气候动力学引论 第2版PDF电子书下载

1 绪论 1

1.1 气候变化 1

前言 1

图表索引 2

图1.1.1 1880年以来北半球年平均温度的变化， 2

图1.1.2 近1000年来欧洲东部地区冬季平均温度的估计量的时间演变， 3

图1.1.3 根据海洋浮游生物沉积物中氧同位素的比值所推算的50万年以来全球的冰体积量的变化， 3

图1.1.4 近100年来北半球(a)和南半球(b)三个纬度带平均地面气温变化的时间演变， 4

图1.1.5 中国华北地区平均汛期(6～8月)降水量距平的变化(5年滑动平均结果)， 5

1.2 古气候及其变化 6

图1.1.6 三类气候突变示意图((a)均值突变；(b)变率突变；(c)趋势突变)， 6

图1.2.1 台湾中部日月潭湖泊钻芯花粉图， 7

图1.2.2 距今16万年以来，由南极冰芯推断的大气温度变化(a)、由太平洋深部沉积物推估的氧同位素(δ18O)含量的比值(b)与新几内亚岛海岸的海平面高度(c)的比较， 8

表1.2.1 计算日射能量的轨道参数， 9

图1.2.3 轨道参数的不同所引起的入射太阳辐射同现在的偏差的时间-纬度剖面， 9

图1.2.4 数值模拟得到的12.5万年前与11.5万年前之间1月(a)及7月(b)地面气温之差的全球分布， 10

1.3 气候与人类社会 11

图1.2.5 根据南极东方站［俄］冰核分析得到的16万年以来大气中CO2浓度及气温变化的时间演变， 11

图1.3.1 美国密苏里州平均玉米产量的时间演变， 12

图1.3.2 美国五个主要产麦州的夏季平均雨量(a)和夏季平均温度(b)的时间变化， 13

图1.3.3 太湖平源水稻年景(a)同6～9月雨量(b)、7月气温(c)以及1月亚欧大陆与澳洲北部的气压差(d)之间的演变关系， 13

图1.3.4 日本东北地区水稻产量与7～8月气温的关系， 14

图1.3.6 年降水量变率的全球分布， 15

图表索引 15

图1.3.5 平均年降水量的全球分布， 15

图1.3.7 美国几个地区的水平衡((a)西雅图；(b)马斯基根；(c)埃尔帕索)， 16

图1.3.9 美国各州所需的平均年加热量 ℃·d ， 17

图1.3.8 雨季和旱季地下水水位变化的示意图((a)雨季情况；(b)旱季情况)， 17

1.4 当代气候研究 18

参考文献 24

2 气候系统 26

图2.1.1 气候系统示意图， 26

2.1 大气 27

图2.1.2 年平均大气系统的能量收入Eo和向北能量输送Et的纬度分布， 27

图2.1.3 由 ECMWF资料计算的月平均纬向平均温度的分布， 28

图2.1.5 平均经圈环流示意图， 29

图2.1.4 1月(a)和7月(b)纬向平均的纬向风分布， 29

2.2 大气运动基本方程组 32

2.3 海洋 37

图2.3.1 坎顿岛地区气温、海温和降水量的时间演变， 39

图2.3.2 潜热通量和风应力的全球分布((a)1月份潜热通量；(b)7月份潜热通量；(c)1月份风应力；(d)7月份风应力)， 40

图2.3.3 赤道太平洋增暖期(1972年El Nino)和冷水期(1973年La Nina)的海表水温距平， 41

图2.3.4 O-A模式和S-A模式试验得到的纬向平均大气温差的纬度-高度分布， 42

2.4 陆地和冰雪圈 42

图2.4.1 陆面状况与大气环流(气候)变化间相互作用示意图， 43

图2.4.2 大气-海冰-海洋相互影响示意图， 43

图2.4.3 7个月滑动平均的北半球地面气温下降和冰雪覆盖面积变化间的关系， 44

图2.4.4 模拟的7月份全球平均纬向动能和涡旋动能， 45

图2.4.5 1997年(多雪年之后)与1978年(少雪年之后)的7月份欧亚大陆上空500hPa和1000hPa之间厚度差的分布， 45

2.5 水分及其循环 46

图2.4.6 呼伦贝尔草原开垦地和未开垦地之间近地面大气和地表面状况的比较， 46

图2.5.1 气候系统中水循环示意图， 47

表2.5.1 降水资料的世界记录， 47

图2.5.2 平均年蒸发量的全球分布， 49

图2.5.3 纬向平均的湿度通量分布， 50

图2.5.4 在亚砂土上渗透率随时间的变化， 51

2.6 太阳活动 52

图2.6.1 1610～1979年间的年平均太阳黑子数的变化， 52

图2.6.2 由放射性同位素？推算出的过去近千年的太阳黑子指数， 53

图2.6.3 太阳黑子全影与半影比率同北半球地面气温异常的关系， 54

图2.6.4 英国的大气闪电次数与太阳黑子数的关系， 54

图2.6.5 Nimbus-4号卫星测量的南半球中纬度地区2hPa上春季O3的混合比及太阳辐射加热的经度变化， 55

图2.6.6 每年的10.7cm波长的太阳辐射通量与三个北美站的QBO西风年1～2月的海平面气压的关系((a)得梅因；(b)帕斯；(c)雷索卢特)， 56

图2.6.7 在QBO西风年的1～2月，10.7cm波长的太阳辐射通量与(70°N，100°W)和(20°N，60°W)两地的气压差以及查尔斯顿的地面气温间的关系， 56

