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MWTa = -2na cos

图2.9大气年平均纬向平均水分含量(10kg /m2) (a)及其季节变化(b) (After Oort, 1983.)

在哪里

ma

后者显然与MWTA除以(pA/pQ)所定义的水汽经向输送有关。(Pa/Po)MWTa随纬度的关系如图2.10所示。即使是快速一瞥,也足以看到两个有趣的特征:首先,热带地区经向水汽输送的季节性变化很强,而在两个半球的中高纬度地区几乎完全没有这种变化;②夏季存在相当大的南半球向北半球的水汽输送,冬季则存在略小的反向输送。因此,南半球是北半球水汽的来源。

横跨赤道的水汽输送在两半球水平衡的形成中起着重要作用。可以说,正是这种输送控制了降水和蒸发之间的关系,特别是北半球每年降水量超过蒸发39毫米的关系(见Peixóto和奥尔特,1983)。

图2.10大气年平均经向水汽输送(107 kg/s) (a)及其季节变化(b)。正值表示向北输送;负值表示向南移动。(奥尔特,1983年出版)

图2.10大气年平均经向水汽输送(107 kg/s) (a)及其季节变化(b)。正值表示向北输送;负值表示向南移动。(奥尔特,1983年出版)

接下来,如果我们从一个更普遍的观点来看这个问题,那么我们将看到,大气中水汽输送在赤道的存在,间接证明了海洋和/或陆地上淡水输送的反向存在(从北半球指向南半球):对于地球所有子系统的年平均经向水分输送气候系统必须消失。根据这一考虑和图2.10所示的估计,我们得出结论,在水文循环的海洋和大陆部分,经向淡水团的输送在北半球中纬度地区以及在南半球赤道和热带地区应指向南方,在所有其他纬度地区应指向北方。

蒸发和降水。对于一些纬度区域降水和蒸发量之间的差异不是由经向水汽输送来定义的,而是由其散度来定义的(见式(2.4.10))。假设,如果散度dMWTJa ckp为正,则([£]- [P]) > 0,因此,该不等式有效的纬度带可作为大气的水分来源。另一方面,如果在某个纬度区域([£]- [P]) < 0,则在该区域发生水分下沉。WTJa Sep的年平均经向分布表明,海洋的热带地区是大气的主要水汽来源赤道区两个半球的温带和高纬度地区是一个碳汇。但如果是这样的话,那么大气中水分来源和汇的交换必然会对海洋中水盐度的经向分布产生重要影响:当蒸发作用大于降水时,海洋上层的盐度必须增加;否则它就会减小。蒸发量减去降水率的年平均纬向平均值(图2.11(a))与世界海洋表面盐度(图2.11(b))经向分布的比较证实了明显的规律性。由此可以推断,至少在赤道和赤道地区,海水盐度的形成是由海水盐度决定的热带,是由蒸发和降水。所有其他因素(包括水平平流和垂直扩散)起次要作用。

因此,分布([£]- [P])是已知的。让我们来研究一下这种差异的不同组成部分的行为(见图2.8和2.9)。图2.12和2.13没有显示任何意外情况。正如人们所预料的那样,最大的蒸发量落在海洋的热带纬度地区,同样在北半球的热带地区,冬季的蒸发量更大

经验法则
图2.11根据Peixoto和Oort(1984),蒸发减去降水速率(a)和海洋表面盐度(b)的纬向平均剖面。
蒸发图
图2.12海面年平均纬向平均蒸发速率(cm/年)(a)及其以cm/月为单位的季节变化(b)。(继Esbensen和Kushnir, 1981年)

比热带地区的南半球的夏季.在赤道地区由于海面温度降低和风速减弱,蒸发量比热带地区少。从图2.12和图2.13可以看出,降水和蒸发量的年平均经向分布并不对称,由于两半球陆地和海洋面积的差异,它们的季节变化在赤道附近也不是对对称的。

应该记得,除热带地区外,海洋上的降水一般都比陆地上的降水大。如果我们加上海洋表面的蒸发量大于陆地表面的蒸发量,则可以得出蒸发和降水在局部得到补偿。但是它们的补偿只能是部分的,因为蒸发和降水之间的差值在陆地上必须是负的,而在海洋上必须是正的。否则,河流和地下径流的存在就变得令人费解了。

因此,水文循环的大气部分必须包括从海洋到陆地的水汽运输,而大陆部分必须包括从陆地到海洋的水汽运输。

土地(a)及其以厘米/月为单位的季节变化(b)。

大陆径流。根据式(2.4.6)-(2.4.8),陆地表面的蒸发和降水与海洋和海冰表面的蒸发和降水之间的年平均差,必须等于陆地流入海洋的大陆(河流和地下)径流的值。这个值连同全球蒸发和降水的估计值载于表2.3。可以看出,除了布莱恩和奥尔特(1984年)的估计外,所有关于径流的估计都是一致的,尽管在降水测量中存在很大的系统误差,在蒸发计算中也存在不可避免的误差,这些误差主要是由于海洋气象测量数据的极其不规则的分布,以及在确定陆地上的土壤湿度方面仍然存在不可克服的困难。

关于大陆径流季节变化的信息可以在Korzun(1974)中找到,根据Korzun(1974)的数据,占一年总径流12%的最大径流在6月下降,最小径流(占一年总径流的6%)在1月下降。因此,可以看出大陆径流季节变化的两个特征:全球大陆径流季节变化范围相对较小

北半球的径流,以及这些变化是同步的事实。第一个特征是由南北半球大陆径流变化的不同步性决定的;第二个特征是由于北半球的径流普遍超过了南半球的径流。

让我们利用表2.1和2.3对年平均降水率(1米/年)、河流和地下径流(0.3米/年)和海冰融化(0.5米/年)的估计。把总大气中的水分含量(水当量等于0.025米,见上图)在海洋和淡水内容(3700米)的第一个估计,淡水的内容在湖泊,河流,湿地土壤和地下水域第二(78米)的估计,和海冰淡水含量(1.5米)的第三估计我们有淡水大气中更新的时候,海冰,陆地和海洋是九天,三年,分别是260年和3700年。

让我们从推导能量平衡方程开始,然后讨论从一种形式的能量转换为另一种形式的能量的机制,以及能量在海洋和大气之间的再分配。

大气的状态是由以下几组变量决定的:速度v、压力p、温度T和比湿度q。这些变量的演化方程,包括静流体的容许量和条件(对流体的容许量)科里奥利加速度)近似的形式

2.5能源预算

大气

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