第三节 海—气相互作用
课前引入
秘鲁沿海受寒流影响，气候干旱。然而，2016年12月下旬，秘鲁北部海域海水逐渐升温，雨水增多。到2017年3月，沿海地区暴雨引发的洪灾已经造成近百人死亡，数万人受灾（图4.14）。为什么会出现这种气候异常现象？如何监测这种现象？
海—气相互作用与全球水热平衡
海洋与大气之间进行着大量且复杂的物质和能量交换，其中的水热交换，对气候乃至自然环境具有深刻的影响。
海洋通过蒸发作用，向大气提供水汽。大气中约87.5%的水汽是由海洋提供的，因此，海洋是大气中水汽的最主要来源。大气中的水汽在适当条件下凝结，并以降水的形式返回海洋，从而实现与海洋的水分交换。
海洋与大气间在进行水分交换的同时，也实现了热量的交换（图4.15）。海洋吸收了到达地表太阳辐射的大部分，并把其中85%的热量储存在海洋表层。海洋再通过潜热①、长波辐射等方式把储存的太阳辐射能输送给大气，为大气运动提供能量，驱使大气运动。大气主要通过风向海洋传递动能，驱使表层海水运动，例如，南北赤道暖流是信风吹拂所形成的。
海—气相互作用通过大气环流与大洋环流，驱使水分和热量在不同地区传输，维持地球上水分和热量的平衡。
脚注：①潜热是指海水蒸发吸收的热量或水汽凝结释放的热量。
活动：了解水量平衡原理
从长期来看，全球水的总量没有什么变化（图4.16）。但是就一个地区来说，有时降水多，有时降水少。在某段时期内，一个地区的储水变化量就是水量收入和支出的差额。这就是水量平衡原理。
1. 估算陆地和海洋对大气水汽的相对贡献，说明大气水汽的主要来源。
2. 估算海洋蒸发和降水的差额，说明补充这个差额的水量来源。
3. 如果海洋蒸发量增加或减少，陆地径流可能发生相应的变化。请利用水量平衡原理加以说明。
厄尔尼诺和拉尼娜现象
通过海—气相互作用，海洋和大气成为一个整体。如果表层海水温度发生异常，大气环流也会异常，甚至出现极端的天气事件。
正常年份，赤道附近太平洋中东部的表层海水温度较低，大气较稳定，气流下沉；西部海水温度较高，气流上升。有些年份，赤道附近太平洋中东部表层海水温度异常升高，这种现象被称为厄尔尼诺现象（图4.17）。
厄尔尼诺现象发生后，赤道附近太平洋地区东、西部海面的温度差异减小。赤道附近的太平洋东部，如秘鲁和智利沿海，下沉气流减弱或消失，甚至出现上升气流，气候由原来的干燥少雨变为多雨，引发洪涝灾害。同时，赤道附近的太平洋西部，上升气流减弱或消失，气候由温润多雨转变为干燥少雨，带来旱灾或森林大火。例如，1997—1998年印度尼西亚出现长时间干旱，引发了严重的森林大火。厄尔尼诺现象还与更广大范围的气候异常现象呈现一定的相关性。
与厄尔尼诺现象相反，拉尼娜现象是指赤道附近太平洋中东部的表层海水温度异常降低的现象。拉尼娜现象发生后，赤道附近太平洋东西部的温度差异增大，同样会引起气候异常。对厄尔尼诺和拉尼娜现象的成因及影响，科学家仍在不断探索。
活动：分析太平洋中东部表层海水温度变化对气候的影响
正常情况下，赤道附近太平洋东部和西部海水温度存在差异，从而在上空形成大气热力环流。图4.18示意正常年份热带太平洋上空近东西方向的大气热力环流。
1. 在图中用箭头表示大气运动方向，使之形成环流圈。
2. 如果赤道附近太平洋东部海水温度下降，说明其对环流的影响。
3. 说明环流的变化对赤道附近太平洋东、西岸气候的影响。
自学窗：厄尔尼诺现象——奥秘与探索
1941年，赤道附近太平洋东部海面温度异常升高，温暖的海水向南侵袭，最南到达15°S。此次温暖海水南侵，导致喜冷水鱼类大量死亡，并在沿岸地区产生灾害性的阵雨和风暴。这是人类第一次报道厄尔尼诺现象。为什么会发生厄尔尼诺现象？厄尔尼诺现象的影响到底有多大？科学家从大气环流、地球自转速度、火山喷发等方面，通过科学推理、模型模拟与实际观测相结合的方式，探索厄尔尼诺现象形成的原因，并试图解释其产生的影响。尽管在监测和预测方面取得了很多成果，但是，由于每次出现的情况都不一样，周期也不固定，科学家对厄尔尼诺现象的成因和影响机制的了解还很有限。
