第四章冰雪圈及其对气候的影响

第四章冰雪圈对气候的影响主要内容：1、冰雪圈与气候系统2、冰雪圈对气候影响的途径3、北极海冰对气候的影响4、南极海冰对气候的影响5、青藏高原积雪对气候的影响第一节冰雪圈与气候系统一、定义：冰雪圈：泛指地球表层中水体以固态保存的圈层。季节性雪被（一月占陆面的15％，九月占9％）高山冰川包括大陆冰盖（占大陆面积的11％）冻土海冰（占海洋面积的2％）是气候系统中五大圈层之一，是影响全球和区域气候变化的重要因子。地球上各种形式水地球上各种形式水的总量估计为1384×106km3，97.4％是海水；0.0009％是大气中的水汽；0.5％是地下水，大部分处在深处；0.1％在江湖中，2％是冻结的。就淡水来讲，其中80％是以冰和雪的形式存在的。全球冰雪分布状况南极冰原是世界上最大的大陆冰原，体积达28.6×106km3。目前南极大陆上只有1.4％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，那末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。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。全球冰雪覆盖面积季节变化全球冰雪覆盖面积在一年中的季节变化非常明显。北半球：以1月份冰雪覆盖面积为最大，2-3月份变动不大，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今年最高值，2月份出现最低值。一：世界冰原的分布冰、雪、冻土主要分布在高纬度、两级地区，在中、低纬度的高山和高原也广泛分布。特别在以青藏高原为主体的亚洲冰冻圈在全球变化中有独特作用。大陆冰原：南极和格陵兰岛分布大陆雪盖：以季节性积雪为主永久性冻土：欧洲大陆和北美地区高纬第二节：冰雪圈对气候影响的途径（1）：通过冰雪的反射率在地表热力平衡中起重要作用（2）：通过水循环在降水分布中起重要作用（3）：通过能量交换阻碍地气间的能量交换三：冰雪圈对气候影响的原因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，通过大气环流，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。三：冰雪圈对气候影响的原因冰雪覆盖的致冷效应:使地面出现冷高压，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。三：冰雪圈对气候影响的原因(1)冰雪表面的辐射性质不同于其他下垫面对太阳的辐射，对太阳短波辐射的反射率很大，能够吸收的太阳辐射能小，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；三：冰雪圈对气候影响的原因(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。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。三：冰雪圈对气候影响的原因(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。第三节北极海冰与气候在极区,海冰的形成在海洋上部和大气下部之间构成了新的交界面：1、改变了大洋表面的辐射平衡和能量平衡,2、隔离了海洋与大气之间的热交换和水汽交换;3、海冰冻融过程影响着大洋温盐流的形成和强度;4、海冰对南大洋和南极大陆气象、气候有重要的影响。在气候环境系统中起着重要的作用。第三节北极海冰对气候的影响1、北极：定义：地轴的北端与地面的交点，位于北冰洋中，其纬度是90°N，是所有经线的共同交点之一。