會(huì)計(jì)學(xué)1Chapshengtai全球全球(qunqi)氣候系統(tǒng)詳氣候系統(tǒng)詳解解第一頁(yè)，共32頁(yè)。Climate is the state factor that most strongly governs the global patternof ecosystem structure and function氣候是狀態(tài)(zhungti)因素，最強(qiáng)有力地控制著全球的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的模式 地形(dxng)氣候(qhu)母質(zhì)潛在的生物時(shí)間微氣候/小氣候干擾機(jī)制資源功能類型生態(tài)系統(tǒng)過程干擾演替生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展第1頁(yè)/共32頁(yè)第二頁(yè)，共32頁(yè)。Climate is a key mechanism by which ecosystems interact with the total Earth System氣候是一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制,通過生態(tài)系統(tǒng)(shn ti x tn)與整個(gè)地球系統(tǒng)交互 地球系統(tǒng)(xtng)科學(xué)生態(tài)系統(tǒng)(shn ti x tn)生態(tài)學(xué)生理生態(tài)學(xué)群落生態(tài)學(xué)種群生態(tài)學(xué)環(huán)境機(jī)制氣候?qū)W水文土壤學(xué)地球化學(xué)第2頁(yè)/共32頁(yè)第三頁(yè)，共32頁(yè)。這節(jié)課的主要(zhyo)目標(biāo) 理解氣候系統(tǒng)是如何(rh)工作的 使你能預(yù)測(cè)地球上任何(rnh)地方的氣候第3頁(yè)/共32頁(yè)第四頁(yè)，共32頁(yè)。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)輸入=能量(nngling)輸出一半的太陽(yáng)輻射到達(dá)(dod)地球大氣對(duì)短波是透明的，但是(dnsh)會(huì)吸收長(zhǎng)波輻射（溫室效應(yīng)）大氣從底部被加熱，通過長(zhǎng)波輻射和對(duì)流/傳遞 空間入射太陽(yáng)輻射短波射出輻射長(zhǎng)波對(duì)流由H2O、CO2、O3所造成的輻射云層輻射/發(fā)射云層、CO2、O3的凈吸收對(duì)流混合凈長(zhǎng)波二次輻射由大氣造成的后向散射由云層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與云輻射吸收與云輻射直接太直接太陽(yáng)輻射陽(yáng)輻射的吸收的吸收云的吸收地表大氣H2O、塵埃、O3的吸收感熱通量/顯熱通量潛熱通量第4頁(yè)/共32頁(yè)第五頁(yè)，共32頁(yè)。The temperature of a body determineswavelengths of energy emittedSolar radiation has high energy (shortwave) that readily penetratesthe atmosphereEarth emits low-energy (longwave)radiation that is absorbed by theatmosphere身體的溫度決定能量(nngling)釋放的波長(zhǎng) 太陽(yáng)輻射具有(jyu)較高的能量(短波)，容易穿透大氣層 地表發(fā)射出較低的能量(長(zhǎng)波)輻射，可以(ky)被大氣吸收太陽(yáng)入射輻射地面輸出輻射可見區(qū)域吸收率波長(zhǎng)第5頁(yè)/共32頁(yè)第六頁(yè)，共32頁(yè)。The atmosphere is heated from thebottomTherefore it is warmest near the and gets colder with increasingelevation從底部加熱(ji r)大氣因此，在底部附近是最溫暖的，隨著海拔(hib)增加會(huì)逐漸更冷高度(god)電離層/熱層中間層頂中間層/逸散層平流層頂/同溫層上線平流層/同溫層對(duì)流層頂對(duì)流層溫度珠穆朗瑪峰第6頁(yè)/共32頁(yè)第七頁(yè)，共32頁(yè)。