同时，厄尔尼诺现象还带给人们很多启示：大陆上的气候异常，往往需要从海洋上找答案；局部海区的水温异常，其影响范围可能扩展至全球……由此，科学家对海洋进行更为深入、系统的研究。例如，海洋的哪些部分对全球水热平衡影响较大？除赤道附近太平洋东部海域外，还有哪些海域表层温度的变化可能影响全球气候？大洋除表层洋流外，纵向（表层和深层之间）是否存在洋流，其变化对气候影响有多大？
厄尔尼诺现象蕴含着海洋无尽的奥秘，也激发科学家无尽的探索。
探索：渔民的疑问
很早以前，南美洲秘鲁和厄瓜多尔沿岸的渔民发现，某些年份的圣诞节前后，秘鲁渔场的鱼产量就会大幅度降低。他们觉得非常奇怪，于是开始观察，力图找出原因。后来他们发现，原来每隔几年，在圣诞节前后，南美洲西海岸附近海域的海水温度就会升高，在这一海域里生活的浮游生物和鱼类随之大量死亡，造成渔场减产。这种表层海水温度升高的自然现象令当时的人们迷惑不解，他们以为是“圣婴”降临了。在西班牙语中，“圣婴”译音为“厄尔尼诺”。
思考：南美洲西海岸附近海面水温升高的自然现象主要和什么有关？
学习指南：什么是海—气相互作用？海—气相互作用对于全球水热平衡有什么影响？什么是厄尔尼诺现象？厄尔尼诺现象对全球气候和人类活动有何影响？什么是拉尼娜现象？拉尼娜现象对全球气候和人类活动有何影响？
提示：阅读时，注意观察本节的示意图，并分析这些图的意义。本节的主要概念是海—气相互作用、厄尔尼诺现象、拉尼娜现象。
海—气间的物质交换
海—气相互作用是海洋与大气之间相互影响、相互制约、彼此适应的过程。海洋与大气边界上的动量、热量、物质的交换，以及这些交换对大气、海洋各种特性的影响，被统称为海—气相互作用。
脚注：动量：物质运动的一种量度，是描述物质机械运动状态的一个重要物理量。其大小为物体质量与速度的乘积。
海洋和大气间的物质交换是多相的，既有液态的物质交换，也有气态的和固态的物质交换。
蒸发和降水是海—气间水分交换的重要方式，海洋向大气中输送水汽，大气中的水汽在适当的条件下凝结，又以降水的形式落到海洋。蒸发使海水浓缩，降水使海水稀释。因而，海—气间的水分交换会影响海水的温度和盐度，进而影响海水的密度。
海—气间还进行着多种气体的交换，其中对气候影响最大的是二氧化碳的交换。海水不仅可以吸收二氧化碳，还可以通过海洋中藻类植物的光合作用消耗二氧化碳。所以，海洋对于大气中的二氧化碳浓度具有重要的调节作用，可减缓大气中二氧化碳增加的速率。
海洋和大气间也进行着广泛的固体物质的交换。陆源物质、火山物质等通过大气进入海洋，这些物质是海洋沉积物的重要来源；同时，海洋中的固体物质也会进入大气，如海水泡沫在风的作用下进入大气，泡沫中的盐类物质也随之进入。
思考：海—气相互作用影响全球热量平衡的方式有哪些？
海—气间的能量交换
在相互制约的海—气系统中，海洋主要通过向大气输送热量来影响大气运动，大气主要以风的形式向海洋输送动能。
大气和海洋的热量都来自太阳辐射，但是，海洋却是大气的主要热源。海水反射率比较小，吸收的太阳短波辐射能较多，并且海面上空湿度一般较大，所以长波辐射损失也较小，因此海洋就有比较大的净辐射收入。
大气给海洋提供动力。大气环流及其所形成的行星风系使海水沿着一定的方向大规模地运动，形成洋流，引起海洋热量的重新分配。热带气旋可以加速海水的运动并可使海平面异常升高，严重时会造成灾害。这是大气对海洋的能量输送。
阅读：海洋与大气的能量交换
海—气相互作用过程中，海洋对大气的主要作用是为大气提供热量和水汽，而大气主要通过风向海洋输送能量，使海水运动，形成风海流和海水的辐散与辐合，对沿岸地区甚至全球气候产生影响。如55°～70°N的加拿大东岸受拉布拉多寒流的影响，年平均气温为-10～0℃，结冰期长达300天以上，呈现冻原景观，而同纬度的欧洲西部受北大西洋暖流的影响，年平均气温0～10℃，结冰期仅155～215天，发育有针叶林或混交林。热带和副热带的大陆西岸，在离岸风的作用下，表层海水吹离海岸，形成海水辐散，深层海水上翻，致使上翻区表层海水温度低于同纬度其他海域表层海水的温度；海水辐合则相反。