2.7 火山爆发 57

图2.7.1 1982年在加米施-帕滕基兴［德］观测到的埃尔奇冲火山爆发形成的气溶胶层 57

表2.7.1 圣海伦火山爆发(1980)喷射物的组成 58

表2.7.2 平流层气深胶的光学特性 58

图2.7.3 北半球气温异常与火山爆发的关系， 59

图2.7.2 埃尔奇冲火山爆发后的平流层气溶胶消光系数廓线， 59

图2.7.4 热带平流层大气温度距平的时间变化， 60

图2.7.5 控制试验和 火山 试验中半球平均地面温度的时间变化， 61

图2.7.6 控制试验和 火山 试验得到的纬向平均地面温度的时间变化， 61

图2.7.7 能量平衡计算得到的埃尔奇冲火山爆发后地面温度的变化情况， 61

图2.8.1 陆上生态系统示意图， 62

2.8 生态系统 62

图2.8.3 植被种群分布与年平均降水量和年平均温度的关系， 63

图2.8.2 联系陆上生态系统的几种主要过程， 63

图2.8.4 植被对土壤湿度的影响， 64

图2.8.5 生态系统中氧循环示意图， 65

参考文献 65

3.1 太阳短波辐射 68

3 大气辐射过程 68

图3.1.1 太阳常数， 69

图3.1.2 太阳辐射照度随波长的变化 70

图3.1.1 Wolf相对太阳黑子数与太阳常数的关系， 71

图3.1.2 太阳天顶角、太阳倾角与地理纬度、时角之间的关系， 72

图3.1.3 大气顶日射的纬度分布及年变化， 72

3.2 大气对太阳短波辐射的吸收 73

图3.2.1 大气的吸收光谱特性， 74

图3.2.2 太阳短波辐射通量被臭氧吸收的百分比与臭氧含量的关系， 76

图3.2.3 气压订正对晴空大气加热率的影响， 77

图3.2.1 水气和CO2吸收带的经验常数， 79

图3.2.4 太阳短波辐射通量示意图， 79

图3.2.5 太阳辐射加热率廊线((a)as-0.15，μO=COSθ=1.0；(b)热带晴空大气) 80

3.3 地表辐射特性 80

图3.3.1 不同太阳高度角(r)时不同自然下垫面的光谱反照率， 81

表3.3.1 不同植被的反照率， 82

表3.3.2 土壤反照率， 82

表3.3.3 北极海冰反照率， 82

表3.3.4 在北极第4、6、7漂浮站测得的雪面反照率， 83

表3.3.5 在晴空条件下，不同纬度处月平均水面反照率的年变化， 83

图3.3.2 若干种地表的反照率与太阳高度角的关系， 84

图3.3.6 由卫星资料得到的地表反照率， 84

图3.3.8 层云和层积云的反照率与太阳高度角、云的含水量及云厚的关系， 85

图3.3.7 各种下垫面情况下低云的反照率， 85

表3.3.9 各类云(云盖面超过80%)的平均反照率， 86

表3.3.10 不同物质表面在大气窗区的比辐射率， 86

表3.4.1 大气中的主要红外吸收气体及其吸收带， 88

3.4 晴空大气红外辐射传输 88

表3.4.2 红外区域的一些谱带参数， 91

图3.4.1 晴空热带大气红外加热(冷却)率， 94

3.5 辐射气候 94

图3.5.1 年平均行星反照率的全球分布， 95

表3.5.1 地气系统反照率的气球测量结果， 95

图3.5.2 地气系统射出长波辐射的纬度分布， 96

图3.5.3 地气系统射出长波辐射的全球分布， 96

表3.5.2 地气系统射出长波辐射， 97

图3.5.4 地气系统平均行星反照率、吸收太阳辐射和射出长波辐射的经向分布， 98

表3.5.3 不同纬带地气系统辐射收支及其分量的年平均值， 98

图3.5.5 地气系统年平均辐射收支的全球分布， 99

图3.5.6 地气系统辐射收支在春季、夏季、秋季和冬季的平均经向分布， 99

3.6 云-辐射相互作用 100

图3.6.1 1974～1977年间各年夏季射出长波辐射量的距平分布， 101

图3.6.2 气候-云相互作用示意图， 102

图3.6.3 不同地区夏季的加热廓线((a)沙特阿拉伯地区；(b)阿拉伯海地区；(c)孟加拉湾地区)， 102

图3.6.4 云层对太阳短波辐射加热率的影响， 103

图3.6.6 云层对CO2含量加倍引起的增温的影响， 104

图3.6.5 低云、高云和中云云量对地面平衡温度的影响， 104

图3.6.7 纬向平均的云-辐射强迫， 105

参考文献 105

4.1 大气中的30～60d低频振荡 106

4 大气季节内振荡的动力学 106

图4.1.1 1981年1月(a)以及1983年1月(b)和7月(c)平均的500hPa上热带大气30～60d振荡的扰动动能的经度分布， 107

图4.1.3 200hPah 5°S～5°N纬带平均的30～60d带通滤波的纬向风在3个不同振荡位相的经度分布， 108

图4.1.2 30～40d大气振荡的波谱振幅分布， 108

图4.1.4 赤道地区30～60d大气振荡的纬向风、温度和垂直速度的高度-经度剖面， 109

图4.1.6 200hPa上30～60d带通滤波纬向风在不同振荡位相沿5°S的经度分布， 110

图4.1.5 200hPa上45d带通滤波纬向风的1扰动的振阶段-经度剖面， 110

图4.1.8 同图4.1.7，但为沿130°E的情况， 111

图4.1.7 30～60d 带通滤波的500hPa纬向风8个不同振荡位相的沿80°E的纬度分布， 111

图4.1.9 北半球冬半年中高纬度地区30～60d带通滤波的位势高度在某一振荡位相时刻的经度分布， 112

图4.1.10 同图4.1.9，但为夏半年的情况 112

图4.1.12 冬半年200hPa和850hPa上30～60d振荡的纬向风沿50°N的经度分布及演变， 113

图4.1.11 55°～65°N的30～60d振荡位势高度场扰动的纬度分布及演变(冬半年)情况， 113

图4.1.13 200hPa上30～60d带通滤波的纬向风平方的时间演变((a)(30°～50°N，80°E～180°)地区；(b)(10°S～10°N，110°E～180°)地区)， 114

图4.1.14 1月份和7月份500hPa纬向平均扰动动能的分布， 114

图4.1.15 全球主要低频遥相关型(波列)(计算相关系数参考点是(a)(140°F，20°N°)；(b)(160°W,5°N);(c)(70°W，45°N))， 115

图4.1.16 500hPa上30～60d振荡的位势高度场的点相关系数分布((a)参考点在(115°E，45°N)的3d滞后相关；(b)参考点在(115°E，45°N)的6d 滞后相关；(c)参考点在(150°W，40°N)的3d滞后相关；(d)参考点在(150°W，40°N)的6d滞后相关)， 116

