云对海气相互作用影响ppt课件.ppt

第六讲第六讲 云对海气相互作用的影响云对海气相互作用的影响 宇如聪、周天军宇如聪、周天军大洋环流和海气相互作用数值模拟 web.lasg.ac/staff/ztj/index_c.htmIncoming Sunlight Emitted Infrared Radiation =GLOBAL WARMING BASICS: “Radiative Energy Balance〞〞 (= const. Temp.)=> Greenhouse gases affect Infrared Radiation Global average input = output =≈235 Watts per square meter 年均地球系统能量平衡年均地球系统能量平衡(IPCC AR4)云云- -地球各圈地球各圈层相互作用的相互作用的桥梁梁云、水汽云、水汽降水降水冰、雪水冰、雪水地表径流地表径流蒸发蒸发蒸散作用蒸散作用海水海水地下水地下水水床水床淡水淡水土壤水土壤水浸透浸透过滤过滤岩床岩床水循环和能量循环水循环和能量循环气圈气圈水圈水圈冰雪圈冰雪圈岩石圈岩石圈生物圈生物圈9oF7oF3oFProjections of Climate ChangeProjections of Climate ChangeIPCC AR4(IPCC AR4)海气耦合方式模拟的全球和中国区域平均温度的变化海气耦合方式模拟的全球和中国区域平均温度的变化全球全球中国Zhou and Yu (2019)•云辐射及其相关反响过程不同，令云辐射及其相关反响过程不同，令气候方式对温室气体强迫的敏感性气候方式对温室气体强迫的敏感性不同，导致方式间的差别。

不同，导致方式间的差别•云辐射过程是目前气候方式不确定云辐射过程是目前气候方式不确定性最大的部分性最大的部分•云辐射过程是目前的国际研讨热点云辐射过程是目前的国际研讨热点和难点u云的构成和分类云的构成和分类u云对气候系统的调理作用云对气候系统的调理作用u云对海气相互作用的影响云对海气相互作用的影响u本讲总结本讲总结内容提要内容提要根本概念根本概念•辐射强度辐射强度辐射强度辐射强度• 点辐射源在单位时间内、沿给定方向单位立体角点辐射源在单位时间内、沿给定方向单位立体角点辐射源在单位时间内、沿给定方向单位立体角点辐射源在单位时间内、沿给定方向单位立体角内辐射出的能量它是一个表示辐射源在一定方向内辐射出的能量它是一个表示辐射源在一定方向内辐射出的能量它是一个表示辐射源在一定方向内辐射出的能量它是一个表示辐射源在一定方向范围内发出的辐射强弱的物理量范围内发出的辐射强弱的物理量范围内发出的辐射强弱的物理量范围内发出的辐射强弱的物理量•光学厚度〔光学厚度〔光学厚度〔光学厚度〔Optical thickness, optical depthOptical thickness, optical depth〕〕〕〕• 辐射在介质中传播时，途径上两点间的光学厚度，辐射在介质中传播时，途径上两点间的光学厚度，辐射在介质中传播时，途径上两点间的光学厚度，辐射在介质中传播时，途径上两点间的光学厚度，等于沿两点途径的单位截面上一切吸收和散射物质等于沿两点途径的单位截面上一切吸收和散射物质等于沿两点途径的单位截面上一切吸收和散射物质等于沿两点途径的单位截面上一切吸收和散射物质产生的总衰减。