海—气相互作用对全球水热平衡的影响
海—气相互作用对于维持全球水热平衡具有重要意义，海—气相互作用所形成的大气环流与大洋环流是其维持全球水热平衡的基础。不同纬度的海洋给大气提供的热量不同是形成大气环流的重要原因，而大气环流又是海水大规模运动的主要动力来源，大洋表层环流与大气环流的运动方向基本一致。正是大气环流和大洋环流使水分和热量在不同地区之间进行传输，从而维持了全球的水热平衡。
对水量平衡的影响：海洋是大气中水汽的主要来源。从海洋蒸发的水汽，绝大部分直接参与海上内循环，重新以降水的形式返回海洋；仍有一部分水汽伴随大气运动被输送到陆地上空，最后以降水的形式到达陆地，然后汇入河流流回海洋，形成了周而复始的水循环。海—气相互作用参与的水循环，有助于全球的水量平衡。全球的水量平衡是水循环的结果，而水循环必须通过大气环流来实现。
对热量平衡的影响：太阳辐射是地球表面热量的主要来源，不同纬度地区接受的太阳辐射量是不同的。一般来讲，低纬地区所获得太阳辐射较多，收入大于支出，热量盈余；而高纬地区所获得太阳辐射较少，收入小于支出，热量亏损。
实际上全球热量是平衡的，这种平衡的实现正是大气环流和大洋环流将热量从低纬地区源源不断输送到高纬地区的结果。在北半球低纬地区，大洋环流输送的热量要多于大气环流所输送的热量，而到30°N以北地区，大气环流则成为热量输送的主要力量，特别是到了50°N附近地区，热量主要是靠大气环流输送到高纬度地区的。因此，海—气相互作用所形成的大气环流与大洋环流共同维持了全球的热量平衡。
阅读：海洋对地球气温的调节作用
海洋约占地球表面积的71%，海洋表面以下10米厚海水的质量就相当于整个大气圈的质量。海洋是大气最主要的热量库。海洋吸收了到达地表太阳辐射量的80%，其中又有85%左右的热量储存于大洋表层，这部分热量再输送给大气。这种热量的输送不仅影响大气的温度分布，也影响着大气的运动。
海洋是二氧化碳的巨大储存库，海洋通过调节大气中二氧化碳的含量影响着气温和大气环流。由于人类大量使用化石燃料，使大气中二氧化碳含量增加，导致低层大气和表层海水温度升高。表层海水温度的升高，使得海洋吸收二氧化碳的能力降低，甚至会释放出一定量的二氧化碳，使得大气中的二氧化碳浓度净增，温室效应增强，气候变暖。
1立方米海水温度降低或升高1℃释放或吸收的热量可使3100立方米的大气温度升高或降低1℃。海水与大气的这种热力性质差异，使其成为气温的重要调节者。
活动：观察分析墨西哥湾暖流的影响
墨西哥湾暖流宽度为60～80千米，流层厚度约700米，总流量达每秒7400万～9300万立方米。它是由大西洋热带海域中的几条洋流汇合而成的，其源头来自赤道两侧的北赤道暖流和南赤道暖流。前者经小安的列斯群岛向北流去。
后者在巴西北部海域横穿加勒比海，进入墨西哥湾，然后便以约每天150千米的速度经佛罗里达海峡流入大西洋，这里的洋流被称为佛罗里达暖流。佛罗里达暖流又与奔腾北上的北赤道暖流汇合，共同组成著名的墨西哥湾暖流。在到达加拿大东侧海域后，这股强大的洋流改称为北大西洋暖流，它受地转偏向力的作用，并在强大西风的持续吹动下，浩浩荡荡向巴伦支海流去。
墨西哥湾暖流的水温很高，盐度也很高，水体呈深蓝色，尤其在冬季，墨西哥湾暖流的水温要比周围海水温度高出8℃以上，加上流量极大，因而对北美东部及西欧地区的自然环境产生很大的影响。
■墨西哥湾暖流输送的热量对北美东部和西欧地区的气候会产生哪些影响？
厄尔尼诺现象及其影响
“厄尔尼诺”一词源自西班牙语“ElNino”，每2～7年发生一次。厄尔尼诺现象是赤道中、东部太平洋海域发生的大范围、持续性表层海水温度异常偏高的现象。
