气候

  气候,指一个地方多年来天气的平均状况。气候是以冷、暖、干、湿这些变量来衡量的,包括温度,湿度,气压,风力,降水量,大气粒子数及众多其他气象要素在很长时期及特定区域内的统计数据。气候通常是由某一时期的平均值和离差值的表征。  气候一词由古希腊语Klima演变而来,原意为倾向,趋势。通常定义为很长一段时间内的平均天气状况。标准平均值的时期为30年,但根据情况不同,平均值的时期也会有改变。除了平均值外,气候还包括统计数值,例如每日或每年的幅度变化。政府间气候变化专门委员会(简称IPCC)对气候的解释为:对气候比较狭隘的定义是“普遍的天气状况”,或稍严谨些解释为:从几个月到成百上千年的时间中,气候在量方面的变动所作出的统计描述。世界气象组织(简称WMO)对气候统计的周期定为30年。气温,降雨量和风力是最浅显的经常性变动。从更广阔的层面来讲,包括统计描述,气候就是气候体系的状态。  一个地方的气候是受该地的纬度、地形、海拔、冰雪覆盖情况、以及附近水体及其水流状况影响的。气候可根据不同气象要素的平均范围和特殊范围进行分类,最常采用温度和降水量。其中最普遍使用的分类系统是Koppen气候分类系统。1948年开始使用的桑斯维特费气候分类系统,在温度和降水量两个变量的基础上增加土壤水分蒸散量,该系统应用于研究动物物种多样性和气候变化的潜在影响。伯杰龙和空间天气分类系统侧重于通过气团的形成来确定某些地区的气候状况。  许多国家很早就有关于气候现象的记载。中国春秋时代用圭表测日影以确定季节,秦汉时期就有二十四节气、七十二候的完整记载。

气候分类

  最初,古希腊人把气候定义为在不同纬度地区的天气情况。而现代气候分类方法则可以广义的分为注重气候成因的遗传法,以及注重环境影响的经验法。遗传法一般依据不同气团类型的相对频率 或是 综观天气造成干扰的位置来分类。而经验法一般按区域划分气候,参考植物硬度evapotranspiration,以及蒸发散量,或是使用更常见的 Koppen 气候分类法,此法用于结合特定的生物群落来对气候进行划分。这些分类体系存在一个普遍的不足,即在它们把不同区域之间划出了明显的界限,而没有用到自然界中常见的气候渐变。

·伯杰龙与空间气候

  最普遍的方法就是用气团的概念来分类。而伯杰龙分类法是气团分类法中最广为认可的。气团分类法涉及三个字母。第一个字母描述气候潮湿的特性,用C 表示干燥的大陆气团,而用M表示潮湿的海洋气团。第二个字母描述该地区的气温特性:T 代表热带,P 代表极地, A 代表南北极, M 代表季风,E 代表赤道,S 代表高层空气(大气中由大量下行运动形成的干燥空气)。第三个字母用以标明大气的稳定性。如果气团比下面的地表冷,就标记为 K。而比地表热则标记为 W。50年代的天气预报中提及到气团的概念,气象学家们在这个基础上于1973年开始起创建了天气气候学。  空间天气分类系统(SSC)是在伯杰龙分类体系的基础上建立的体系。依照 SSC体系有六种分类:干燥极地(与大陆极地类似),干燥适中气候(与海洋高层空气类似),热带干燥(与热带大陆类似),潮湿极地(与海洋极地类似),潮湿适中(海洋极地和海洋热带的混合),还有潮湿热带(与海洋热带、海洋季风以及海洋赤道类似)。

·柯本气候分类法

  柯本气候分类法,是最被广泛被使用的气候分类法,由德国气候学家弗拉迪米尔·彼得·柯本所发展出来的气候分类法,1918年发表分类法的第一个完整版本,1936年发表最后修订版。  柯本气候分类法首先根据全球的气候分成五个主气候带(A、B、C、D、E),其中除B(干旱带)是干旱气候外其余为湿润气候,各带中又以气温和降水为基础,考虑年度与每月气温,以及降雨季节的变化,参考植被分布来确定划分出若干气候型。  柯本类型是由最常见的五种基本类型构成,分别列为A-E。确切的说,这些基本类型是A 热带;B 干旱;C 暖温带;D 凉温带;E 极地。这5种基本的分类还可以进一步细分为二级种类,比如热带雨林气候、季风气候、热带大草原气候、湿润性亚热带气候、湿润性大陆气候、海洋气候、地中海气候、西伯利亚气候、副极带气候、苔原、极地和沙漠。