它是无量纲数产生的总衰减它是无量纲数产生的总衰减它是无量纲数产生的总衰减它是无量纲数•比尔定律比尔定律比尔定律比尔定律根本概念根本概念•反照率反照率(albedo)• 被物体外表反射的辐射通量与射向该面的被物体外表反射的辐射通量与射向该面的辐射通量之比辐射通量之比•为无量刚量，以百分数表示地球外表的反为无量刚量，以百分数表示地球外表的反照率是指地球外表对太阳辐射的反射才干照率是指地球外表对太阳辐射的反射才干•地气系统的反照率是地面、云和各种大气成地气系统的反照率是地面、云和各种大气成分对太阳辐射反射才干的综合反照率是确分对太阳辐射反射才干的综合反照率是确定行星辐射收支的重要参数定行星辐射收支的重要参数云的根本构成过程云的根本构成过程 构成云的根本条件是空气构成云的根本条件是空气( (上升冷却上升冷却) )得到饱和凝结云滴继续上升碰并将增大得到饱和凝结云滴继续上升碰并将增大构成水滴由于水滴太重无法漂浮在空气构成水滴由于水滴太重无法漂浮在空气中，将从空中降落构成雨或雪〔取决于温中，将从空中降落构成雨或雪〔取决于温度〕云就是水，小的液态水滴或冰粒云就是水，小的液态水滴或冰粒天气变化的主角：雾、雪、云、雨天气变化的主角：雾、雪、云、雨主导着地球水循环、能量循环、海陆气相互作用主导着地球水循环、能量循环、海陆气相互作用重要的反响过程重要的反响过程各种尺度复杂变化决议了其不易确定性各种尺度复杂变化决议了其不易确定性大气中的水汽主宰大气中的水汽主宰着世界的风云变换着世界的风云变换多彩自然的发明者自然灾祸的制造者多姿多彩的云多姿多彩的云云的分类云的分类云的根本分类云的根本分类根据云的辐射特性分类根据云的辐射特性分类长江流域的云构成过程长江流域的云构成过程云的根本分类云的根本分类平坦连续平坦连续平坦连续平坦连续膨胀突起膨胀突起膨胀突起膨胀突起低低Stratus Stratus 层云层云层云层云CumulusCumulus积云积云积云积云中中Alto Alto stratusstratus高高高高Alto Alto cumuluscumulus高高CirroCirrostratusstratus卷卷卷卷CirroCirrocumuluscumulus深厚深厚NimboNimbostratusstratus 雨雨层云层云CumuloCumulonimbus nimbus 积积积积雨云雨云雨云雨云( (按外形和云高分按外形和云高分类) )cirruscirrus积云个体明显，底部较平，顶部凸起，云块之间多不相个体明显，底部较平，顶部凸起，云块之间多不相连，云体受光部分洁白光亮，云底较暗。

连，云体受光部分洁白光亮，云底较暗 积云通常是由于地表或低层空气受热后积云通常是由于地表或低层空气受热后剧烈快速的垂直上升呵斥的剧烈快速的垂直上升呵斥的积雨云云浓而厚，云体庞大如挺拔的山岳，顶云浓而厚，云体庞大如挺拔的山岳，顶部开场冻结，轮廓模糊，有纤维构造，部开场冻结，轮廓模糊，有纤维构造，底部非常阴暗，常有雨幡及碎雨云底部非常阴暗，常有雨幡及碎雨云 深沉的湿空气深沉的湿空气不稳定抬升不稳定抬升层 云 云体均勾成层，呈灰色，似雾，但不与地接，常覆云体均勾成层，呈灰色，似雾，但不与地接，常覆盖山腰 由层云分裂或浓雾抬升而构成的支离破碎由层云分裂或浓雾抬升而构成的支离破碎的层云小片的层云小片 称为碎层云称为碎层云 层云构成于稳定层结的空气中，空层云构成于稳定层结的空气中，空气中没有剧烈的对流混合，云体与气中没有剧烈的对流混合，云体与其上下空气的质量交换很弱其上下空气的质量交换很弱雨层云云体均匀成层，布满全天，完全遮盖日、云体均匀成层，布满全天，完全遮盖日、月，呈暗灰色，云底常伴有碎雨云，降延月，呈暗灰色，云底常伴有碎雨云，降延续性雨雪续性雨雪 雨层云构成于暖湿空气大范围雨层云构成于暖湿空气大范围的缓慢抬升，比如锋面抬升和的缓慢抬升，比如锋面抬升和大尺度的〔辐合辐散〕动力强大尺度的〔辐合辐散〕动力强迫。