北极：是指地球自转轴的北端，也就是北纬90°的那一点。北极地区:是指北极附近北纬66°34′北极圈以内的地区。北冰洋:是一片浩瀚的冰封海洋，周围是众多的岛屿以及北美洲和亚洲北部的沿海地区。北极地图北极卫星俯视图北冰洋表面环流图北极熊北极驯鹿北极麝牛北极黄金鸻北极鳕鱼第三节北极海冰对气候的影响1、北冰洋范围的气温非常低1）北冰洋因位处北极圈以内，广大海域有漫长的永夜，散失掉大量的热。2）永昼期间尽管光照时间很长，但太阳高度角很小，获得的日热也有限；3）在永昼期间还要消耗大量的热能用于融化积雪和海冰；4）白色的冰雪还将部分太阳能反射回去。第三节北极海冰对气候的影响2、北冰洋范围的气温分布冬半年：11—4月的绝大部分地区的平均气温均为-20—-40°，只是巴伦支海上空，因受到北大西洋暖流及由冰岛低压附近东进的温带气旋影响，气温才达到0℃左右。没有真正的夏季，就在最高温的月份，气温也只有0—6℃。第三节北极海冰对气候的影响3、北冰洋范围的天气状况：1）在北冰洋内部，由于主要是下沉气流，风暴天气并不多见。2）在它的边缘部分，由于海陆的物理性质不同，常有明显的“季风”变化，而且风速很大。3）冬季时节，因每受冰岛低压和阿留申低压的影响，形成气旋而产生暴风雪天气。4）在北冰洋上空，每当七、八月份，常形成漫天低云，而且雾气弥漫，能见度极低。第三节北极海冰对气候的影响4、白令海的海冰范围与风暴路径的联系1）重冰年：风暴中心位于白令海东南，风暴少。2）轻冰年：风暴中心位于白令海西南，风暴多。重冰年和轻冰年风暴最多的地区都出现在冰界以南的区域。第三节北极海冰对气候的影响5、北冰洋冰盖各部性质不同：1）以北极为中心的北冰洋主体部分表层，分布着常年存在的北极冰丛。一般冰块表面平坦或呈波状，但有时由于冰块与冰块互拥挤而成为凌乱的冰群。2）具有分布于各边缘海近陆的岸冰。岸冰是冬季在岸边形成的，在暖和的七、八月份才逐渐融化第三节北极海冰对气候的影响6、北冰洋浮冰的漂流，常受盛行风和海流的支配首先在西北欧以北的巴伦支海及其附近海域，常年受北大西洋暖流（进入北冰洋后称北角洋流）的影响，浮冰随海流呈反时针方向环流，但它并不成为封闭的圆周运动，浮冰漂流先向东北，然后返向西和西南方向，併入东格陵兰寒流。东格陵兰寒流不仅把北冰洋的海水，也把大量的浮冰带入大西洋。据估计，东格陵兰寒流每年要从北冰洋带出10000km3的冰块。至于在太平洋和北美洲以北的海域，常受反气旋环流的支配，因而浮冰多呈顺时针方向流动。第三节北极海冰对气候的影响7、北极海冰与我国气候的关系1）原理:北极海冰的变动能够改变极地气团的性质，并通过大气环流和海洋环流影响我国的天气和气候。2）影响结果：a)5—8月的北太平洋副高强度及其位置均与同年3—5月白令海区的海冰面积显著相关：面积大，加利福尼亚寒流区的海温将偏低，导致北太平洋东南—西北向的海温梯度减小使得北太平洋上空径向垂直环流减弱、纬向垂直环流偏强，最终导致北太平洋副高偏东偏弱。反之，3—5月白令海区海冰面积偏小，导致北太平洋副高偏南偏强。第三节北极海冰对气候的影响b)北极海冰还能够通过影响北极地区极涡的位置和强度最终影响到北太平洋副高的位置和强度。北极冬季海冰与夏季副高存在负相关，而夏季副高又与其后冬季海冰面积呈负相关。整个过程中，夏季副高起主导作用。C)北极海冰与东亚夏季风存在一定联系，北极海冰面积大，对应东亚夏季风偏弱，反之，则情况相反。8、北极海冰能够影响到气候的冷暖重冰年气温及海温均低，轻冰年则偏高。海冰与气温最大负相关出现在3—5月，与海温的最大负相关则在6—7月。东西半球北极海冰对我国气候的影响不同：如果北极的海冰变化在西半球偏多而东半球偏少，则8—9月后我国大部分地区的气温将偏低，而在青藏高原地区气温将偏高。北极海冰的变化在初冬（12）月对我国北方的气温影响大，而在冬末（2—3月）对南方影响大。