气候形成因素

  气候的形成主要是由于热量的变化而引起的,因而对于气候的形成因素,主要存在以下三个方面:   

·太阳辐射因素

    太阳辐射是地面和大气热能的源泉,地面热量收支差额是影响气候形成的重要原因。对于整个地球而言,地面热量的收支差额为零,但对于不同地区,地面所接受的热量存在差异,因而会对气候的形成产生影响。同时,地面接受热量后,与大气不断进行热量交换,热量平衡过程中的各分量对于气候形成也有重要影响。   

·地理因素

    地理因素对气候形成的影响表现在地理维度、海陆分布、地形和洋流上,而地理因素对气候形成的影响归根到底还是可以归结到太阳辐射因素上。  地理纬度 由于地球是一个球体,太阳直射到地球表面可以看作是平行光线。但是由此造成的太阳高度角在不同的纬度位置是不同的,从而造成热量分配的不均衡,导致不同纬度地带的气候有变化。  海陆位置 由于海洋和大陆具有不同的热力学特性,如容积热容量、导热率等海洋与陆地显著不同,因而海洋和大陆在气候上差异很大。比较而言,大陆上的日较差和年较差比海洋大。温度的年较差是区分大陆性气候和海洋性气候的重要指标,并且,夏季大陆是热源,冬季海洋是热源,热源有利于低压系统的形成和加强,而冷源有利于高压系统的形成和加强,海陆的分布使行星风带分为若干个高低压活动中心,这些高低压活动中心对于形成世界季风气候有着直接的重要影响,例如,亚洲东部和南部有世界上最典型的季风气候就是很好的例子,此外,海陆分布的不同也影响天气的变化。  地形地势 地形地势对局部气候的形成有重要作用。例如山地气候中的阳坡效应和阴坡效应,迎风坡和背风坡效应。大致而言,地形主要是对气流产生阻挡和抬升作用。地势对气候形成的影响在于,海拔高,云层少,太阳直接辐射增强,散射辐射降低,温度降低,湿度减小。而不同的地形也对气候影响不同,高原对气候的影响十分明显。  此外,洋流对气候的影响也是因热量而成,海洋是地球表面热量的重要贮藏。 洋流影响主要表现在流经地区产生重要影响。

·下垫面因子

  下垫面因子对气候的形成有着相当重要的作用。这类因子有:洋流、地面植被、下垫面对太阳辐射的吸收和反射、折射、散射等。

·大气环流因子

  大气环流因子本身是气候的组成部分,对某地气候的形成起着直接性的影响。主要因子有:气团的平均状况、气流的平均状况等。

·人类活动因子

  人类活动因子通过对其他因子的变化对气候起作用。比如改变地面的植被、兴修水库、向大气排入各种气体等等。

气候类型

  全球的气候大致可分为以下主要类型:热带雨林气候、热带草原气候、热带季风气候、热带沙漠气候、亚热带沙漠草原气候、亚热带季风性湿润气候、亚热带地中海气候、温带海洋性气候、温带季风气候,温带大陆性气候 、寒带苔原气候、寒带冰原气候以及高山高原气候。  