Uneven heating of Earths surface causes atmospheric circulationGreater heating at equator than poles 1. suns rays hit more directly 2. less atmosphere to penetrate地球表面的不均勻加熱會(huì)導(dǎo)致大氣(dq)環(huán)流赤道(chdo)比兩極加熱程度大1.太陽(yáng)光線直射程度大2.大氣滲透少Therefore 1. Net gain of energy at equator 2. Net loss of energy at poles因此1.在赤道地區(qū)(dq)能量是凈增加的2.在兩極地區(qū)(dq)能量是凈損耗的大氣地軸地表太陽(yáng)光第7頁(yè)/共32頁(yè)第八頁(yè)，共32頁(yè)。Air rises at equator and subsides at poles(vertical circulation)Circulation cells explain global distribution of rainfallEarths rotation determineswind direction (horizontal circulation) (Coriolis force) tropical easterlies temperate westerlies空氣在赤道上升(shngshng)，在極地下降(垂直循環(huán)) 環(huán)流(hun li)圈解釋全球降水的分布 地球自轉(zhuǎn)決定(judng)了風(fēng)向(水平循環(huán)) (科里奧利力) 熱帶東風(fēng)帶 (溫帶)西風(fēng)帶 寒冷空氣下沉溫暖氣流上升寒冷空氣下沉溫暖氣流上升溫暖氣流上升寒冷空氣下沉寒冷空氣下沉極鋒副熱帶高壓副熱帶高壓極鋒極地環(huán)流圈極地環(huán)流圈哈德萊環(huán)流/低緯環(huán)流哈德萊環(huán)流/低緯環(huán)流費(fèi)雷爾環(huán)境圈/中緯度環(huán)流圈費(fèi)雷爾環(huán)境圈/中緯度環(huán)流圈西風(fēng)帶西風(fēng)帶東北信風(fēng)東南信風(fēng)熱帶輻合帶第8頁(yè)/共32頁(yè)第九頁(yè)，共32頁(yè)。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)Pressure gradients create geographic variation in prevailing winds在30N和30S，空氣(kngq)在寒冷的海洋比陸地下降更強(qiáng)烈 在60N和60S，空氣(kngq)在寒冷的陸地(高壓)上下降，在溫暖的海洋(低壓)上上升 壓力梯度在盛行風(fēng)帶造成(zo chn)地理變異緯度經(jīng)度西伯利亞高壓太平洋高壓百慕大高壓冰島低壓阿留申低壓熱帶輻合帶第9頁(yè)/共32頁(yè)第十頁(yè)，共32頁(yè)。In summer at 60 N & S, air descends over cold ocean (high pressure) and rises over warm 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在夏季時(shí)，在60N和60S，空氣在寒冷的海洋(高壓)上下降，在溫暖(wnnun)的陸地(低壓)上上升 1.向赤道(chdo)方向流動(dòng)的涼爽的空氣流在大陸西海岸 2.向極地方向運(yùn)動(dòng)的溫暖的空氣流在大陸東海岸產(chǎn)生行星(xngxng)波動(dòng)緯度經(jīng)度熱帶輻合帶西伯利亞低壓太平洋高壓冰島低壓百慕大高壓熱低壓第10頁(yè)/共32頁(yè)第十一頁(yè)，共32頁(yè)。Ocean currents are similar to wind patterns: 1. Driven by Coriolis forces 2. Driven by winds洋流(yngli)與風(fēng)的模式相似：1.由科里奧利力驅(qū)動(dòng)(q dn)2.由風(fēng)驅(qū)動(dòng)(q dn)緯度經(jīng)度西風(fēng)漂流北大西洋漂流墨西哥灣流 本格拉海流洪堡海流，即秘魯寒流 黑潮暖流北太平洋漂流 第11頁(yè)/共32頁(yè)第十二頁(yè)，共32頁(yè)。