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  地球上某一地区多年的天气和大气活动的综合状况。它不仅包括各种气候要素的多年平均值,而且包括其极值、变差和频率等。任何气候都与一定的地区相联系,不同地区的气候存在差异。气候又随时间变化,不同年份、世纪的气候值都不相同。按世界气象组织 (WMO)规定,目前以1951~1980年的气候值为通用值。

  气候一词的古希腊文为 ,原意为"倾斜”,指太阳光射至各地的倾斜程度不同,造成各地冷暖差异。中国古代气候一词意指时节。战国时期《黄帝内经•素问》载有:“五日谓之候,三候谓之气,六气谓之时,四时谓之岁。”

目录

气候形成因子

  气候的基本特征是由太阳辐射、下垫面性质、大气环流和人类活动等因子长期相互作用而形成的。

太阳辐射

  地球上的热量以及产生大气运动和洋流等的能量来自太阳辐射。太阳辐射强度随纬度和季节而变化,在一天内随日出至日没的昼长而变化。到达大气上界的太阳辐射主要是短波辐射,光谱的99%在波长0.15~4.0微米之间。地面和大气辐射是长波辐射,主要在波长3~120微米之间。大气中的氧、臭氧、水汽和云吸收某些波长的太阳辐射,水汽、云和二氧化碳吸收地面辐射。大气吸收这些辐射而变暖。大气辐射朝各个方向,其中有一部分回到地面。辐射平衡使近地面空气的平均温度保持在一定水平上。飘浮在大气中的云、尘埃和其他微粒吸收反射和散射的太阳辐射。因此,云量的变化及其分布、火山爆发后的尘埃、工业污染的烟尘等物都可能使气候变化,甚至较长期的变化。另外,太阳活动、日地距离变化和地轴的摆动等也影响太阳辐射的强弱。

下垫面性质

  地球表面的71%为海洋,其余为陆地。海洋和陆地的差异,对气候产生显著的影响。水的比热大于任何其他普通物质,一定的辐射热量使水面升温最少。太阳辐射可透射到水的一定深度,当太阳光线直接投射到水面时,在水体10米深处的太阳辐射量相当于水面表面太阳辐射量的18%;而在陆地,太阳辐射变化只能影响到很浅的深度。干的沙和土的比热、热导率很小,热量得失和温度升降都很快。例如,撒哈拉沙漠地面的温度日变化一般都在40~50℃,而热带洋面温度日变化通常小于 1℃。海洋中向北和向南的洋流能够有效地交换高纬度和低纬度地区的热量。海洋特别是暖水面的海洋向大气提供水分,水汽凝结成云,释放潜热,大气运动把水分和热量带到高纬度地区和内陆。在暖洋流的边缘,特别是在和冷洋流相接的洋面,低层大气温度梯度很大,两侧大气增温显著不同,因而产生急流,影响天气系统的发展。

  陆地上不同的自然景观也对气候产生影响。例如,不同地面对太阳辐射反射率不同:新落雪面为85~90%;沙漠为25~30%;落叶树林为15~25%;常绿树林为7~15%;耕地(干)为10~15%;水面当太阳接近天顶时为2~5%,接近地平面时则大于80%。因反射率的差异,使气温有相应高低不同的区别。

  不同地形常常形成局地气候差异。例如,山脉迫使气流上升、冷却,水汽凝结,向风坡雨量增多,而背风坡雨量减少。又如,在山地,由于山坡和谷地增热不同,形成山谷风;海(湖)边由于水和陆增热不同,形成海(湖)鹿风(见地方性风)。在城市,由于人类活动的强烈影响,产生特殊的下垫面,形成一种特殊气候,有热岛和热岛环流现象(见城市气候)。

大气环流

  太阳辐射随纬度的分布、季节的变化,以及海陆的存在和地球自转的偏向作用,使得各地的气温、湿度、气压均不相同。空气总是由高压流向低压,力图使各地的气压、气温、湿度趋向一致,于是形成大范围的气流运行,包括经圈环流和纬圈环流、行星风系,以及形成气旋、反气旋、锋面等。其所经之处,往往产生风、晴、阴、雨、雪等各种天气现象,对气候形成起重要作用。

人类活动

  人类利用和改造自然,改变了下垫面的性质,往往自觉或不自觉地改变着气候。有些措施使气候改善,如蓄水灌溉、植树造林等;有些措施则使气候恶化,如滥垦荒地、乱砍森林等。由于人类社会工业化、城市化的发展,燃烧煤和石油,向大气释放大量热量,并使大气中二氧化碳、尘埃等增多,改变着大气的物理性质和化学成分,对地球气候产生持久的影响。多数人认为二氧化碳、尘埃等有温室效应,可使地面温度升高;少数人则认为二氧化碳和尘埃减弱太阳辐射,可使地面温度降低。

主要气候要素的分布

  各种气候要素有一定的分布规律。   

气压

  由于海陆表面热力差异和季节变化,全球气压带受到破坏而表现为随地区和季节变化的多个气压中心。这些气压中心左右着大气环流的变化,对不同地区气候的形成和变化有重要影响。海拔高度上升,气压随之下降,在离地面几公里内,每上升1公里,气压约下降100百帕。气压的分布决定风向。在北半球,高压区风按顺时针方向吹,低压区按逆时针方向吹;在南半球,情况相反。气压梯度愈陡,风力愈大。海平面最大风速可达每小时300公里,热带飓风和台风每小时可达250~280公里。