·热带气候类型

  热带雨林气候 又称“赤道多雨气候”。分布在赤道两侧南北纬5°~10°之间。终年高温多雨,各月平均气温在25~28℃之热带雨林气候分布图间,年降水量可达2000毫米以上。季节分配均匀,无干旱期。主要出现在南美洲亚马孙平原,非洲刚果盆地和几内亚湾沿岸、亚洲的马来群岛大部和马来半岛南部。主要分布在南美洲亚马孙河流域,非洲刚果河流域,几内亚湾,亚洲印度半岛西南沿海,马来半岛,中南半岛西海岸,菲律宾群岛和伊里安岛,大洋州从苏门答腊岛至新几内亚岛一带。   主要是纬度因素影响:  1 .太阳辐射:太阳辐射量在100—180千卡/厘米*年范围内。使得全年高温。 太阳辐射再强烈的地区将变为沙漠。   2.大气环流:处在赤道低压带,信风在赤道附近聚集,辐合上升,所含水汽容易成云致雨。   3.海陆影响:热带雨林气候所在地都靠海或在大河流域,使其雨量充沛,并使气温差较小。地势较低,适合雨林生长。   4 .植被影响:树的蒸腾作用强,使环境更加潮湿。    热带草原气候 又称热带干湿季气候、萨瓦纳气候、热带稀树草原气候、热带疏林草原气候。大致分布在南北纬10°至南北回热带草原气候归线之间,以非洲中部、南美巴西大部、澳大利亚大陆北部和东部为典型。本类型分布区处于赤道低压带与信风带交替控制区。全年气温高,年平均气温约25°C。当赤道低压带控制时期,赤道气团盛行,降水集中;信风带控制时期,受热带大陆气团控制,干旱少雨。年降水量一般在700--1000毫米,有明显的较长干季。自然植被为热带稀数草原。  热带草原气候的特点是:受赤道低气压带控制时,形成湿季;受信风控制时,形成干季。其分布规律是在南北纬10°至南北回归线之间。对此学生会产生疑问:“赤道低气压带的移动范围是在南北纬10°以内,它是怎么控制热带草原气候的呢?”通过分析,我们可以把这种气候的成因归纳为:   一、季风型   盛夏季节,在低纬度地带(特别是在大陆上),往往在南北半球信风带插入一个赤道西风环流。它的形成,一方面是由于行星风带的季节移动;另一方面是由于大陆的加热作用,更助长了赤道低压槽移动时在大陆上被加强。   北半球夏季时(7月),南半球的东南信风向北越过赤道向右偏转,形成西南季风;南半球夏季时(1月),北半球的东北信风向南越过赤道向左偏转,形成西北季风。这一现象,在从非洲经印度洋至太平洋西部一带最为显著。  1、非洲10°N至20°N地区和北美洲南部   夏季,两地分别受到掠过暖流上空和受地形抬升作用的暖湿西南季风的控制;且由于西南季风与东北信风辐合上升,多对流雨,降水丰沛,形成湿季。冬季,受单一、干燥的东北信风控制,形成干季。   2、非洲10°S至20°S地区和澳大利亚北部   夏季,两地受到暖湿的西北季风控制,且由于西北季风与东南信风辐合上升,多对流雨,降水丰沛,形成湿季。冬季,受单一、干燥的东南信风控制,形成干季。   二、热带锋型   夏季,在广阔的热带太平洋东部,赤道西风不显著,且由于受高大的安第斯山脉的阻挡,来自太平洋的暖湿季风对南美洲的热带草原气候区的影响几乎没有。但来自陆上的西南季风和西北季风,分别与来自热带大西洋上、并掠过暖流上空的东北信风和东南信风在此辐合上升,形成热带锋,多对流雨,气候湿热。   赤道以北的圭亚那高原、奥里诺科河流域和哥伦比亚北部,6月至10月潮湿多雨;赤道以南的巴西高原内部,10月至次年3月,降水丰富,形成湿季。冬季,两地分别受单一的东北信风和东南信风控制,干燥少雨,形成干季。  三、副高型   1、南非高原南部(20°S至30°S)   1月的南半球是夏季,大陆内部形成范围广大的热低压,暖湿的、掠过暖流上空的东南信风吹向大陆,为南非高原带来较多的降水,形成湿季。   7月的南半球是冬季,且南非高原的平均海拔在1000米以上,由于地势高,气温更低,大陆南部形成高压,并与东部的海上高压连在一起。由于受副热带高气压带控制,盛行下沉气流。加之陆上高压的存在,来自海洋上的信风影响程度减小,形成干季。   2、澳大利亚南部(30°S至32°S)   由于全球气压带、风带的季节移动,夏季(1月),该地受南移的副高控制,盛行下沉气流,干燥少雨,形成干季;冬季(7月),受到北移的湿润西风控制,形成湿季。   四、垂直地带性类型   东非高原上的赤道附近地区   本地区海拔达3000米以上,由于地势高,改变了这里的气温和降水状况,气候暖和,不能形成热带雨林气候。夏季,受来自印度洋上的、掠过暖流上空的暖湿东南信风的影响,降水比较多,形成湿季。冬季,受单一、干燥的信风控制,降水少,且地面蒸发旺盛,形成干季。   五、背风坡型   澳大利亚大分水岭西部和马达加斯加岛西部   两地由于地处东南信风的背风坡,且受副高控制,降水量较少,但干湿季明显,形成热带草原气候。   综上所述,夏季时,南北纬10°至南北回归线之间的热带草原气候区,在一定程度上都受到赤道辐合带的影响,该带的位置一般也就是赤道低气压带的位置,因此,也可以说是受赤道低气压带的控制。     热带沙漠气候 主要分布在南北回归线经过的内陆地区以及大陆的西岸地区,以非洲北部的撒哈拉沙漠地区最为广大。  1.降水量少而变率大:北非撒哈拉沙漠中的亚斯文曾有连续多年无雨的记录;而在南美智利北部沙漠的阿里卡,有连续十七热带沙漠气候年中仅下过三次可量出雨量的阵雨,而三次总量仅0.51厘米,降水量极少。同样位于智利北部沙漠的伊基圭曾连续四年无雨,但第五年的一次阵雨就降了15厘米,在另一年的一次阵雨记录竟达63.5厘米,可见变率之大。热带沙漠的降雨多为暴发性的阵雨,往往引起剧烈的水土流失。   2.气温高、温差大:由于云量少,日照强,又缺乏植被覆盖,空气湿度小,因此白天气温上升极快。在北非曾有高达58℃的记录,一般夏天的月均温大都在30℃~35℃之间,而且高温的时间很长,如阿拉伯半岛的亚丁,一年有五个月的月均温在30℃之上。沙漠的夜间较凉,因为整夜无云,地面辐射强,散热快,夜间最低温度一般在7℃~12℃之间,也有出现薄霜的日子。年温差一般在10℃~20℃左右,而日温差更大,在15℃~30℃之间。在北非的黎波里以南的一个气象测站,于1978年12月25日曾有白天最热达37.2℃,而晚上降至最低温-0.6℃的记录,日温差达37.8℃,真是可用“朝穿皮袄午穿纱”来形容。   3.蒸发强、相对湿度小:热带沙漠气候因为经常无云、风大、日照强、气温高、相对湿度小,因此蒸发力非常旺盛。可能蒸发散量约为降水量的二十倍以上,甚至达百倍。空气中的相对湿度很小,在埃及撒哈拉沙漠常出现2%左右的相对湿度。    热带季风气候 仅分部在亚洲南部,南半球没有热带季风气候。  特点:全年高温、分旱雨两季、雨季多雨。  成因:夏季风,是气压带和风带的季节移动形成的——南半球的东南信风越过赤道进入北半球,在地转偏向力的作用下向右热带季风气候偏转成为西南季风。所以,热带季风气候受西南季风与东北信风交替控制。  冬季,主要由海陆热力差异的原因形成。  热带季风气候最冷月的均温值>15℃。年降水量在1500~2000mm之间。季节分配为夏雨型。