图4.2.1 CISK振荡型不稳定波的温度和风场的垂直结构特征， 117

4.2 热带大气低频(30～60d)振荡动力学 117

图4.2.2 两层模式分层， 121

图4.2.3 3层模式得到的CISK-Kelvin波的位相速度的实部Cr和虚部C？ 122

图4.2.4 有垂直模相互作用时CISK-Kelvin波与加热廓线的关系((a)ξ200=0时CISK-Kelvin波的Cr;(b)ξ200=0时 CISK=Kelvin波的Ci;(c)ξ200=1时CISK-Kelvin波的Cr), 123

图4.2.5 CISK-Kelvin波的垂直环流剖面及自由Kelvin波的垂直环流剖面((a)快速CISK模；(b)慢速CISK模；(c)静止CISK模；(d )自由Kelvin波)， 124

图4.2.5 沿赤道300hPa纬向风的时间-经度剖面((a)无CISK型内部加热情况；(b)有CISK型内部加热情况；(c)同(b)，但SST有纬向1波分布)， 125

图4.2.7 不同对流凝结加热强度下，CISK-Ross-by波纬向移速与其经向尺度的关系， 128

图4.2.8 CISK-Rossby波的东西向移速随加热强度和纬度的变化((a)经向尺度为4000km；(b)经向尺度为8000km;(c)经向尺度为20000km) 128

图4.2.9 赤道附近地区CISK-Kelvin波(m=0)和CISK-Rossby波(m=1)的经向结构， 131

4.3 大气基本态的不稳定激发 136

图4.3.1 1979年1月份平均全球300hPa纬向风分布， 139

图4.3.2 同图4.3.1，但为700hPa纬向风， 139

图4.3.4 对应于阻塞形势的扰动特征模的平均流函数的北半球分布， 140

图4.3.3 1979年1月份平均全球700hPa饱和比湿分布， 140

图4.3.6 对应于季节内振荡的扰动特征模的速度势的全球分布， 141

图4.3.5 对应于季节内振荡的扰动特征模的平均流函数的全球分布， 141

图4.3.1 地形强迫Rossby波的周期随纬度和波数的变化， 144

图4.3.7 在60°N处不同纬向波数的地形Rossby波的周期随基本气流的变化， 144

图4.3.8 冬季黑潮海温异常的遥响应试验中两个初始场的500hPa高度差， 146

图4.3.9 在不同初始场情况下，冬季黑潮海温异常所激发的热带大气(6°S～6°N)400hPa纬向风遥响应的30～60d带通滤波值的时间-经度剖面， 146

图4.3.10 34°～65°N基本西风廓线的4种分布， 148

4.4 大气的低频响应 149

图4.3.11 4种不同基本西风分布情况下的不稳定模(扰动)的频谱分布， 149

图4.4.2 异常海温强迫场的分布， 150

图4.4.1 赤道东太平洋高海温期间对流层中上部位势高度异常的全球分布示意图 150

图4.4.3 400hPa上在6°S～6°N纬带的大气响应纬向风的时间-经度剖面((a)未滤波的情况；(b)30～60d带通滤波后的结果)， 152

图4.4.4 500hPa位势高度场响应沿66°N纬圈的时间-经度剖面((a)未滤波的情况；(b)30～60d带通滤波后的结果)， 153

图4.4.5 30～60d带通滤波的1月份500hPa位势高度和海平面气压响应场沿6°S的经度分布， 154

图4.4.6 同图4.4.5，但为沿42°S的经度分布， 154

图4.4.7 热带大气对东亚寒潮异常的纬向风响应的时间-纬度剖面((a)140°～160°E；(b)0°～20°E)， 155

图4.4.8 东亚寒潮异常在澳大利亚北部地区所引起的气象要素的变化((a)(10°～26°S，125°～155°E)地区的降水距平；(b)(10°～14°S，135°～145°E)地区的纬向风) 155

图4.4.9 东亚寒潮异常所激发的500hPa位势高度响应在第1候的平均形势 156

4.5 大气非线性过程 157

图4.4.10 黑潮地区冬季SST异常所引起的西太平洋地区850hPa响应场扰动动能的时间演变((a)(30°N,125°～130°E)地区平均；(b)°(18°～22°N，125°～130°E)地区平均；(c)(2°N，135°～140°E)地区平均， 157

图4.5.1 北半球冬季由于瞬变涡旋的水平热量和动量通量施加于300～700hPa时间平均气流的无辐散强迫流函数及北半球冬季300～700hPa时间平均气流的流函数， 161

图4.5.2 在外强迫源f=fAcosΩt,fA=0.08，Ω=0.4 (相当于18d周期)情况下，波动振幅A和B随时间的演变，以及在(Z，Z)平面上的相轨迹， 162

参考文献 163

5 大气环流持续民常(一)--阻塞形势的动力学机理 166

5.1 多平衡态理论 166

图5.1.1 有强迫耗散及地形作用情况下，一个3波准地转系统中的多平衡态， 168

图5.1.2 对应于图5.1.1中Z平衡态的流型及R 平衡态的流型， 168

图5.1.3 在不同耗散参数a的情况下，定常解与其位能E和Rossby参数Ro的关系((a)a-1=1.1d;(b)a1=3.3 d;(c)a-1=5.0d;(d)a-1=6.7d), 170

