云對海氣相互作用的影響

1、第六講 云對海氣相互作用的影響,宇如聰、周天軍,大洋環(huán)流和海氣相互作用數(shù)值模擬,,http://web.lasg.ac.cn/staff/ztj/index_c.htm,云的形成和分類云對氣候系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用云對海氣相互作用的影響本講總結(jié),內(nèi)容提要,云對氣候系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用,云對地球大氣能量收支的影響云的形成和消亡過程是地氣系統(tǒng)水和能量的再分配過程云輻射強(qiáng)迫和云氣候反饋我國東部區(qū)域的云輻射特征,輻射平衡一個物體接收與發(fā)射的

2、輻射能量兩者相等的狀態(tài)。此時物體的凈輻射為零，溫度保持恒定。如果物體接收的輻射能大于它的發(fā)射能量，則物體要增溫，反之，物體則要降溫。如果一個物體的溫度長期保持恒定，則說明它處在穩(wěn)定的輻射平衡中，例如行星地球系統(tǒng)。輻射冷卻物體因接收到的輻射小于自身放射出去的輻射而導(dǎo)致的溫度降低現(xiàn)象。夜間，地表由于輻射收入少于支出而出現(xiàn)輻射冷卻。近地面大氣層中由于輻射冷卻經(jīng)常可出現(xiàn)強(qiáng)烈的逆溫。大氣層中由于輻射交換結(jié)果而出現(xiàn)的輻射冷卻現(xiàn)象，常用輻射冷卻率

3、來表示。,基本概念,基本概念,輻射強(qiáng)迫 定義為晴天平均向外射出波輻射與實(shí)際狀況平均向外射出輻射之差，即該區(qū)域云的存在對輻射的影響。LWCRF = Fclr - FSWCRF = S(?clr - ?)Net CRF = LWCRF + SWCRF 其中Fclr為晴天平均向外射出長波輻射，F(xiàn)為實(shí)際狀況平均向外射出長波輻射。S·?clr為晴天平均向外反照短波輻射，S·?是實(shí)際狀況平均向外反照短

4、波輻射。二者之和為總的凈云輻射強(qiáng)迫。,氣候系統(tǒng)的能量收支,吸收短波，射出長波,TOA年平均凈輻射通量,TOA凈短波、長波通量的緯向平均分布,什么決定氣候？或什么決定了全球的溫度？,地球系統(tǒng)的能量來源于太陽地球的溫度取決于入射的太陽輻射和地球大氣射出的長波輻射的平衡,影響短波輻射的主要因子：,云 (云量和云狀)水汽地表反照率氣溶膠 (類型和數(shù)量),云地表/大氣的溫度溫室氣體水汽,影響長波輻射的主要因子：,反射太陽輻射，冷卻

5、地球吸收地球表面的長波輻射通量，并向地面發(fā)射長波輻射，加熱地球（被子效應(yīng)）云的生消過程實(shí)現(xiàn)水和能量的再分配云參與地球氣候復(fù)雜的反饋過程,云是調(diào)節(jié)氣候變化的關(guān)鍵因子,云的形成和消亡過程是地氣系統(tǒng)水和能量的再分配過程,,,,,,,蒸發(fā),降水,,,傳輸 成云,失去水和潛熱,得到水,得到熱量,水平垂直,蒸發(fā)-降水：淡水通量,年平均氣候分布（cm/year),The data from Earth Radiation Budget E

6、xperiment provide the first accurate estimate of short wave and long wave radiative fluxes at the TOA with and without cloud modulation.,,NOAA Satellite,,Earth Radiation Budget Satellite,ERBE,Net cloud radiative forcin

7、g at TOA derived from the ERBE data,SWCRFTOP,NET-CRFTOP,LWCRFTOP,ERBE的大氣頂?shù)膬粼戚椛鋸?qiáng)迫（Wm-2）。高原下游的大陸性中層云凈的負(fù)云輻射強(qiáng)迫的強(qiáng)度，可以達(dá)到與東南太平洋地區(qū)冷洋面上層云凈的負(fù)云輻射強(qiáng)迫相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度。,,,根據(jù)ERBE資料分析的大氣頂在晴天狀態(tài)和綜合狀況平均的凈向下輻射通量（Wm-2）。左圖對應(yīng)晴空狀態(tài)的氣候平均，右圖為日常的氣候平均。,在大多副熱帶地區(qū)

