【专家谈科普之五】海陆对气候的影响

  编者按

  一个合格的科学家并不等同于一个合格的科普工作者,科普工作者应是“活的百科全书”,是在越来越宽的知识面上知道得越来越多的人。而当那些满怀热情,又能触类旁通的专家出现时,无疑会带给大众惊喜。当专家邂逅科普,会碰撞出怎样的火花?敬请关注中国气象网“专家谈科普”系列文章,同时也欢迎各位相关领域的科普专家不吝赐稿。

  张家诚,气象学家。湖南溆浦人(1927.7-)1951年毕业于清华大学气象系。1958年获苏联列宁各勒水文气象学院地理学副博士学位。历任中央气象台预报科副科长,国家气象局气象科学研究所所长,气象科学研究院副院长、研究员,中国气象学会第十九至二十一届理事。主要从事长期天气预报和气候变迁的研究。主持完成的中国历史气候普迁规律的研究,1982年获国家自然科学奖四等奖。

  海陆对气候的影响

  海洋与陆地是地球表面两种柔刚性质迥然不同物质, 它们强烈影响大气的性质,以致在地球出现两大气候类型和季风环流。

  陆地属刚性物质,透明度很小,一切宇宙影响,包括太阳辐射无法深入到内层,只能影响到深度约在1毫米内的表面薄层。因此太阳辐射在地面产生很大的温度变化,而内层几乎不受日夜与季节温度的变化的影响,使内外层因热胀冷缩的差别,产生强大拉力,是岩石爆裂,并导致土壤生成的初始原因。

  相反,海洋的柔性十分突出,海水的热容量比陆地约大一倍,所以在同样辐射变化的情况下海水比湿度适中的土壤的温度变化约小一半。更何况,海洋的太阳辐射的反射率约为5-14%,而大陆却高达10-30%,这就使得陆地接受到的太阳辐射能要远少于海洋。

  更重要的是,太阳辐射能够穿透几十米的深层海水,在10米的海水深度处,太阳辐射能仍有18%。这就是说,太阳辐射能分散在厚层海水中,所以热量分散,升温很不显著。加上海水可以流动,高温或低温的水很自然会同邻近海水交流混合,也就进一步减少了温度的升降幅度与空间差异。

  因此,大陆的热敏感性与海洋热惰性,海洋的多水与大陆的少水都恰成鲜明的对比。是导致两种气候与季风环流的出现的原因。

  大陆性气候不但比较干燥,而且冬冷夏热,温度变化剧烈。海洋性气候比较潮湿,冬夏温度变化比较缓和。因此,夏季热源在大陆,热汇在海洋,在大气低层盛行由热带海洋流向大陆的夏季风。冬季恰好反过来,热源在海洋,热汇在大陆。其结果,在大气低层盛行由高纬大陆流向低纬度海洋的冬季风。前苏科学家舒列金称季风是地球上的第二类热机与热力环流。

  所谓热机是热力差别推动的运动系统,它有三个主要组成部分,即下垫面供给大气热量的热源,从大气吸取热量的热汇,热源热汇间的流体的热力环流系统。

  第一类热机是天文因素形成的。包括太阳辐射,地球行星条件的天文参数,如日地距离,纬度间温度差别,自转与公转的速度,地轴倾斜度与纬度等多种参数,所以叫做行星气流。

  行星气流与季风气流都是热力与地球旋转所产生的偏向力相互平衡的产物。无可置疑的是,这两套环流系统互相影响,两者的波动间产生共振或互消,构成天气与季节变化的特点。

  冬季风主要是以冷空气爆发式的出现,夏季风也有台风等形式,都是受到两个环流的波动影响而发展的强烈天气现象。体现了两套环流与波动系统之间的共震影响。

  由于北半球的海陆是沿东西方向相间分布的。所以环绕地球的行风气流交替接受海洋与大陆的影响。以中纬度行星气流的西风主流冬季的情况为例。当西风穿过大洋,到达大陆西岸时逐渐吸收大洋的热量和水汽,性质变得温暖潮湿,不但带来大量雨雪,而且在空中形成暖高压。对我国冬季天气有显著影响的乌拉尔高压就是这股暖流和从大西洋进入欧洲北面北冰洋的大西洋墨西哥暖洋流带来的热量共同形成的。

  西风进入寒冷的大陆后,继续向东,不断冷却,当到达大陆的东部与沿海,已经形东岸的冬季大槽。这时大陆腹地已经积累寒冷的气团,受到行星波的影响,就会以冷空气活动与寒潮的形式爆发式地涌向东南,形成寒潮天气或一般的冷空气活动。

  在夏季,在北半球普遍增温的背景下,回归线附近的副热带高压异常发达,它的赤道一侧盛行东风,当从大洋东部返回西部时,沿途已经变得热湿,这就为大洋西南部分热带风暴的形成准备了良好的条件。所以夏季风又具有热带风暴这样的剧烈的形式。

  我国位于世界最大的太平洋与亚欧大陆间,所以季风的影响更加突出。

  例如,在我国春季升温的春季,印度是升温最敏感的地区。它的大部分国土是在北回归线以南,所以在我国的春季时,这里已是阳光直射,太阳辐射最强的季节,我国正处于西风南支的上游。印度形成的热中心常顺流而下,就能使我国很多地方温度急升,甚至有入夏的感觉。

  秋季降温最敏感的地区是亚洲的北冰洋沿岸。这里的极昼结束后,太阳很快向地平线接近,气候开始冷却,大西洋进入欧洲北面海洋的暖洋流开始发挥作用,影响乌拉尔高压形成,为冷气流南下与我国秋季的到来创造了条件。

  除海陆的差别外,地面还有山脉,植被等各种影响,其规模虽然较小,但对地方性气候特点的形成有锦上添花的作用,这里无法一一谈到。

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