5.2 共振理论 171

表5.2.1 由U？=aΩ？(N2+M2)计算得到的共振风速值， 174

5.3 孤立波理论 178

图5.3.1 由方程(5.3.17)-(5.3.19)求得的第二特征模Φ(У，ζ)， 181

图5.3.2 相应于图5.3.1所示特征模在5.6km高度处的流函数偏差场ψ的分布， 181

5.4 天气尺度涡旋的激发 182

图5.4.1 1983年3月5～22日的平均300hPa流函数场和高通滤波的E场 184

图5.4.2 1983年2月15日的Q分布， 185

图5.4.3 由观测资料得到的阻塞高压频率随经度、纬度和周期的分布 186

图5.4.4 随机强迫线性模式中的阻塞高压频率随经度、纬度和周期的分布， 186

图5.4.5 在随强迫非线性模式中，一次大西洋阻塞高压建立的过程((a)模式第347天；(b)模式第349天；(c)模式第355天) 187

5.5 偶极子理论 188

图5.4.6 500hPa流函数场((a)初始时刻；(b)无涡动强迫的第10天积分结果；(c)有涡动强迫的第3～15天积分的平均结果) 188

图5.5.1 1983年2月15日12GMT的500hPa高度场， 189

图5.5.2 由(5.5.20)式计算得到的偶极子解， 192

5.6 包络Rossby孤立子理论 193

图5.5.3 位势涡度源所强迫产生的流函数响应场((a)不存在Rossby波的情况；(b)有Rossby波存在的情况)， 193

图5.6.1 波数为1的包络Rossby孤立子的流场结构((a)在55°N地区的流场：(b)在65°N地区的流场)， 195

参考文献 196

6 大气环流持续异常(二)--遥相关的动力学机理 197

6.1 大气环流的遥相关 197

图6.1.1 南方涛动形图， 198

图6.1.2 北大西洋涛动和北太平洋涛动示意图, 198

图6.1.3 海平面气压场的相关系数分布--NAO(计算基点为(a)(65°N，20°W)；(b)(30°N，20°W)), 199

图6.1.4 海平面气压场的相关系数分布--NPO(计算基点为(a)(65°N，170°E);(b)(25°N，165°E)， 199

图6.1.6 500hPa月平均高度场的EA型遥相关(计算基点在(a)(55°N，20°W)；(b)(50°N，40°E))， 200

图6.1.5 (65°N，20°W)和(30°N，20°W)两点的海平面气压差与500hPa位势高度间的相关系数分布， 200

图6.1.7 500hPa月平均高度场的PNA型遥相关(计算基点在(a)(20°N，160°W)；(b)(45°N,165°W)), 201

图6.1.8 500hPa月平均高度场的WA型遥相关(计算基点在(a)(55°N,55°W);(b)(30°N,55°w), 202

图6.1.10 500hPa月平均高度场的EUP型遥相关(计算基点在(a)(55°N，75°E)；(b)(40°N,145°E)), 203

图6.1.9 500hPa月平均高度场的WP型遥相关(计算基点在(a)(60°N,155°E);(b)(30°N,155°E)), 203

图6.1.11 太平洋-日本(PJ)波列示意图， 205

图6.1.12 南半球500hPa月平均高度场的遥相关形势(基点在20°S纬圈) 206

图6.1.14 同图6.1.12 ，但基点在(70°S，60°E)和(80°S，50°W)， 207

图6.1.13 同图6.1.12 ，但基点在50°S纬圈， 207

6.2 大气对外源强迫的遥响应 208

表6.1.1 南半球冬季500hPa月平均高度场的遥相关型， 208

图6.2.1 由冬季黑潮地区(20°～48°N，120°～140°E)SST正异常(1.8°C)引起的2月份全球大气500hPa高度响应的分布， 209

图6.2.2 由一个高分辨线性模式计算得到的不同高度上的定常行星波的位势高度场形势((a)6km;(b)10km；(c)30km), 210

图6.2.4 同图6.2.2，但为纯热源(汇)强迫的结果， 211

图6.2.3 同图6.2.2，但为纯地形强迫的结果， 211

图6.2.5 位于30°N的圆形山脉(a)和位于15°N的椭圆形热源(b)在北半球冬季纬向基本气流情况下所分别激发产生的300hPa位势高度场的遥响应形势 212

6.3 能量频散和大圆理论 213

图6.2.6 在同一气候基本态情况下，位于不同地方的扰源所引起的第10天的扰动流函数的分布形势， 213

图6.3.1 正压大气中长波的相速度和群速度随波长的变化情况((a)无辐散情况；(b)有辐散情况)， 215

图6.3.2 北半球冬季300hPa纬向气流情况下，15°N处扰源所激发的各种波的波射线(a)及其振幅随纬度的变化(b), 219

图6.3.3 北半球冬季300hPa纬向风条件下，位于30°N(a)和45°N(b)地方的扰源所激发的各种波的波射线， 219

6.4 时间平均基本气流的不稳定 219

图6.4.1 对应无限长周期的最不稳定模的扰动流函数分布((a)对流层高层；(b)对流层低层)， 221

图6.4.2 周期为45d的最不稳定模的流函数形势及其演变， 224

6.5 行星波的能量通量--EP通量 225

图6.5.1 1979～1980年冬季北半球250hPa上E和平均西风的分布((a)高通涡旋情况；(b)低通涡旋情况)， 227

参考文献 231

图6.5.2 北半球冬季行星波场的能量密度通量Fs的分布((a)500hPa;(b)150 hPa) 231

7 海气相互作用 233

7.1 大尺度海气相互作用的基本特征 233

图8.2.5 30°～60°N(a)、0°～30°N(b)和15°S～15°N(c)三个纬带的土壤假定为饱和时，分别模拟得到的后1个月的纬向平均空气湿度异常的纬度-高度剖面， 233

图7.1.1 一年中到达大气顶的太阳辐射能的纬向平均分布， 234

图7.1.2 地球表面的年辐射平衡， 234

图7.1.3 交换系数随Re和U的变化， 235

图7.1.5 太平洋和大西洋环流形势图， 236

图7.1.4 温带太平洋夏季SST异常与秋季海面气压异常间的相关， 236

图7.1.6 东太平洋低纬度地区的纬向风廓线以及相应的海流分布， 239

图7.2.1 南方涛动指数和赤道东太平洋(0°～10°S，180°～90°W)海表水温异常的时间演变， 240

7.2 ENSO 240

图7.2.2 赤道东太平洋海表水温距平的时间演变， 241

图7.2.1 1884～2000年间的El Nino和La Nina事件， 242

图7.2.3 数值模拟得到的海表水温T(a)、海洋混合层厚度h(b)和海表风应力τx(c)的时间-纬向剖面图， 245

图7.2.4 ENSO循环机理概念图， 246

7.3 ENSO对大气环流和气候的影响 246

图7.3.1 ENSO事件对Walder环流影响示意图((a)正常情况；(b)El Nino事件时的情况)， 247

图7.3.2 El Nino年8～10月平均的太平洋SST异常(a)、地面风异常(b)和地面风散度异常(c)， 248

图7.3.3 1967年和1976年7～9月份700hPa上西太平洋地区(130°～150°E)ITCZ的平均纬度位置随时间的变化， 248

图7.3.4 (a)El Nino年和La Nina年7～9月平均500hPa高度差；(b)130°～140°E地区500hPa副高脊线位置的月平均纬度值， 249