图1全球1月海平面平均气温图
图2全球7月海平面平均气温图

温度

  就全年来说,南、北纬35°以内,辐射热量的收入大于支出,以外则支出大于收入。但就全球海平面的年平均温度来说,南、北纬约55°以内为正值,纬度50°约为6℃,赤道约26℃;纬度55°~60°之间由正值过渡到负值;纬度60°以上为负值;北极约为-22℃,南极为-33℃左右。图1、图2分别为全球1月和7月的海平面平均气温分布情况。

  世界上气温的最高纪录在利比亚的阿济济亚(北纬32°30′,海拔112米),为 57.7℃;其次在美国加利福尼亚的死谷(北纬30°30′(海拔-54米),为56.7℃。最低纪录在南极洲的“东方Ⅱ”号科学站(南纬78°28′,约海拔3400米),为-88.3℃;其次在苏联西伯利亚的上扬斯克(北纬67°33′,海拔137米),为-69.8℃。中国最高纪录在新疆维吾尔自治区吐鲁番机场(海拔-80米),为49.6℃(1975年7月13日);最低纪录在黑龙江省漠河(北纬53°30′,海拔280米),为-52.3℃(1969年2月13日)。气温随海拔高度的变化,在低层大气平均为每上升100米下降0.6~0.7℃。

图3全求年平均降水量图

降水量

  全球各地年平均降水量差异很大(图3)。世界最多雨的地方在赤道带以及面向西南季风的喜马拉雅山脉的南坡。例如,印度的阿萨密(海拔1313米)1861年降雨 22990毫米。中国最多雨的地方是台湾省火烧寮(海拔380米),1912年降雨8408毫米。

气候分类

  许多学者研究了气候分类,并提出各自的分类系统,如柯本气候分类贝尔格气候分类阿利索夫气候分类索恩思韦特气候分类斯特拉勒气候分类。这些分类按方法不同大致可归为3类:成因分类、经验分类和成因与经验相结合的分类。

气候的时间变化

  气候变化的时间长度包括从几十亿年的地质时期的演变到以日为周期的昼夜变化。

日变化

  由于地球自转,白天地面因太阳辐射而获得热量,夜晚没有太阳辐射,地面损失热量。以一日为周期的气候变化,在中、低纬度是很显著的。有的地方昼夜气温相差最高可达30℃以上。例如,西藏定日1967年1月13日最高气温7.1℃,最低气温-23.5℃。

季节变化

  由于地球的公转和自转轴倾斜于公转轨道面,到达地球表面各地的太阳辐射有规律地每年周而复始变化,使各地在每年大体相同的月份表现出一定的气候特征。一年内,太阳直射在南、北回归线(23°27′)之间作季节移动,地面的辐射收支、热量分布也跟着发生变化。这种变化,远大于年与年、不同气候期(冰期除外)之间的气候变化。风带及相应的云、雨等的季节位移是不均匀、不连续的。

现代时期的变化

  有较系统的气象仪器观测资料以来(通常指19世纪下半叶以来)的气候演变称为现代气候变化,其最主要的事实是20世纪20~30年代变暖和40年代以后变冷。

历史时期的变迁

  人类文明出现后至有系统气象观测仪器资料以前的气候演变叫做历史时期气候变迁,这时期气候有多次干湿、冷暖的重期变化。(见历史气候)

地质时期的变迁

  地球形成以来的约46亿年间,气候发生过多次巨大变化,出现过多次冰期。(见古气候)

气候与生物

  任何生物都只能在一定的气候条件下生存和繁殖。冷血动物的体温随环境温度而变化,热血动物保持一定的体温,过冷过热会自行调整。有些动物因气候变化而长距离迁移,但这种迁移有一定气候范围。植物不能自行迁移,只能靠休眠等方式提高其适应气候的能力,所以分布有明显的气候界限。例如,在最暖月平均气温<10℃的地方,树木不能生长;年极端最低气温多年平均值<-10℃的地方,柑橘很难生存。

气候与人类

  由于生产力的发展,人类已经能够在一定程度上改变气候,但是气候仍然对人类的生产和生活等直接或间接地加以限制和施加影响。人的身材和肤色受气候的影响最为明显。高纬度地区,太阳辐射弱,人的肤色白;低纬度地区,太阳辐射强,人的肤色较黑。研究表明,在最暖月平均气温小于24℃,最冷月平均气温大于0℃的地方,最适于人类的生存,用于穿衣和住房的代价也最小。人类在开发利用由光照、热量(温度)、降水、风力组成的各种气候资源方面做出许多努力,这些气候资源与相应的土地、生物、水资源的地域组成,为发展人类社会的生产和改善生活条件提供了条件。

  参考书目

  张家诚、林之光著:《中国气候》,上海科学技术出版社,上海,1985。

  H.E.Landsberg,ed., World Survey of Climatology,Vol.1~15,Elsevier,New York,1985.

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