正常年份，赤道两侧的信风将太平洋东侧大量的表层暖水输送到西侧，下层海水上涌，同时，秘鲁寒流北上补充，使得赤道中、东部太平洋海域表层海水温度相对较低。
赤道东太平洋地区表层海水温度低，空气稳定，不易形成对流，因而降水偏少、气候偏干；而赤道西太平洋地区表层海水温度高，空气对流强烈，降水较多，气候较湿润。
与此同时，由于赤道东部太平洋海域上涌的冷海水含有丰富的营养物质，使得浮游生物大量繁殖，为鱼类提供了充足的饵料，鱼类的繁盛又为鸟类提供了丰富的食物。
有些年份，信风明显减弱，从太平洋东侧输送到西侧的暖水明显减少，北上补充的秘鲁寒流同时减少，导致赤道中、东部太平洋海域表层海水温度较正常年份偏高，这样就形成了厄尔尼诺现象。
厄尔尼诺现象一旦形成，首先会影响全球大气环流，使世界各地出现气候异常。厄尔尼诺现象对气候的影响，以赤道太平洋地区最为显著。由于赤道东太平洋地区表层海水温度升高，使空气对流运动增强，降水异常增多，甚至引发洪涝灾害；相反，赤道西太平洋地区降水减少，甚至出现严重干旱。
厄尔尼诺现象也会对全球的生产和经济产生影响，赤道东太平洋地区是最先受到影响的地区。在厄尔尼诺现象发生时，信风明显减弱，表层暖水向东回流，赤道东太平洋下层冷海水不再上涌，导致海水中营养物质减少，鱼类大量减少，捕鱼量下降，并波及世界饲料市场供应。
许多事实还表明，厄尔尼诺现象对全球气候、人们的生产与生活的影响并不仅仅局限在赤道太平洋地区，而是全球性的。例如，在厄尔尼诺现象出现时，日本列岛及我国东北地区夏季发生持续低温，有些年份我国大部分地区的降水还有偏少的情况。厄尔尼诺现象作为导致全球气候异常的重要原因，对全球气候、人们的生产与生活的影响越来越深刻。
拉尼娜现象及其影响
“拉尼娜”一词源自西班牙语“LaNina”。拉尼娜现象指赤道东太平洋表层海水温度异常下降的现象，其特征与厄尔尼诺现象相反，因而又称反厄尔尼诺现象。
当偏东信风持续加强时，赤道太平洋东侧表层海水不断向西流动，深层的冷水不断上翻进行补充，导致该地区表层海水温度逐渐降低，于是便产生了拉尼娜现象。
拉尼娜现象对气候的影响与厄尔尼诺现象大致相反，但影响程度及范围较厄尔尼诺现象小。拉尼娜现象出现时，赤道西太平洋地区降水较正常年份偏多，印度尼西亚、澳大利亚等地洪涝灾害严重，但赤道东、中太平洋地区降水偏少，易出现旱灾。历史上厄尔尼诺现象和拉尼娜现象发生的时间间隔大约为7年，但是近年来，厄尔尼诺现象和拉尼娜现象发生的时间间隔在缩短。
案例研究：超强厄尔尼诺对气候的影响
2015年开始的厄尔尼诺气候事件持续了20个月，是1951年以来出现的强度仅次于1997年和1998年的超强事件。
此次超强厄尔尼诺从西北太平洋、印度洋带来大量的水汽已经对全球气候产生明显影响。2015年全球表面温度继2014年以后又创新高，成为有观测记录以来最暖的一年；2016年1月，北极气温自有记录以来第二次在冬季上升到了0℃以上；印度半岛等地频遭暴雨，发生严重的洪涝灾害；印度尼西亚和菲律宾等东南亚国家经历了20年来最严重旱灾，导致森林和农田大火频发；印度受到了罕见高温天气过程的袭扰；澳大利亚夏季遭受高温热浪侵袭，引发森林大火；南非、埃塞俄比亚等国家出现了严重干旱，导致非洲多国粮食严重减产；巴西等地出现了持续性的干旱，拉美多地出现了暴雨洪涝。
受超强厄尔尼诺的影响，2016年我国气候主要有以下特点：
第一，2016年我国气温为20世纪60年代以来的第三高值。全国平均气温较常年偏高0.81℃。除黑龙江省气温偏低外，全国其他省份的气温均偏高。全国380多个县市最高气温突破了历史极值。入冬以来，我国冷空气活动弱，气温偏高。
第二，全国平均降水量为20世纪60年代以来的最多，达到730毫米，较常年偏多16%。除陕西和甘肃两省降水偏少外，全国其他省份的降水均偏多。长江中下游沿江比往年偏多20%～50%，安徽省东南、江苏省南部偏多50%～100%。长江中下游地区偏多25%，为1961年以来最多。从主要流域来看，长江流域偏多19%，辽河流域偏多15%，松花江流域偏多16%。