图7.3.5 东亚和西太平洋地区1951～1980年间El Nino年和La Nina年6～8月沿30°N的500hPa高度廓线， 249

表7.3.1 新加坡和马里亚纳30hPa上西风的平均维持时间， 250

图7.3.6 El Nino年冬季700hPa高度异常的形势， 251

图7.3.7 ENSO与对流层高层和平流层低层的风异常((a)南方涛动指数与200hPa纬向风的相关系数及与30hPa纬向风的相关系数；(b)5个月滑动平均的南方涛动指数和热带200hPa风场的EOF1的时间变化)， 251

表7.3.2 1982～1983年El Nino事件给厄瓜多尔、秘鲁和玻利维亚造成的经济损失的估计， 252

图7.3.8 一些地区降水量与El Nino事件的关系((a)印度尼西亚6～11月降水指数；(b)印度6～9月降水指数；(c)非洲东南部11～3月降水指数)， 253

图7.3.9 澳大利亚地区年降雨量与SOI(a)及与达尔文气压(b)的相关系数的分布， 253

表7.3.3 西太平洋台风活动与ENSO， 254

图7.3.10 西太平洋台风的逐月发生数， 255

图7.3.11 南海台风月平均发生数异常的百分比(1950～1979年) 255

图7.3.12 El Nino年和La Nina年平均的气温距平的年变化((a)沈阳；(b)长春；(c)哈尔滨)， 256

图7.3.13 El Nino年7～9月平均500hPa高度距平的分布， 256

图7.3.14 哈尔滨7～9月平均气温距平的年际变化， 257

图7.3.15 华北地区(a)和长江中下游地区(b)汛期(6～8)降水量距平的年际变化， 257

图7.3.16 东亚和西北太平洋地区1951～1980年间El Nino年和La Nina年6～8月沿40°N的500hPa平均高度廓线， 258

表7.3.4 在1916～1950年间的El Nino年和La Nina年里，北京、天津、保定和济南4站平均的汛期降水量距平， 258

表7.4.1 El Nino年冬季(11～2月)地面气温距平 259

7.4 东亚冬季风异常与ENSO 259

表7.4.2 La Nina年冬季(11～2月)地面气温距平 260

图7.4.1 1982年12月与1980年12月全球纬向平均的经向风之差(a)和同时期纬向平均的经向温度输送值之差(b), 261

图7.4.2 东亚及西北太平洋地区500hPa位势高度距平的分布((a)1972～1973年El Ni-no冬季情况；(b)1954～1955年La Nina冬季情况)， 261

表7.4.3 El Nino的冬半年(11～4月)特鲁克群岛［加罗林］的降水量距平、南大东岛和滩岛的地面气温距平，以及南大东岛的850hPa月平均经向风距平， 262

图7.4.3 El Nino发生前的冬半年(10～3月)东亚和西北太平洋地区50hPa平均高度距平分布， 263

表7.4.4 El Nino发生前的冬半年(105°～120°E，40°～60°N)地区地面气压异常和中国东部地区的气温异常， 263

图7.4.4 西北太平洋石垣岛(24.20°N，124.10°E)和南大东岛(25.50°N，131.14°E)平均的冬半年(11～4月)气温距平、特鲁克群岛(7.28°N，151.51°E)的冬半年降水量距平和冬半年850hPa月平均纬向风距平以及赤道东太平洋 264

表7.4.5 图7.4.4 中各次El Nino事件之前的△Ts △R和△ū850之值， 264

表7.4.6 El Nino事件发生前的冬季(12～4月)热带中西太平洋地区地面纬向风的月平均距平值， 265

图7.4.5 东亚较强冷空气活动(东亚冬季风加强)与西太平洋地区信风的减弱((a)上海气压距平和气温距平以及郑州气温距平的时间变化；(b)西太平洋(140°～150°E，5°～20°N)地区850hPa平均纬向风的时间变化)， 266

图7.4.6 东亚冬季风与El Nino的相互关系， 266

图7.4.7 El Nino发生与东亚冬季风异常的关系， 270

图7.4.8 同图7.4.7 但为La Nina情况， 271

图7.4.9 冬半年持续强东亚冬季风在CGCM中激发出的平均SSTA的时间变化((a)Nino3区；(b)Nino1+2区) 272

图7.4.10 冬半年持续强东亚冬季风在CGCM中激发出的热带太平洋SST异常的时间分布((a)12～2月平均；(b)3～5月平均；(c)5～8平均)， 273

7.5 ENSO的发生与赤道西太平洋暖池次表层海温异常 274

图7.5.1 1997年热带太平洋SSTA的分布和演变((a)2月； (b)3月；(c)5月； (d)7月)， 275

图7.5.2 1997年1月(a)、3月(b)、5月(c)和7月(d)平均的赤道太平洋海温异常的深度-经度剖面， 277

图7.5.3 1950～1993年期间月平均暖池区(10°S～10°N，140°E～180°)次表层(150～200m)的海温距平及Nino3区(5°S～5°N，150°～90°W)SST距平的时间变化， 278

图7.5.4 1970～1973年期间赤道太平洋次表层海温距平的时间-经度剖面 279

图7.5.5 1984～1987年期间赤道太平洋次表层海温距平的时间-经度剖面， 280

图7.5.6 模拟的Nino3区平均SSTA和暖池区(140°E～180°，6°S～6°N)次表层(100～200m)海温(SOTA)从模式第61年到第100年的时间变化 281

图7.5.7 暖事件(a)和冷事件(b)合成的赤道(2.5°S～2.5° N)太平洋20℃等温线深度距平的时间-经度剖面， 282

图7.5.8 1955～1958年间赤道太平洋(10°S～10°N)地区纬向风异常的时间-经度剖面 283

图7.5.9 1970～1973年间赤道太平洋(10°S～10°N)地区纬向风异常的时间-经度剖面， 284

图7.5.10 El Nino 事件的合成分析结果， 285

图7.5.11 同图7.5.10，但为La Nina的合成分析结果， 286

7.6 El Nino与热带大气季节内振荡 287

图7.6.1 赤道中西太平洋地区200hPa30～60d振荡的纬向风平方值的时间变化((a)(10°S～10°N，140°～160°E)地区；(b)(10°S～10°N，170°E～170°W)地区)， 288

图7.6.2 1982～1984年间赤道印度洋(5°S～5°N，50°～90°E)及赤道西太平洋(5°S～5°N，120°～160°E)地区OLR的30～60d带通滤波值的时间变化， 288