·亚热带气候类型

  亚热带地中海气候 亚热带、温带的一种气候类型。因地中海沿岸地区最典型而得名。地中海气候分布在地中海沿海最为典型的原因是地中海气候的成因是由西风带与副热带高气压带交替控制形成的,在地中海地区,夏季受副热带高气压带控制,地中海水温相比陆地低从而形成高压,加大了副热带高气压带的影响势力,冬季地中海的水温又相对较高,形成低压,吸引西风,又使西风的势力大大加强.亚热带地中海气候分布于南、北纬30~40°间的大陆西岸。分布还具有广泛性,是唯一的除南极洲以外,世界各大洲都有的气候类型。  气候特点:夏季炎热干燥,高温少雨,冬季温和湿润。冬季气温5~10℃,夏季21~27℃。年降水量约350~900毫米,集中于冬季,夏半年降水量只占全年降水的20~40%,最大月降水量是最小月降水量的3倍以上。  成因:夏季,在副热带高压控制下,气流下沉,干旱少雨。冬季,副热带高压移向低纬,本气候区西风带气旋活动频繁,降水丰富,同时因西风从冬季较温暖的海洋(海陆热力性质差异)上吹来,气候温和湿润。    亚热带季风性和季风性湿润气候 亚热带季风性湿润气候分布在南北纬25°~35°大陆东岸,是热带海洋气团和极地大陆气团交替控制和互相角逐交绥的地带。其1月平均温普遍在0℃以上,7月平均温一般为25℃左右,冬夏风向有明显变化,年降水量一般在1000毫米以上,主要集中在夏季。这类气候在东亚称为亚热带季风气候,其它地区由于降水较多,被称为亚热带季风性湿润气候。    亚热带草原和沙漠气候 亚热带草原和沙漠气候主要分布在南, 北, 纬25°~35°的大陆西部和内陆地区, 其基本特点与热带沙漠气候相似, 也是全年干旱少雨, 夏季高温炎热, 但因纬度稍高, 冬季气温比热带沙漠气候低.

