

18、mer than at any time in the last 1000 years 1. increased solar input (small warming effect) 2. Increased sulfate aerosols reflects radiation (small cooling effect) 3. Increased greenhouse gas concentrations (large warming effect) 4. Land-cover change creates a darker surface (large warming effect)现在

19、地球的气候(qhu)比过去1000年的任何时候都温暖输入太阳能增加(zngji)(小幅度变暖影响)2. 硫酸盐气溶胶反射辐射(fsh)增加(小f幅度降温影响) 3. 温室气体浓度增加(大幅度增温影响)土地覆盖变化造成了更暗的表面(大幅度增暖影响)温度异常第20页/共32页第二十页，共33页。Most major greenhouse gases are increasing in atmospheric concentrations最主要的温室(wnsh)气体在大气中的浓度增加 浓度(nngd)第21页/共32页第二十一页，共33页。Climate is warming most rapidl

20、y at high latitudesThis warming is most pronounced in Siberia and western North America在高纬度地区(dq)，气候变暖最快这种气候(qhu)变暖在西伯利亚和美国北部最为明显第22页/共32页第二十二页，共33页。How can the atmosphere warm? 1. More solar radiationvariation in Earths orbit 2. Less reflected shortwaveless sulfate aerosolsdarker surface of Earth (

21、land-cover change) 3. More absorbed longwave more “greenhouse gases”大气(dq)如何变暖？1.更多的太阳辐射(ti yn f sh)地球(dqi)轨道变化2.短波反射较少硫酸盐气溶胶较少地球表面较暗（土地覆被变化）3.吸收的长波更多更多的“温室气体”空间入射太阳辐射短波射出辐射长波对流由H2O、CO2、O3所造成的辐射云层辐射/发射云层、CO2、O3的净吸收对流混合净长波二次辐射由大气造成的后向散射由云层造成的后向散射地表反射天空漫反射的天空漫反射的吸收与云辐射吸收与云辐射直接太直接太阳辐射阳辐射的吸收的吸收云的吸收地表大气H

22、2O、尘埃、O3的吸收感热通量/显热通量潜热通量第23页/共32页第二十三页，共33页。Interannual climate variation ENSO eventsTeleconnections carry theseclimate effects throughoutthe globe (e.g., El Nio creates warm winters in AK and Calif)气候(qhu)年际变化厄尔尼诺事件(shjin)(大气(dq)遥相关携带这些气候影响遍及全球(例如，厄尔尼诺导致阿拉斯加和加利福尼亚的暖冬)正常情况厄尔尼诺事件高空西风东来信风中高压/温和的高压斜温层/

23、温跃层 斜温层/温跃层 上涌冷海水上涌暖海水第24页/共32页第二十四页，共33页。The Pacific Ocean strongly influences the climate system becauseIt is the largest ocean basinNormal ocean current and wind direction in central Pacific is easterly纬度(wid)经度(jngd)北大西洋漂流(pio li)墨西哥湾流 本格拉海流洪堡海流，即秘鲁寒流 西风漂流北太平洋漂流 黑潮暖流太平洋可以强烈影响气候系统，因为它是最大的海洋盆地 在太平

24、洋中部正常的洋流和风向是向东第25页/共32页第二十五页，共33页。Seasonal variation in climate results from tilt in Earths axis Changes sun angle and day length气候的季节性变化结果来自地轴(dzhu)倾斜 太阳高度(god)角和白昼长度的变化九月一月(y yu)三月七月第26页/共32页第二十六页，共33页。年平均气温 摄氏温度 阿特拉斯( t l s)的生物圈 第27页/共32页第二十七页，共33页。阿特拉斯( t l s)的生物圈 年总降水量 年降水量在厘米(l m) 第28页/共32页第二十

25、八页，共33页。阿特拉斯( t l s)的生物圈 净初级(chj)生产力 净初级(chj)生产力(kg/m2/year)第29页/共32页第二十九页，共33页。Climate gives rise to predictable types of ecosystems气候(qhu)产生可预测类型的生态系统 大气(dq)温度降水(jingshu)沙漠热带稀树草原 林地或草地热带季雨林 热带雨林温带森林温带湿润森林北方针叶林苔原第30页/共32页第三十页，共33页。Ecosystem distribution of ecosystems is predictable from global patt

26、erns of wind and ocean circulation从全球风能和海洋环流模式，生态系统的生态系统分布是可以(ky)预测的温度(wnd)冰苔原(ti yun)北方针叶林温带森林温带草原降水地中海灌木林沙漠和干旱灌丛带 热带和亚热带森林稀树草原1月7月12月雅库茨克 巴罗金博尔第31页/共32页第三十一页，共33页。感谢您的欣赏(xnshng)！第32页/共32页第三十二页，共33页。NoImage内容(nirng)总结Climate is the state factor that most strongly governs the global pattern。能量输入=能量输出。由H2O、CO2、O3所造成的辐射。云层(yncng)、CO2、O3的净吸收。H2O、尘埃、O3的吸收。Earths rotation determines。费雷尔环境圈/中纬度环流圈。Air drainage (inversion)。第30页/共32页第三十三页，共33页。