第三，极端天气事件频发。暴雨多，全国暴雨日数为1961年以来最多，南北洪涝并发。2016年,全国26个省（区、直辖市）出现城市内涝，为暴雨洪涝灾害偏重年份。登陆台风多，平均强度强。有8个台风登陆，平均登陆强度达到13级，比常年明显偏强。台风直接经济损失高于近10年平均值。强对流天气多发、重发，全国有2000多个县（市）出现冰雹或龙卷风天气，损失偏重。
思考：根据材料分析超强厄尔尼诺对中国气候的影响。
作业题
1.读“厄尔尼诺（次年）对中国降水的影响”和“拉尼娜对中国降水的影响”图，比较厄尔尼诺次年和拉尼娜年我国降水在空间分布上的差异。
2.根据给出的图文资料，完成下列各题。
马达加斯加岛东部是热带雨林气候，终年湿热，年降水量达2000～3800毫米，年平均气温约24℃；而西部属于热带草原气候，年降水量为600～1000毫米，年平均气温约26.6℃。
（1）马达加斯加岛东、西部的气候类型各是什么？产生这种差异的主要原因是什么？
（2）说出海—气相互作用的过程。
3.根据给出的材料和“南极绕极环流”图，说说你认为南极绕极环流的存在对南半球高低纬度之间热量传输起着怎样的作用。
南极绕极环流是世界上唯一一支与世界上所有其他洋流都有关联的全球性环流，是一个流量超过全球河流径流量约100倍，宽600～2000千米，深2000～4000米的超级洋流。南极绕极环流分布于南纬35°～65°区域，与西风带的分布范围基本一致，形成西风漂流。西风带和南极绕极环流共同构成了南极大陆的外围屏障。
课题4：检查进度：每位同学各自搜集全球不同区域与厄尔尼诺、拉尼娜现象有关的气温、降水等资料，并绘制成图表，分析其对全球气候的影响，理解海—气相互作用对全球水热平衡的影响。
探究
阿拉伯半岛东面为波斯湾，西面为红海，两地夏季气温常达30℃以上，而索马里沿岸一带的气温，最热季节一般不到25℃。赤道以北附近，印度洋表层水温呈现东暖西冷的分布格局，对大气产生了不同程度的热力作用，进而影响到其气压场。
1.波斯湾、红海与索马里沿岸夏季气温存在着显著差异，对此现象进行解释。
2.简要描绘赤道以北附近，印度洋由东到西大气环流系统的剖面结构。
海—气相互作用是指海洋与大气间物质、能量持续交换的互相影响过程。海洋是地球上巨大的热能储存库，对气候的形成和变化具有重要影响。
一、海—气相互作用与水热交换
海洋的蒸发量约占地球表面总蒸发量的86％，海水蒸发时会把大量水汽输送给大气。大气中的水汽在适当条件下凝结，并以降水的形式返回海洋，从而实现与海洋的水分交换。海洋的蒸发量与其表层水温密切相关，一般来说，海水温度越高，蒸发量就越大。
因此，海洋的热状况和蒸发情况，直接制约着大气水汽的含量与分布。低纬度海区和有暖流流经的海区，海面蒸发旺盛，空气湿度大，降水较丰沛，海—气间的水分交换也较为活跃。
海洋是大气的主要水源，也是地球上太阳辐射能的重要存储器。海洋表面的反射能力弱，能够使海洋多保留一部分太阳辐射能。海洋吸收了到达地表太阳辐射能的70％，并将其中85％的热量储存在海洋表层，再通过潜热（海水蒸发吸收的热量或水汽凝结释放的热量）、长波辐射等方式将储存的太阳辐射能输送给大气。
海洋向大气输送热量，是大气热量的主要供给者。海洋向大气输送的热量，与其表层水温密切相关。水温高的海区，向大气输送的热量也多。热带地区海洋面积大，是驱动地球大气系统的主要能量来源地。同时，大气也向海洋输送能量。大气通过风作用于海洋，驱动海水运动，把部分能量返还给海洋，并使海洋热状况产生再分配，改变海洋对大气的加热作用。
平均而言，海洋每年蒸发掉约1.26米厚的海水。海水蒸发潜热大，蒸发使海洋每年失去巨额热量。
阅读：海洋与大气中的二氧化碳
除水热交换外，海—气间还存在气体和固体物质的交换。气体交换中以二氧化碳的交换最为重要。