·温带气候类型

  温带季风气候 出现在北纬35°~55°左右的亚欧大陆东岸,包括我国华北和东北、朝鲜的大部、日本的北部以及俄罗斯远东地区的一部分。冬季这里受来自高纬内陆偏北风的影响,盛行极地大陆气团,寒冷干燥;夏季受极地海洋气团或变性热带海洋气团影响,盛行东和东南风,暖热多雨,雨热同季。年降水量1,000毫米左右,约有三分之二集中于夏季(夏季炎热多雨,冬季寒冷干燥)。全年四季分明,天气多变,随着纬度的增高,冬、夏气温变幅相应增大,而降水逐渐减少。    温带大陆性气候 主要分布在南、北纬40°~60°的亚欧大陆和北美大陆内陆地区和南美南部。由于远离海洋,湿润气候难以到达,因而干燥少雨,气候呈极端大陆性,气温年、月较差为各气候类型之最。而且,越趋向大陆中心,就越干旱,气温的年、日较差也越大,植被也由森林过渡到草原、荒漠。  温带大陆性气候位于北纬40°至60--65°之间的内陆与大陆东岸。冬季在大陆性气候控制下,最冷月的平均气温,南部为0℃以下,北部接近-40℃。最热月的平均气温,南部26--27℃,北部接近20℃。生长季南部约200天,北部仅50-70天。属于这一气候区的有:中国东北、西伯利亚大部分、阿拉斯加与加拿大大部分以及美国五大湖附近。  广义的温带大陆性气候包括温带沙漠气候、温带草原气候及亚寒带针叶林气候。狭义的概念将湿润的后者除外。冬季严寒,受高压控制,最低温达-73℃;夏季南部7月平均气温达26~27℃,最高达33℃,北部接近20℃。最大年较差达62.3℃。终年受大陆气团控制,降水从南向北(北美从西向东)增加,年降水量从200mm以下到400mm左右,北部达300~600mm。自然植被由南向北从温带荒漠、温带草原,过渡到亚寒带针叶林。    温带海洋性气候 分布于大陆西岸,南、北纬40°~60°地区。终年处在西风带,深受海洋气团影响,沿岸又有暖流经过,冬无严寒,夏无酷暑,最冷月平均气温在0℃以上,最热月在22℃以下,气温年、日较差都小。全年都有降水,秋冬较多,年降水量在1000毫米以上,在山地迎风坡可达2,000~3,000毫米以上。这种气候在西欧最为典型,分布面积最大,在美洲大陆西岸相应的纬度地带以及大洋洲的塔斯马尼亚岛和新西兰等地也有分布。

·寒带气候类型

  寒带苔原气候 分布在北美大陆和亚欧大陆的北部边缘(南以最热月10℃等温线与亚寒带大陆性气候相接)、格陵兰岛沿海的一部分及北冰洋中的若干岛屿;在南半球则分布在马尔维纳斯群岛、南设得兰群岛和南奥克尼群岛等地。其特征是:全年皆冬,一年中只有1~4个月月平均气温在0°~10℃之间,冬季酷寒而漫长;年降水量约200~300毫米,以雪为主;地面有永冻层,只有地衣、苔藓等低等植物。    寒带冰原气候 分布在极地及其附近地区,包括格陵兰、北冰洋的若干岛屿和南极大陆的冰原高原。这里是冰洋气团和南极气团的发源地,整个冬季处于永夜状态,夏半年虽是永昼,但阳光斜射,所得热量微弱,因而气候全年严寒,各月温度都在0℃以下;南极大陆的年平均气温为-25℃,是世界上最寒冷的大陆, 1967年挪威人曾测得-94.5℃的绝对最低气温,可堪称为世界“寒极”。地面多被巨厚冰雪覆盖,又多凛冽风暴,植物难以生长。