第三节北极海冰对气候的影响第四节南极冰雪对气候的影响定义：地轴的南端与地面的交点，位于南极大陆中部，其纬度是90°S，是所有经线共同交点之一。南极被人们称为第七大陆，是地球上最后一个被发现、唯一没有土著人居住的大陆。南极大陆的总面积为1390万平方公里，相当于中国和印巴次大陆面积的总和，居世界各洲第五位。整个南极大陆被一个巨大的冰盖所覆盖，平均海拔为2350米。南极洲蕴藏的矿物有２２０余种。第四节南极冰雪对气候的影响一：南极的概况1、南极大陆95%以上的面积为巨厚的冰川所覆盖，冰的平均厚度为2000米左右，最厚的地方达4800米。冰雪总体积为2800万立方千米。这些冰是由很纯的淡水组成的，所包含的淡水约占全世界淡水总量的72%，就其体积来说，约占全世界总冰量的90%以上，构成了地球上最大的淡水宝库。南极卫星实拍地图南极大陆南极植物地衣南极冰芯南极企鹅第四节南极冰雪对气候的影响2、南极大陆95%以上的面积为厚度惊人的冰雪所覆盖，素有“白色大陆”之称。南极是全球最冷的地方，是启动大气热机的最大冷源之所在。环绕南极的南大洋，常年为冰雪所覆盖。无论是海冰的范围还是其季节和年际变化都远大于北极海冰。因此：南极海冰对大气环流和气候的影响较之北极更为显著。第四节南极冰雪对气候的影响3、在极圈内会有极昼和极夜现象，极圈也是划分温带与寒带界限。南极沿海地区的年平均温度为零下17-20度左右；而内陆地区为年平均温度则为零下40-50度；东南极高原地区最为寒冷，年平均气温低达零下57度。第四节南极冰雪对气候的影响南极的寒冷：首先，是与它所处的高纬度地理位置有关。同时，与太阳光线入射角有关，纬度越高，阳光的入射角越大，单位面积所吸收的太阳热能越少。再者，南极大陆地表95%被白色的冰雪覆盖，冰雪对日照的反射率为80%一84%。第四，南极的高海拔和相对稀薄的空气又使得热量不容易保存，所以南极异常寒冷。第四节南极冰雪对气候的影响4、虽然南极是冰雪的宝库，南极大陆却是最干燥的大陆。沿海地区的年平均降水量只有30-50毫米，内陆地区的平均降水量甚至还不到5毫米，南极点的年平均降水量仅有3毫米.与非洲的撒哈拉大沙漠差不多。第四节南极冰雪对气候的影响5、南极大陆又是最荒凉的大陆。没有任何树木，在南极半岛最北端3种开花的小草，在沿岸地区有少量的苔藓和地衣等低等植物；南极大陆没有陆生的脊椎动物，为数极少的蚊虫、蜘蛛则算是陆生动物中的庞然大物了。南极大陆称为“白色的沙漠”。第四节南极冰雪对气候的影响6、流动的冰川：地球上所有的冰川都是流动的冰。由于南极冰盖本身的巨大压力，使得冰层缓慢地从中心高原向四周运动，其速度一般为每年几米到几十米，冰盖的厚度从中心高原向沿海地带是逐渐变薄的。第四节南极冰雪对气候的影响二：南极冰雪对气候的影响1、南极海冰的北界与西太平洋副高强度指数的变化趋势有一定的一致性北界偏南（冰面小）-----西太平洋副高偏弱北界偏北（冰面大）-----西太平洋副高偏强第四节南极冰雪对气候的影响二：年末南极海冰面积与我国梅雨长度存在反相关海冰面积小-------出梅晚，梅雨期长海冰面积大-------出梅早，梅雨期短三：南极海冰与我国热带气旋的相关系数为0.93海冰面积小----副高偏南，热带气旋少海冰面积大----副高偏北，热带气旋多第四节南极冰雪对气候的影响四：南极海冰对大气环流的影响南极冰雪多北半球气团的径向交换弱较高纬地区不容易受到较低纬地区的暖空气的影响较高纬的我国东北地区较冷较低纬地华南较暖。青藏高原中国最大的高原，世界平均海拔最高的高原。大部在中国西南部，包括西藏自治区和青海省的全部、四川省西部、新疆维吾尔自治区南部，以及甘肃、云南的一部分。整个青藏高原还包括不丹、尼泊尔、印度、巴基斯坦、阿富汗、塔吉克斯坦、吉尔吉斯斯坦的部分，总面