在全球碳循环系统中，海洋的作用比陆地更为重要。大气中的二氧化碳气体，除少量被陆地植物通过光合作用吸收外，绝大部分通过海洋的物理—生化过程被同化吸收，并以固态碳的方式向海洋深部转移。其具体过程是：海水通过与大气的接触，直接溶解大气中的二氧化碳。海洋生物利用海水中所溶解的二氧化碳，进行光合作用，并将二氧化碳固定在生物体内。被海洋生物固定的二氧化碳，一部分通过生物的呼吸作用和残体分解释放到大气中，还有一部分形成碳酸盐沉积和有机碳沉积（如煤、石油、天然气）。生物沉积作用将二氧化碳固定在岩石圈中，短时期内不再参与地表的碳循环，从而降低了表层海水中二氧化碳的含量，有利于海洋表层从大气中吸收更多的二氧化碳，对海洋和大气的二氧化碳平衡产生重要影响。如果地球表面温度增高，海水温度会随之上升，二氧化碳在海水中的溶解度减小，那么将有更多的二氧化碳返回到大气中。目前，海洋中溶解的二氧化碳，要比大气中二氧化碳的含量高60倍。因此，海水温度继续上升，对地球将是潜在的巨大威胁。
二、海—气相互作用与水热平衡
海—气相互作用所形成的大气环流和大洋环流，是维持全球水热平衡的基础。不同纬度海区对大气加热的差异，会产生高低纬度间的大气环流；海陆间对大气加热的差异，则形成季风环流。同时，大气运动和近地面风带，是海洋水体运动的主要动力。大气环流与大洋环流驱使着水分和热量在不同地区的传输，从而维持着全球的水热平衡。
海—气相互作用，进行水分交换，构成地球上生生不息的水循环。地球上的水时时刻刻都在循环运动，从长期来看，全球的总水量没有什么变化。
大洋环流既影响海洋热量的分布，又影响海洋向大气的热量输送过程。在地球系统的能量输送和平衡中，大洋环流与大气环流发挥着重要作用。低纬度海洋获得更多的太阳辐射能，主要由大洋环流把低纬度的多余热量向较高纬度输送；在中纬度，通过海洋与大气之间的交换，把相当多的热量输送给大气，再由大气环流将热量向更高纬度输送。
活动：在图4-21中：纬度低于30°N，热量收入多于支出；纬度高于30°N，热量收入则少于支出，且在极地差值达到最大。
想一想，根据热量收支情况，赤道会不会越来越热，极地会不会越来越冷？为什么？
三、厄尔尼诺、拉尼娜及其影响
海—气相互作用能够调控全球水热平衡，对气候变化、自然环境和人类活动产生巨大影响。但是，这个系统的异常变化会使局部出现极端天气，干扰甚至威胁人们正常的生产生活。
“厄尔尼诺”是西班牙语“圣婴”的译音。在秘鲁寒流流经海岸附近，圣诞节前后有时海水明显变暖，同时突降大雨，当地海鸟结队迁徙。当地人把这种反常的现象归因为“圣婴”出现。厄尔尼诺的出现，使得当地冷水性鱼类因不适应温暖海域的环境而大量死亡，导致以这类鱼为食物的鸟类死亡或迁徙。研究证据表明，厄尔尼诺现象与全球气候变化密切相关，并大范围影响到天气状况和农业生产。
“拉尼娜”是西班牙语“小女孩”的译音。拉尼娜是指赤道太平洋东部和中部海域水温异常下降的现象。拉尼娜现象与厄尔尼诺现象相反，故有“反厄尔尼诺现象”之称，但它对气候的影响程度及威力比厄尔尼诺要小。
阅读：厄尔尼诺的形成及其影响
在正常情况下，太平洋赤道两侧盛行稳定强劲的偏东信风，它将温暖的表层海水吹离南美沿岸。当信风减弱时，南美太平洋沿岸表层水温增高，秘鲁寒流近赤道段变性为暖流。当增温幅度大于0.5℃并持续几个月至半年时，便形成了一次新的厄尔尼诺事件。
厄尔尼诺直接导致了中、东太平洋及南美太平洋沿岸国家异常多雨，甚至引起洪涝灾害。连绵阴雨曾使智利北部沙漠地区的湿度增加，出现了鲜花盛开的奇观。厄尔尼诺也使得热带西太平洋降水减少，造成印度尼西亚、澳大利亚严重干旱。有关研究表明，厄尔尼诺现象在减少二氧化碳释放、延缓全球变暖方面具有一定的积极作用。世界热带海洋所释放的二氧化碳有3/4来自太平洋赤道海域。厄尔尼诺现象能减缓富含二氧化碳的上泛冷水的上移速度，从而减少海洋向大气释放的二氧化碳数量。
活动