任何地區(qū)的氣候都可以從地形、風(fēng)力(fngl)和洋流中預(yù)測(cè)阿拉斯加七月(q yu)氣溫第12頁(yè)/共32頁(yè)第十三頁(yè)，共32頁(yè)。Warming leads to thawing of permafrost (thermokarst) in Alaska氣候(qhu)變暖會(huì)導(dǎo)致永久凍土融化(熱巖溶)在阿拉斯加 第13頁(yè)/共32頁(yè)第十四頁(yè)，共32頁(yè)。Uneven heating of Earths surface causes atmospheric circulation60% of heat transport is carried 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地球表面的不均勻加熱(ji r)會(huì)導(dǎo)致大氣環(huán)流60%的熱傳輸是通過大氣(dq)中的暴風(fēng)，沿壓力梯度移動(dòng)40%是由洋流(yngli)（輸送帶）攜帶的表面(溫暖)洋流流向兩極 深海(冷)洋流朝赤道方向移動(dòng) 大氣太陽(yáng)光地軸第14頁(yè)/共32頁(yè)第十五頁(yè)，共32頁(yè)。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)從赤道向兩極移動(dòng)40%的“多余熱量”由深海(shn hi)水體流動(dòng)所驅(qū)動(dòng)深海構(gòu)造發(fā)生在格陵蘭島( ln ln do)和南極附近 溫暖的淺層海流寒冷的含鹽深層海流第15頁(yè)/共32頁(yè)第十六頁(yè)，共32頁(yè)。地形(dxng)對(duì)氣候的影響陸-水相互作用季風(fēng)(jfng)海陸風(fēng)山脈(shnmi)影響 雨影 坡向的影響空氣流泄（反向）第16頁(yè)/共32頁(yè)第十七頁(yè)，共32頁(yè)。Vegetation effects on climate植被(zhbi)對(duì)氣候的影響 森林(snln)森林(snln)森林草地草地草地蒸散 /土壤水分蒸發(fā)蒸騰損失總量 表面溫度 /地表溫度 降水 第17頁(yè)/共32頁(yè)第十八頁(yè)，共32頁(yè)。Changes in solar orbit causes long-term variations in solar input to Earth太陽(yáng)軌道的變化會(huì)導(dǎo)致輸入(shr)地球太陽(yáng)能的長(zhǎng)期變化偏心率(xn l)/離心率(xn l)歲差(such)傾斜角時(shí)間（數(shù)千年前 ）度六月時(shí)的日地距離百分比第18頁(yè)/共32頁(yè)第十九頁(yè)，共32頁(yè)。Climate effects on vegetation氣候?qū)χ脖?zhbi)的影響 花粉(hufn)豐度第19頁(yè)/共32頁(yè)第二十頁(yè)，共32頁(yè)。Earths climate is now warmer 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)現(xiàn)在地球的氣候比過去(guq)1000年的任何時(shí)候都溫暖輸入太陽(yáng)能增加(zngji)(小幅度變暖影響)2. 硫酸鹽氣溶膠反射輻射增加(小f幅度降溫影響) 3. 溫室(wnsh)氣體濃度增加(大幅度增溫影響)土地覆蓋變化造成了更暗的表面(大幅度增暖影響)溫度異常第20頁(yè)/共32頁(yè)第二十一頁(yè)，共32頁(yè)。Most major greenhouse gases are increasing in atmospheric concentrations最主要(zhyo)的溫室氣體在大氣中的濃度增加 濃度(nngd)第21頁(yè)/共32頁(yè)第二十二頁(yè)，共32頁(yè)。在高緯度地區(qū)(dq)，氣候變暖最快這種氣候變暖在西伯利亞和美國(guó)(mi u)北部最為明顯第22頁(yè)/共32頁(yè)第二十三頁(yè)，共32頁(yè)。How can the atmosphere warm? 1. More solar radiationvariation in Earths orbit 2. Less reflected shortwaveless sulfate aerosolsdarker surface of Earth (land-cover change) 3. More absorbed longwave more “greenhouse gases”大氣(dq)如何變暖？1.