8、，大氣柱都是通過從大氣頂獲得的凈輻射通量向高緯度地區(qū)輸送能量。但在中國東部地區(qū)，大氣頂?shù)膬糨椛淅鋮s使得能量虧損。大氣柱不得不通過濕靜力能輻合從周邊大氣獲取能量，也就是說，副熱帶區(qū)域的長江流域大氣是能量匯。這和向外輸出濕靜力能的副熱帶其他地區(qū)形成了鮮明的對比。,云－氣候反饋,高云的正反饋過程,,地面溫度?,蒸發(fā)?,水汽含量?,高云?,?,?,?,?,?,高云起截留地球表面長波輻射通量的作用,云的負(fù)反饋過程,,地面溫度?,蒸發(fā)?,水汽含

9、量?,云的反照率?,?,?,?,?,地面溫度?,如果氣候系統(tǒng)對某一種氣候擾動的響應(yīng)產(chǎn)生對該擾動信號的改變（增強(qiáng)或減弱），不斷改變氣候系統(tǒng)的響應(yīng)強(qiáng)度和擾動信號的強(qiáng)度，則稱氣候系統(tǒng)對該氣候擾動有“反饋”，通常把這個具體的反饋過程稱為該氣候擾動的“氣候反饋”。,如果反饋過程使得初始的擾動信號不斷增強(qiáng)，也就是對氣候系統(tǒng)的改變越來越大，或氣候系統(tǒng)越來越偏離原來的平衡狀態(tài)，趨向一種不穩(wěn)定發(fā)展，則稱為“正反饋過程”。反之，則稱為“負(fù)反饋過程”。,舉例

10、:四川盆地云輻射反饋,,10-years running mean surface temperatures (dashed) and the cloud fractions (solid),Correlation Coefficients between Monthly Surface Temperatures and Total Cloud Fractions after Removing the mean seasonal var

11、iation from 1951 to 2000,Intensified Cooling over Sichuan Basin of China:Positive cloud trends take the responsibility.,Temperature,Total cloud amount,Correlation coefficient R=-0.68,陸地層狀云的正反饋過程,,表面溫度升高時，相對濕度將降低，從而層云云

12、量降低，進(jìn)入地球系統(tǒng)的輻射通量增加并最終使得表面溫度進(jìn)一步升高；同時，表面的增暖也會減小對流層低層的穩(wěn)定度，不利于層云的形成，也會導(dǎo)致表面的升溫。另外，靜力穩(wěn)定度的減小可以造成與上層干空氣更強(qiáng)的混合，使低層濕度減小，從而加強(qiáng)反饋過程。,盡管高原下游的云－地面溫度的正反饋過程既可使其增暖加快又可使其變冷加速，但可以推斷出，在表面冷卻和增暖兩種過程中，表面冷卻過程的云輻射反饋?zhàn)饔幂^強(qiáng)。當(dāng)表面冷卻時，靜力穩(wěn)定度的增加有利于層云的形成。同

13、時，深對流云和卷云的發(fā)展則受到了抑制，這就導(dǎo)致了更強(qiáng)的輻射冷卻。當(dāng)表面增暖時，不穩(wěn)定的層結(jié)會有利于積狀對流云的發(fā)展從而削弱正的云反饋過程。,Cooling over Sichuan Basin of China:A delayed intensified signal due to the positive cloud-temperature feedback in the eastern periphery of the Tibe

14、tan Plateau,Climate mean changes of March LSAT (1976-2000 minus 1951-1975).,Annual cycle of the climatic mean changes averaged over the Sichuan Basin.,Cooling in March,,高原下游局地環(huán)流場的變化,上圖為環(huán)流場氣候態(tài)（早春3月份）下圖為76-00年均值與51-75年均值之

15、差在高原下游地區(qū)存在一個異常的垂直環(huán)流圈，對云量變化有重要影響(105-115°E，25-35°N)范圍內(nèi)區(qū)域平均的500hPa緯向風(fēng)與四川盆地地區(qū)的總云量相關(guān)系數(shù)為0.35（1951-2000），局地對流層中層的緯向風(fēng)對云的生成有顯著影響,,,,,小 結(jié),云頂?長波云輻射強(qiáng)迫云的反照率?短波云輻射強(qiáng)迫長江流域獨(dú)特的云輻射特征云的反饋過程可正可負(fù),云輻射強(qiáng)迫,LWCRF = Fclr - FSWC