第三节 海气相互作用

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。 下载PDF

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。 下载PDF

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？ 下载PDF

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。 下载PDF

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。 下载PDF

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。 下载PDF

●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。 下载PDF

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。 下载PDF

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。 下载PDF

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？ 下载PDF