·高山高原气候

  高山高原气候分布在各大洲的高山高原地区,主要有青藏高原及其周围山地(喀喇昆仑山、喜马拉雅山、横断山脉等),帕米尔高原及其周围地区和欧洲阿尔卑斯山,南美安第斯山,东非乞力马扎罗山地区等。气温随高度的增加而下降,垂直变化显著。自下而上有热带、亚热带、温带、亚寒带和永久积雪带,反映出完整的气候带谱。

气候与天气

  天气是指相对快速的冷热改变或是暂时的冷热条件。气候则是指一般情况下具有的天气状况或长期存在的主要天气状况。区分清楚二者的不同是十分重要的,因为它们对人类行为的影响是不一样的。其次,在研究天气对人的影响时,控制一些文化和社会因素要比研究气候对人的影响时更难以控制。  有一句很著名的话总结出了气候和天气的不同之处:“你预测的是气候,而经历的是天气。”在漫长的历史时期中,有许多左右气候变化的持续性因素,包括緯度,海拔,陆地与河川的比例以及海洋和山川的临近度。像板块结构及上述的这些变化需要上百万年的变动时间。其他气候决定因素更为明显,例如,由于海洋热盐环流,北部大西洋比其他海洋盆地的温度要高5℃ (9℉)。其他海洋气流将陆地和大海之间的热气重新送到更多的区域。植被覆盖的密度和类型影响太阳吸热,保水性以及降雨量在该地区的标准。大气温室气体数量的改变决定了地球上太阳能的数量,从而导致全球变暖或变冷。决定气候变化的因素多且复杂,为数众多的变量及其复杂的相互作用决定了气候的变化,但是普遍认为气候变化的大体情况是可以了解的,至少就过去的气候变化的决定性因素而言是如此。

中国历史时代的气候变化

  从第四纪更新世晚期,距今约1.1万年前后开始,地球从第四纪冰期中的最近一次亚冰期,进入到现代的亚间冰期,人们也称之为冰后期。这一段时间大体上相当于人类进入到有文字记载的历史时代。关于这时期的气候,挪威的冰川学家曾做出近10000年来的雪线升降图,说明雪线升降幅度并不小,表明冰后期以来,气候有明显的变化。我国有悠久的历史记载,竺可桢将这些记载加以整理分析,发现中国5000多年来的气候有4次温暖期和4次寒冷期交替出现。     在公元前3000年-公元前1000年左右,即从仰韶文化时代到安阳殷墟时代,是第一个温暖期,这个时期大部分时间的年平均温度比现在高2℃左右,最冷月温度约比现在高3℃-5℃。     从公元前1000年左右到公元前850年(周代初期),有一个短暂的寒冷期,年平均气温在0℃以下。     从公元前770年到公元初年,即秦汉时代,又进入到一个新的温暖时期。     从公元初年到公元600年,即东汉、三国到六朝时代,进入第二个寒冷时期。     从公元600年到1000年,即隋唐时代,是第三个温暖期。     从公元1000到1200年,即南宋时代是第三个寒冷期,温度比现代要低l℃左右。     从公元1200到1300年,即宋末元初,是第四个温暖期,但是这次不如隋唐时那样温暖,表现在大象生存的北限,逐渐由淮河流域移到长江流域以南,如浙江、广东、云南等地。     在公元1300年以后,即明、清时代以来,是第四个寒冷期,温度比现代要低1-2℃。     近5000年来,虽然是寒冷期与温暖期交替出现,但是总的趋势是由温暖向寒冷变化,寒冷期一次比一次长,一次比一次冷。在第二次寒期,只有淮河在公元225年有封冻。而在第四个寒冷期的1670年,长江几乎都封冻了。