迫卷云云体具有纤维状构造，常成白色，无阴影，云体具有纤维状构造，常成白色，无阴影，有毛丝般的光泽，多成丝条状、片状、羽毛有毛丝般的光泽，多成丝条状、片状、羽毛状、钩状、团状等卷云由冰晶组成状、钩状、团状等卷云由冰晶组成 卷云普通出如今比较枯燥的天气条件下卷云普通出如今比较枯燥的天气条件下Causes of Relief CloudRising Air: Cloud and RainRising Air: Cloud and RainCloud Shadow地形云的构成地形云的构成雨层云层云云卷云卷云暖锋面云系暖锋面云系冷锋面云系冷锋面云系积雨云雨云 —spring ----summer ----autumn —winter层积云层积云积云积云积雨云积雨云除东北、西部外除东北、西部外107个站点的平均个站点的平均积状云和层状云量的日变化积状云和层状云量的日变化根据云的辐射特性分类根据云的辐射特性分类云的反照率云的反照率 云顶温度云顶温度 根据云对辐射的影响，根据云对辐射的影响，按云顶高度把云分为高、中、按云顶高度把云分为高、中、低云，再按云对太阳辐射的低云，再按云对太阳辐射的反照率对云分类。

反照率对云分类The International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP) provides basic information on the cloud parameters to coordinate research on techniques for inferring the physical properties of clouds and cloud radiative interactions.光学厚度光学厚度<3.6<3.6光学厚度光学厚度3.6-233.6-23光学厚度光学厚度>23>23云顶气压云顶气压<440hPa<440hPa卷云卷云卷层云卷层云深对流云深对流云云顶气压云顶气压680hPa-680hPa-440hPa440hPa高积云高积云高层云高层云雨层云雨层云云顶气压云顶气压>680hPa>680hPa积云积云层积云层积云层云层云根据云的辐射特性分类根据云的辐射特性分类总云量的气候分布总云量的气候分布高高云云量量低低云云量量雨层云和高层云的气候分布雨层云和高层云的气候分布高层云高层云+ +雨层云雨层云高原下游中层云的构成过程高原下游中层云的构成过程Averaged Mid-Cloud Cover in Feb.2月平均月平均700hPa风场风场 2月平均沿月平均沿30°N云云顶气气压随随经度的度的变化化2月平均沿月平均沿30°N云的垂直分布云的垂直分布ISCCP小结：云的分类小结：云的分类u按云的外形和云高分类按云的外形和云高分类u 平平坦坦延延续续分分布布的的云云通通常常称称为为层层云云。

云云顶顶膨膨胀胀突突起起的的云云通通常常称称为为积积云云根根据据云云的的高高度度由由低低到到高高，，层层云云又又分分为为层层云云、、高高层层云云和和卷卷层层云云，，积积云云又又分分为为淡淡积积云云、、中中积积云云和和卷卷积积云云深深沉沉的的层层云云和和积积云云分分别别被被称称为为雨雨层云和积雨云，是常伴有降水的云层云和积雨云，是常伴有降水的云u根据云对辐射的影响根据云对辐射的影响u按按云云顶顶高高度度把把云云分分为为高高、、中中、、低低云云，，再再按按云云对对太太阳辐射的反照率对云分类阳辐射的反照率对云分类 小结：典型云区小结：典型云区u西太平洋暖池区的对流云和高云西太平洋暖池区的对流云和高云u5 5个冷洋面上的低层云：个冷洋面上的低层云：u 美国西海岸美国西海岸, , 南美西海岸南美西海岸, ,南非西南非西海岸海岸, ,北非和欧洲西海岸北非和欧洲西海岸, ,澳大利亚西澳大利亚西海岸海岸u长江流域的中层云长江流域的中层云。