图7.6.4 GCM数值模拟得到的对流层上部(约300hPa)热带(11.1°S～11.1°N)大气30～60d振荡动能的纬向分布((a)对照试验(SST用气候平均值)；(b)异常试验(SST用1983年的值))， 289

图7.6.3 赤道中东太平洋地区200hPa上30～60d振荡的纬向风平方值的时间变化((a)(10°S～10°N，160°E～160°W)地区；(b)(10°S～10°N，130°～110°W)地区)， 289

图7.6.6 1981年夏(a)和1982年夏(b)热带大气(0°～10°S平均)30～60d振荡结构的比较， 291

图7.6.5 GCM数值模拟得到的热带(11.1°S～11.1°N)大气30～60d振荡的地面气压和对流层上部(300hPa)温度的纬向分布((a)对照试验(SST用气候平均值)；(b)异常试验(SST用1983年的值))， 291

图7.6.7 东亚--中西太平洋地区200hPa上不同纬度带30～60d大气振荡的纬向风平方值的时间演变((a)(30°～50°N，80°～160°E)；(b)(10°～25°N，110°E～180°)；(c)(10°S～10°N，110°E～180°)) 292

图7.6.8 1986年El Nino事件爆发前后，热带大气(10°S～10°N)200hPa上准定常系统(a)和季节内振荡(b)的纬向平均动能的时间演变， 293

图7.6.9 1989年10月～1991年10月热带(10°S～10°N)大气200hPa上季节内振荡动能的时间-经度剖面， 294

图7.6.10 有两年周期性外强迫情况下，海气耦合系统所产生的耦合模((a)、(b)和(c)分别表示有不同强度外强迫的低频情况)， 297

7.7 海气耦合波动力学 298

图7.7.2 海气耦合波的增长率Imσ(a)和频率Reσ(b)随波数k的变化， 304

图7.7.3 同Kelvin波和Rossby波(n=1)相联系的赤道流体运动示意图((a)不稳定Kevin波；(b)阻尼Rossby波)， 304

图7.7.4 海气耦合模式中平流波的频率随波数和SST的变化， 307

图7.7.5 海气耦合系统中不稳定波所对应的大气异常和海洋异常间的位相关系((a)不稳定平流波；(b)不稳定涌升波)， 307

参考文献 308

8.1 生物-地球物理反馈 311

8 陆气相互作用 311

图8.1.1 地面反照率分别为14%和35%时，撒哈拉地区冬季的温度偏差(a)和质量流函数(b)与夏季的温度偏差(c)和质量流函数(d)的计算值， 314

图8.1.2 地面反照率分别为14%和35%时，计算得到的非洲18°N以北地区的降水量， 314

表8.1.1 各个模拟试验的下垫面参数， 315

图8.1.3 数值模拟试验所选取的有代表性的不同地区， 315

表8.1.2 数值模拟和观测得到的7月份沙漠地区的降水率， 316

表8.1.3 在沙漠边界地区和潮湿季风区的地面反照率变化对降水率和蒸发的影响， 316

图8.1.4 对于不同的蒸发模式情况，地面反照率变化对7月份撒哈拉沙漠以南地区降水率的影响((a)过量蒸发情况；(b)微量蒸发情况)， 317

图8.1.5 北非地区地面反照率增大所造成的气象要素异常的数值模拟试验结果((a)3km高度上的垂直风速异常；(b)降水率异常；(c)地面温度异常；(d)土壤湿度异常)， 317

8.2 土壤温度和湿度的反馈 318

图8.2.1 冬季1.6m深处地温距平(a)与次年4～9月降水量距平百分比(b)的分布， 319

图8.2.2 区域性土壤温度异常对短期气候的影响((a)土壤温度异常的分布；(d)模拟第10～30天降水异常；(c)模拟第10～30天的地面气温异常)， 320

图8.2.3 在湿土(a)和干土(b)情况下模拟的降水率分布， 321

图8.2.4 在湿土(a)和干土(b)情况下模拟的地面温度分布， 322

图8.2.6 欧洲地区土壤湿度异常试验中，第21～50天平均的降水分布((a)湿异常情况；(b)干异常情况；(c)湿异常与干异常的差)， 324

8.3 植被 324

图8.3.1 有植被时的地面过程示意图， 325

图8.3.2 单次散射反照率计算示意图， 326

图8.3.1 树叶对太阳光束的散射参数， 326

图8.3.3 数值模拟中将热带雨林改为草原的区域， 329

图8.3.4 模拟的第二个1月份的地面空气温度(a)、土壤温度(b)、月总降水量(c)和月总蒸发量(d)的异常， 329

8.4 陆气相互作用模式 330

图8.4.2 低纬度森林粗糙度长度变化对总的土壤含水量(a)及土壤表面温度(b)的影响， 331

图8.4.1 BATS示意图， 331

图8.4.3 低纬度森林区(a)和高纬度松林区(b)变成沙土后，土壤总含水量的变化， 332

图8.4.4 简化的简单生物圈模式(SSiB)示意图， 333

图8.4.5 用COLA-GCM模拟得到的1983年7月10～25日平均降水量((a)SiB的结果；(b)SSiB的结果；(c)SSiB与SiB的结果之差)， 335

参考文献 336

9 气候数值模拟(一)--大气环流模式(GCM) 338

9.1 模式基本结构 338

表9.1.1 图9.1.1所示各种试验的模式差别， 342

图9.1.1 在各类ECMWF模式中引入参考大气后预报的对流层(1000～200hPa)高度场的距平相关与未引入参考大气的结果之差值(全球温带地区平均)， 342

图9.1.2 格点模式中变量的水平分布形式， 343

9.2 主要物理过程及其参数化 348

图9.2.1 自由大气(FA)、剩余层(RL)和混合层(ML)， 354

9.3 气候状态的一些数值模拟结果 355

图9.3.1 全球海平面气压的观测是和用UKHI-GCM的数值模拟结果((a)12～2月观测场；(b)12～2月模拟场；(c)6～8月观测场；(d)6～8月模拟场)， 356