更多的太陽(yáng)輻射(ti yn f sh)地球軌道(gudo)變化2.短波反射較少硫酸鹽氣溶膠較少地球表面較暗（土地覆被變化）3.吸收的長(zhǎng)波更多更多的“溫室氣體”空間入射太陽(yáng)輻射短波射出輻射長(zhǎng)波對(duì)流由H2O、CO2、O3所造成的輻射云層輻射/發(fā)射云層、CO2、O3的凈吸收對(duì)流混合凈長(zhǎng)波二次輻射由大氣造成的后向散射由云層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與云輻射吸收與云輻射直接直接太陽(yáng)太陽(yáng)輻射輻射的吸的吸收收云的吸收地表大氣H2O、塵埃、O3的吸收感熱通量/顯熱通量潛熱通量第23頁(yè)/共32頁(yè)第二十四頁(yè)，共32頁(yè)。Interannual climate variation ENSO eventsTeleconnections carry theseclimate effects throughoutthe globe (e.g., El Nio creates warm winters in AK and Calif)氣候(qhu)年際變化厄爾尼諾事件(shjin)(大氣)遙相關(guān)攜帶這些氣候影響遍及(bin j)全球(例如，厄爾尼諾導(dǎo)致阿拉斯加和加利福尼亞的暖冬)正常情況厄爾尼諾事件高空西風(fēng)東來(lái)信風(fēng)中高壓/溫和的高壓斜溫層/溫躍層 斜溫層/溫躍層 上涌冷海水上涌暖海水第24頁(yè)/共32頁(yè)第二十五頁(yè)，共32頁(yè)。The Pacific Ocean strongly influences the climate system becauseIt is the largest ocean basinNormal ocean current and wind direction in central Pacific is easterly緯度(wid)經(jīng)度(jngd)北大西洋漂流(pio li)墨西哥灣流 本格拉海流洪堡海流，即秘魯寒流 西風(fēng)漂流北太平洋漂流 黑潮暖流太平洋可以強(qiáng)烈影響氣候系統(tǒng)，因?yàn)樗亲畲蟮暮Ｑ笈璧?在太平洋中部正常的洋流和風(fēng)向是向東第25頁(yè)/共32頁(yè)第二十六頁(yè)，共32頁(yè)。Seasonal variation in climate results from tilt in Earths axis Changes sun angle and day length氣候的季節(jié)性變化結(jié)果來(lái)自(li z)地軸傾斜 太陽(yáng)高度角和白晝長(zhǎng)度(chngd)的變化九月一月(y yu)三月七月第26頁(yè)/共32頁(yè)第二十七頁(yè)，共32頁(yè)。年平均氣溫 攝氏溫度 阿特拉斯( t l s)的生物圈 第27頁(yè)/共32頁(yè)第二十八頁(yè)，共32頁(yè)。阿特拉斯( t l s)的生物圈 年總降水量 年降水量在厘米(l m) 第28頁(yè)/共32頁(yè)第二十九頁(yè)，共32頁(yè)。阿特拉斯( t l s)的生物圈 凈初級(jí)(chj)生產(chǎn)力 凈初級(jí)(chj)生產(chǎn)力(kg/m2/year)第29頁(yè)/共32頁(yè)第三十頁(yè)，共32頁(yè)。Climate gives rise to predictable types of ecosystems氣候產(chǎn)生可預(yù)測(cè)類型(lixng)的生態(tài)系統(tǒng) 大氣(dq)溫度降水(jingshu)沙漠熱帶稀樹草原 林地或草地?zé)釒Ъ居炅?熱帶雨林溫帶森林溫帶濕潤(rùn)森林北方針葉林苔原第30頁(yè)/共32頁(yè)第三十一頁(yè)，共32頁(yè)。Ecosystem distribution of ecosystems is predictable from global patterns of wind and ocean circulation從全球風(fēng)能和海洋環(huán)流模式(msh)，生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)分布是可以預(yù)測(cè)的溫度(wnd) 冰苔原(ti yun)北方針葉林溫帶森林溫帶草原降水地中海灌木林沙漠和干旱灌叢帶 熱帶和亞熱帶森林稀樹草原1月7月12月雅庫(kù)茨克 巴羅金博爾第31頁(yè)/共32頁(yè)第三十二頁(yè)，共32頁(yè)。