拉尼娜与厄尔尼诺均为海—气相互作用的结果。拉尼娜现象是因海面信风加速，促使东部和中部太平洋离岸气流出现，造成深层海水将低温冷水上翻，从而使赤道太平洋东部和中部海面温度降低所致。读图4-24、图4-25，完成相关任务。
1.比照正常年份赤道太平洋海域东西岸大气环流状况，绘制拉尼娜发生时该区域的大气运动状态示意图；根据所绘示意图，说明赤道太平洋东岸和西岸地区可能出现的气象灾害。
2.以小组为单位，收集相关资料，讨论厄尔尼诺、拉尼娜现象对我国气候、河流等可能带来的影响。
课前引入
据研究，每隔2～7年就会发生一次厄尔尼诺现象，几乎每次厄尔尼诺现象都会导致世界气候异常。
问题：实际上，厄尔尼诺是海洋与大气相互作用的结果。你知道海-气是怎样相互作用的吗？厄尔尼诺对人们的生产、生活产生了什么影响？
海洋对大气的作用
海洋与大气之间的相互联系、相互影响，称作海-气相互作用。物质交换和能量传输，是两者相互作用的重要途径。
海洋通过长波辐射和蒸发潜热向大气提供热能。到达地表的太阳辐射能有70%被海洋吸收，吸收的能量中85%左右以热能形式储存在大洋表层，这部分能量又以长波辐射等方式输送给大气。海洋通过蒸发作用向大气提供水汽。全球总水量的96%以上赋存于海洋之中，大气中86%的水汽也由海洋提供。提供水汽的多少主要与水温相关。水温越高，蒸发越旺盛，空气湿度也越大。因此暖流流经海区和低纬海区的气候相对寒流流经海区和高纬海区要湿润些。
海洋对气温有调节作用。海水热容量大，增温、冷却都比陆地慢，对大气温度有着调节作用。一方面，海洋上空的气温变化滞后于陆地上空，因此海洋的最热月和最冷月都要比陆地晚1个月左右；另一方面，海洋使大气温度的变化比较和缓，因此受海洋影响大的地区，气温日较差与年较差都相对较小。
海洋对大气的温室效应有缓解作用。海洋中溶解的二氧化碳是大气中二氧化碳含量的数十倍，并且海洋通过生物固碳等作用调节大气中的二氧化碳含量，影响着全球气温和大气环流过程。另外，海洋浮游植物通过光合作用，还向大气提供了40%的再生氧气。因此，人们把海洋与森林并称为地球的两叶“肺”。
活动：探究长春与伦敦气温差异的成因
长春的纬度是44°N，伦敦的纬度是51°N。根据图4-3-2说明两地气温的差异，从海-气相互作用角度分析产生气温差异的原因，并思考是否还有其他的原因。
大气对海洋的作用
大气运动能够推动海水运动，影响海水性质。气流吹拂表层海水运动，形成风海流与风浪。例如，在盛行西风的影响下形成了北太平洋暖流、北大西洋暖流和南半球的西风漂流；再如，大约在南北纬10°—30°的大洋东部，受信风影响，海洋表面形成了离岸流，进而产生了上升补偿流，导致该海区的水温比同纬度海区低。大气因参与海陆间水循环而影响海水性质。大气通过水汽输送、蒸发、降水等环节参与水循环，其中降水的强弱直接影响海水盐度分布。此外，大气云层可减弱到达海面的太阳辐射，影响海面增温，进而影响海水的运动。
大气通过降尘向海洋提供营养元素。大气颗粒物及其携带的营养元素通过沉降作用进入海洋，促进浮游植物的生长，从而使海洋能固定更多的碳，释放更多的氧。
活动：读图4-3-4，根据热力环流原理，绘制赤道太平洋上空的大气环流示意图。说出太平洋海水与上空大气的相互关系。
海-气相互作用对全球水热平衡的影响
●促进水平衡
世界海洋每年约有50.5万立方千米海水被蒸发。海面蒸发产生的水汽91%直接进行海上内循环，以降水形式重返海洋；9%的水汽参与海陆间大循环，被大气输送到陆地上空，凝结成雨雪后降落，成为陆地淡水的来源，并最终注入海洋。研究表明，尽管对全球海洋和陆地的蒸发量、降水量与径流量的估算值还不完全相同，但有一点是共同的，即地球上多年平均降水量等于多年平均蒸发量，总水量基本不变。
活动：探究海-气相互作用与全球水平衡
1.读图4-3-5，填写下表。
2.计算海洋蒸发量占全球降水量的百分比，说明其意义。
3.比较收入量和支出量，说明收支数据特点及其原因。