图9.3.2 7月份平均全球海平面气压场((a)IAP-GCM(2层)的模拟结果；(b)观测场)， 357

图9.3.4 冬季(12～2月)纬向平均的瞬变涡旋动能的分布((a)ECMWF资料分析结果；(b)CCCT30模式的模拟结果)， 359

图9.3.3 纬向平均的12～2月纬向风的纬度-高度剖面((a)ECMWF的观测资料分析结果；(b)GFHI的模拟结果)， 359

图9.3.5 各种模式模拟的纬向平均地面空气温度与观测资料的比较((a)12～2月平均；(b)6～8月平均)， 360

图9.3.6 GISS模式模拟的12～2月平均地面空气温度与观测的差值的全球分布， 361

图9.3.8 6～8月平均降水量的全球分布((a)观测场；(b)CCC模拟结果；(c)GFHI模拟结果；(b)UKHI模拟结果)， 363

图9.3.9 1956年5～6月(a)和9～10月(b)在125°E经线上的纬向风的纬度-高度剖面及演变， 364

图9.3.10 用IAP-GCM(2层)模拟得到的400hPa上沿120°E5d平均的东西风的纬度-时间剖面((a)第一模式年；(b)第二模式年)， 365

9.4 海气耦合模式(CGCM) 365

图9.4.1 模式变量安排示意图， 369

图9.4.2 IAP-OGCM的结构形式， 373

图9.4.3 年平均太平洋表层海温分布((a)IAP-OGCM模拟结果；(b)观测场)， 374

图9.4.4 太平洋纬向平均热通量的季节变化特征((a)IAP-OGCM模拟场；(b)观测场)， 375

图9.4.5 大气环流和海洋环流同时耦合示意图， 375

图9.4.6 冬季(12～2月)海表温度分布((a)观测场；(b)MIX模式模拟结果；(c)COUP模式模拟结果)， 376

9.5 月一季气候的数值预报试验 377

图9.4.7 夏季(6～8月)降水量分布((a)观测场；(b)MIX模式模拟结果；(c)COUP模式模拟结果)， 377

图9.5.1 1977年1月1日个例的10～30d平均的500hPa高度距平场((a)观测场；(b)预报场)， 378

图9.5.2 同图9.5.1 但表示1979年1月16日个例情况， 379

图9.5.3 大气-海洋耦合积分过程示意图((a)海洋模式有后效耦合；(b)海洋模式无后效耦合)， 380

图9.5.5 同图9.5.4 但为1989年7月的情况， 381

图9.5.4 1989年4月平均SSTA((a)实况；(b)CGCM预测结果)， 381

参考文献 382

图9.5.6 1989年6～8月降水量距平图((a)实况；(b)CGCM预测结果)， 382

10.1 能量平衡模式(EBM) 386

10 气候数值模拟(二)--简化模式 386

表10.1.1 能量平衡模式得到的大气平均温度分布， 388

图10.2.1 盒型模式示意图， 390

10.2 盒型模式 390

图10.2.2 一个复杂盒型模式示意图， 392

图10.2.3 地气系统年平均温度对太阳常数增加2%的响应((a)北半球；(b)南半球)， 394

图10.2.4 地气系统年平均温度对大气CO2浓度增加的响应((a)北半球；(b)南半球) 394

10.3 辐射-对流模式(RCM) 395

图10.3.2 辐射-对流模式的垂直结构， 396

图10.3.1 两层模式中的红外辐射通量， 396

图10.3.3 大气中 云层 (包括气溶胶)和地面间的辐射相互作用示意图， 397

图10.3.4 一个典型RCM的结构框图， 399

图10.3.5 有效云顶高度和云盖面积与平衡地面温度的关系， 400

表10.3.1 CO2含量加倍引起平衡地面温度增加的敏感性试验， 400

10.4 辐射-对流模式的发展 401

表10.3.2 用不同温度递减率时，由RCM所得到的地面温度， 401

表10.3.3 在不同CO2含量情况下，用不同温度递减率时，由RCM得到的地面温度， 401

图10.4.1 早期地球大气-水圈的三种可能状况示意图， 402

图10.4.2 有水汽输送的RCM所得到的水汽混合比分布， 404

图10.4.1 地面相对湿度对RCM结果的影响， 404

10.5 二维统计动力模式(SDM) 404

图10.5.1 地球大气经圈环流示意图， 405

图10.5.2 垂直平均的热量通量的平均纬向分布， 408

图10.5.3 同图10.5.2 但表示动量通量， 408

表10.5.1 一个统计动力模式的下垫面特征， 409

图10.5.4 同图10.5.2 但表示水汽通量， 409

图10.5.5 大气模式的动力学可靠性及其对计算设备的要求， 410

图10.5.6 观测(a)和二维统计动力模拟(b)的年及纬向平均经向质量流函数的分布， 411

图10.5.7 地面空气温度的纬向平均季节异常((a)观测场；(b)LLM模拟结果；(c)OSU-GCM模拟结果)， 412

图10.5.8 纬向平均降水量异常分布((a)观测场；(b)LLM模拟结果；(c)OSU-GCM模拟结果)， 413

10.6 滤波模式 414

图10.6.1 1965年9月平均地表温度距平预报(a)和实况(b)分布， 418

参考文献 419

表10.6.1 500hPa距平场的相关系数值， 419

图10.6.2 1965年9月平均500hPa高度距平预报(a)和实况(b)分布， 419

11.1 科学背景 421

11 十年及年代际气候变化 421

11.2 十年及年代际气候变化的特征型 422

图11.2.1 海陆资料相结合给出的1861～1989年间海(b)和陆(a)表面气温距平的时间变化， 423

图11.2.2 萨赫勒地区平均标准化降水量的时间变化， 423

图11.2.3 1864年以来冬季(12～3月)NAO指数的时间变化， 424

图11.2.4 NAO指数的时间变化及子波分析结果， 425

图11.2.5 北大平洋区域(30°～60°N，160°E～140°W)平均的冬季海平面气压距平的时间变化， 426

图11.2.6 NPO指数的时间变化及子分析结果， 426

图11.2.7 同巴西东北部和西非降水关系密切的大西洋SST的EOF分量的空间分布(a),以及3～5月平均SST的EOF分量及上述地区降水量异常的时间变化(b)， 428

