气候系统的定义
的气候系统(%)是大气的总和，{si\水圈(Jf)，冰冻圈(#)，岩石圈{<£)和生物圈(J1)相互作用和交换能量和物质，也就是说，大气是指地球的气体壳;通过的水圈-世界海洋，包括所有边缘海和内海;通过冰冻圈——大陆冰原、海冰和陆地积雪;岩石圈是指活跃的陆地层及其上的一切，包括湖泊、河流和地下水;最后，生物圈指的是土地和海洋植物还有生物，包括人类。
气候系统每个子系统的状态由有限个决定参数xu x2，…, x”。描述一个或另一个子系统状态的所有其他变量都是这些参数的函数。就像在热力学中一样，决定参数可以分为与相关子系统的大小和质量成正比的粗放型参数和不依赖于大小和质量的密集型参数。前者与体积、内能、焓和熵有关;后者与温度、压力和浓度有关。内部决定参数和外部决定参数的区别如下:内部参数决定系统状态，外部参数决定环境状态。将参数分为内部和外部是有条件的，因为它取决于所研究过程的时间尺度。因此，在103年或更短的时间尺度内，大陆冰原的面积和体积可以通过外部参数确定;对于较长的时间尺度，这些可以通过气候系统的内部参数来确定。分别地，在第一种情况下，大陆冰原代表环境的一部分，在第二种情况下，它们代表气候系统的组成部分。
一般来说，一个子系统或另一个子系统是否属于环境系统或气候系统，是由所研究过程的时间尺度(子系统状态因其参数变化而变化)与子系统松弛时间的比值决定的。如果这个比值很小，则该子系统被定义为属于环境;否则，它被定义为属于气候系统。
为了说明上述问题，我们考虑了恒定外力作用下海洋-大气系统响应问题的最简单公式。根据Dickinson(1981)，由热流入扰动(5Q)造成的大气(ST.d)、海洋上层混合层(STm)和深层(STd)的温度扰动可以用以下方程描述:
式(1.1.1)-(1.1.3)描述了热量预算在大气中，在海洋的上层混合层(UML)和深层(DL)，以及它们各自的组成部分:分别子系统热含量的扰动((1.1.1)-(1.1.3)中的第一项)、海洋-大气界面上由此产生的热流的扰动((1.1.1)和(1.1.2)中的第二项)、大气中热辐射源和热汇的扰动((1.1.1)中的第三项)以及UML和DL之间热交换的扰动((1.1.2)中的第三项和(1.1.3)中的第二项)。其中ca、cm、cd为大气比热容，UML、DL;Aam和Xm&分别为大气- uml和UML-DL界面的换热系数;T是时间。
设ca、cm和cd分别等于0.45、10和100 W/m2 K/年，也就是说，根据面积面单位选择以下质量值:大气为14 x 103 kg/m2, UML为81 x 103 kg/m2, DL为807 x 103 kg/m2。后者限制了相对较小(几十年量级)时间尺度的分析，其中不是整个海洋，而是其上层500-1000米与大气进行热交换。我们将赋予参数Aa、Aam和lmi等于2.4、45和2 W/m2 K，并假设初始时刻不存在温度扰动，即在t = 0时，热流入扰动从0到SQ的跳跃中发生变化，进一步(在t > 0时)，处处不变。式(1.1.1)-式(1.1.3)构成了常微分方程的线性系统，允许精确解。但它的特征可以简单地用渐近展开法来理解。记住这一点，我们首先找到式(1.1.1)-(1.1.3)的平稳解，表示平衡反应海洋-大气系统对外力作用的影响。
ca doTJdt + KJSf - OTJ + Aa < 5 ra = OQ, cm doTJdt +麦(移动- OTJ + Xmd(移动-定单计划)= 0,ed doTJdt + A。md(ÔTd - ÔTJ = 0，
¿ra = ÔTm = ÔTd = 0 at t = 0
在t => oo时，这些方程是这样的
X.m(ST.-STm) + X.ST。= SQ, Km(STm - ST.) + Xmi(STm - ÔT6) = 0， (1.1.4)
Xmd(STd - ÔTJ = 0，这将导致
st = STm = Ô Td = SQ/Xd。(1.1.5)
让我们假设大气的比热容比这少得多的UML,和UML的比热容将远低于DL,也就是说,ca / cm和cm / cd是小参数,这意味着适应外部的大气强迫发生的速度比UML和更快的比DL,因此,在确定圣从STm(1.1.1)值可以认为是固定的第一近似值。利用这一事实，我们修正了(1.1.1)中的STm，并将系统(1.1.1)-(1.1.3)的第一个方程重写为如下形式:
n . (n .) n .;= (SQ + X.mSTm)/c..(1.1.6)
将ST.从(1.1.4)开始的初始条件考虑在内，对其进行集成得到
不。= ÔQ + X*mÔTm (1 - e-'H (1.1.7))
^a + Km其中fa = c /(K + Km)«4天。当t = 0(fa)时，式(1.1.7)为
ÔTa = ÔQ + KmÔTm^ (U8)
继续阅读:时间变异的尺度及其机制
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