●促进热量平衡
在地球表面，低纬度地区获得的净辐射能高于高纬度地区。地球上高低纬地区间的热量输送主要是通过大气环流和洋流共同实现的。大气环流和洋流的形成，也与海-气相互作用密切相关。
活动：读图4-3-6，完成下列任务。
1.分别描述北半球海洋热量收入和热量支出随纬度变化的特点。
2.讨论低纬海区水温不因热量持续盈余而持续增温，高纬海区水温不因热量持续亏损而持续降温的原因。
不同纬度海洋对大气加热的差异，导致了高低纬之间的大气环流。由于海洋与陆地的热力性质差异，形成季风环流。同时，风力吹拂洋面，把大气的动能传递给海洋，促使海水运动，形成了运动方向基本一致的洋流。这些大气环流和洋流，将热量从低纬地区带到高纬地区，将水分从海洋带到陆地，是维持地球水热平衡的基础。
知识窗：海-气相互作用与风暴潮
风暴潮是指由于强风所引起的海平面异常升降，使海水满溢上陆的一种自然现象。风暴潮是大气与海洋相互作用的结果。风暴主要有热带气旋和温带气旋两种。如果风暴经过沿海地区且正值高潮时，很可能形成风暴潮，造成严重的风暴潮灾害。2016年第4号台风“妮妲”以强台风级别于8月2日3时35分在深圳大鹏半岛沿海地区登陆。当日早晨，深圳东部大鹏新区南澳海边狂风大作，形成了风暴潮。风暴潮的影响大小、所造成灾害的严重程度，除了与风暴强度、潮位状况有关外，还与沿海地区的地形条件等有关系。
厄尔尼诺与拉尼娜现象
厄尔尼诺现象
厄尔尼诺现象是指赤道东、中太平洋海水温度持续异常增温的情况。大约每隔2～7年发生一次，每次持续1～2年，发生年份称为厄尔尼诺年。
在厄尔尼诺年，赤道东太平洋沿岸地区往往降水增加，发生暴雨、洪涝灾害的概率增大；而赤道西太平洋沿岸地区往往降水减少，出现干旱的概率增大。除此之外，世界许多地区都会出现气候异常甚至发生自然灾害。例如，2015—2016年一次强烈的厄尔尼诺现象出现时，南美洲的许多国家和地区特别是乌拉圭、巴拉圭和巴西南部，发生了严重的洪水和泥石流灾害。而2015年4月，澳大利亚降水比常年同期偏少五至八成；5月，菲律宾八省出现严重干旱，印度高温热浪导致2000多人死亡，美国加利福尼亚州等地遭遇极端严重干旱；6月，泰国遭遇十年来最严重高温干旱，朝鲜半岛也遭遇了罕见的干旱；7月，日本遭遇高温热浪，美国中西部遭受暴雨袭击。
拉尼娜现象
与厄尔尼诺现象相反，拉尼娜现象是指赤道东、中太平洋海水温度异常偏低的情况。在拉尼娜现象发生期间，赤道东太平洋沿岸地区往往降水减少，发生干旱的概率增大；而赤道西太平洋沿岸地区往往降水增多，出现暴雨、洪水的概率增大。例如，1999年发生的拉尼娜现象，导致印度尼西亚降雨剧增，而美国南部则干旱严重。
知识窗：厄尔尼诺与拉尼娜现象的成因
厄尔尼诺现象成因比较复杂，科学家们有很多观点。其中有观点认为，厄尔尼诺现象是太平洋上东南信风异常造成的。若东南信风减弱，赤道附近表层暖水向东回流。这样，不仅东太平洋冷水上泛现象消失，还有暖水回流加剧，会导致赤道东太平洋海面水温升高，进而气流上升带来较多的降水，常导致暴雨、洪水泛滥。同时，下层海水中的无机盐类等营养成分不再涌向海面，导致当地的浮游生物量明显降低，渔业大幅度减产，大批海鸟也因饥饿而死亡。
拉尼娜现象与厄尔尼诺现象相反。太平洋上的东南信风异常增强，强大的偏东风把表层暖水向西太平洋输送，表层海水产生强大的离岸漂流，造成这里持续的海水辐散；下层冷海水上泛增多，同时秘鲁寒流也北上补充，导致这里的海面温度大幅降低。由于海水温度低于气温，空气层结稳定，对流不易发展，赤道东太平洋及其沿岸地区降雨偏少，气候偏干旱，相反，西太平洋及其沿岸地区降水可能异常增多，常形成洪涝灾害。这就是反厄尔尼诺现象，又称为拉尼娜现象。
活动：绘制概念图
绘制目的：用概念图简明扼要地表达对本课新学知识的理解。绘制要求：任选一种“海-气相互作用”的典型现象，确定合理的概念节点及连接线，绘制一幅概念图，表示其主要内容。