图11.2.8 类ENSO的SST型(a)、风应力场(b)和海平面气压场(c)分布图， 429

11.3 大气环流年代际变化特征及机制 430

图11.3.1 1951～1990年东亚夏季风强度指数的年际变化， 430

图11.3.2 夏季平均的500hPa位势高度距平的分布形势((a)50年代(1953～1962)；(b)80年代(1980～1989))， 432

图11.3.3 夏季平均的地面气压距平的分布形势((a)50年代(1953～1962)；(b)80年代(1980～1989))， 433

11.4 大洋状况的年代际变化特征机制 434

图11.4.1 热带偶极子指数高的6年和指数低的5年平均的SST和风速异常之差， 435

图11.4.2 低通滤波后的NAO指数和拉布拉多海水的位温的时间变化， 436

图11.4.3 热带西太平洋SSTA的年际变化(b)及其功率谱(a), 437

图11.4.4 北太平洋SSTA的年际变化(b)及其功率谱(a), 438

图11.4.5 250m深层海温变化的EOF-1的分布特征， 439

图11.4.6 北太平洋250m深层海温异常的水平分布， 439

11.5 中国气候的十年及年代际变化 441

图11.5.1 中国年平均最低温度距平和趋势的时间变化特征(9年滑动平均结果)， 442

图11.5.2 中国东部10年滑动平均干旱指数的变化曲线及其线性拟合((a)整个东部；(b)东部长江以北；(c)东部长江以南)， 442

图11.5.3 由Mann-Kendall秩检验法所得的中国东部干旱指数的突变点， 443

图11.5.4 中国年平均气温距平(a)和降水距平(b)的时间变化， 444

图11.5.5 北京、天津、保定和济南四个测站平均的汛期(6～8月)降水距平的变化(b)及其功率谱(a), 444

图11.5.6 500hPa东亚(30°～50°N，120°～150°E)大槽强度的时间变化及其子波分析结果， 445

图11.5.7 500hPa东亚(20°～35°N，120°～160°E)副热带高压强度的时间变化及其子波分析结果， 445

11.6 尚需特别注意研究的几个问题 446

参考文献 447

12 气候的可预报性问题 449

12.1 大气运动的可预报性 449

图12.1.2 不同分辨率模式(T21，T40和T63)数值预报的10d平均500hPa高度异常相关曲线((a)以1977年1月1日为初值；(b)以1979年1月16日为初值)， 452

图12.1.1 40°～60°N平均500hPa位势高度的数值模拟均方根误差随时间的变化((a)对0～4波的平均；(b)对5～12波的平均)， 452

图12.3.2 四类吸引子和相轨线((a)定常吸引子；(b)周期吸引子；(c)准周期吸引子；(b)奇异吸引子)， 453

12.2 气候的可预报性 454

图12.1.3 不同性质偶极子的演变((a)、(b)、(c)分别表示无浮漂、小浮漂和较大浮漂的情况)， 454

图12.2.1 NCAR大气环流模式试验中，13.5km高度层纬向风误差所引起的纬向风(a)和温度(b)的全球(包括6个模式层)均方根误差增长， 455

图12.2.2 500hPa高度的均方根误差的增长示意图((a)持续性预报；(b)现有模式预报：(C)理想化模式预报)， 456

图12.2.3 预报误差能量谱随时间的增长率， 456

图12.2.4 在(22°～38°N，10°W～45°E)地区的平均海平面气压值随积分时间的变化， 457

图12.2.5 在(38°～58°N，110°～165°E)地区的500hPa平均温度随积分时间的变化， 457

表12.2.1 冰期(18000年前)和现在的区域平均地面边界条件， 458

图12.2.6 数值模拟得到的冰期(18000年前)和现在的7月份纬向平均降水率(a)和蒸发率(b)的分布， 458

图12.2.7 平均经圈环流的流函数模拟结果((a)和(b)分别的冰期(18000年前)和现在条件的模拟形势)， 459

12.3 非线性动力系统与可预报性 460

图12.3.1 定常吸引子结点(a)和焦点(b)状态随时间的变化， 462

图12.3.3 非线性水平运动的分岔， 465

图12.3.4 非线性水平运动的突变， 465

图12.3.5 对流方程的数值解随时间的变化， 466

图12.3.6 分岔--倍周期分岔--混沌， 466

表12.3.1 几种资料序列给出的气候吸引子的分数维， 467

图12.3.7 对气候资料序列B用不同分数维D进行过滤的结果((a)原资料序列；(b)D=3.5 的过滤结果；(c)D=3.25的过滤结果；(d)D=3.1的过滤结果)， 467

图12.3.8 由8个站的气压的加权平均(1884～1983年)表示的SOI序列的累积分布函数， 470

表12.3.2 系统的维数、熵和可预报尺度， 470

参考文献 471

13 人类活动与气候变化 473

13.1 温室气体和气溶胶 473

表13.1.1 人类活动对大气中几种主要温室气体的影响， 473

图13.1.1 在冒纳罗亚火山观测到的大气中CO2月平均浓度的变化， 474

图13.1.2 过去250年里大气中CO2浓度随时间的变化， 474

图13.1.3 碳特环模式对大气中CO2浓度的未来演变的模拟结果((a)排放量p=0;(b)p每年减少2%；(c)p为1990年值不变；(d)p每年增加2%；(b)从2010年开始每年减少2%;(c`)从2010年开始每年同量排放)， 475

图13.1.5 在中国民勤沙漠地区观测的大气CH4浓度的变化 476

图13.1.4 在莫尔德贝［加］观测的CH4浓度的变化， 476

图13.1.6 过去几个世纪以来大气中CH4浓度的变化， 477

表13.1.2 大气中CH4的源和汇， 477

图13.1.7 在格里姆角观测到的大气卤烃浓度的变化， 478

表13.1.3 大气中的卤烃浓度及其变化趋势((a)Gornitz和Lebedeff(1987)的结果；(b)Barnett(1988)的结果)， 479

图13.1.8 大气中N2O浓度的一些观测资料， 479

表13.1.4 气溶胶层对气候的影响， 481

13.2 大气中CO2浓度增加的气候效应 482

表13.1.5 全球每年排放的气态硫化物的估计量， 482

图13.2.1 估计得到的12000万年以来低纬度海面温度、高纬度海面温度及俄罗斯平原地面空气温度与大气中CO2浓度的关系， 482

表13.2.1 大气中CO2浓度的变化及其辐射强迫， 484

图13.2.2 在1765～1990年间大气中温室气体浓度增加所引起的辐射强迫的变化， 484

图13.2.3 1980～1990年间各种温室气体对辐射强迫变化的贡献百分比， 484

图13.2.4 大气中CO2浓度加倍给地面-对流层系统造成的辐射强迫， 485

图13.2.5 大气中CO2浓度加倍给地面和对流层造成的辐射强迫， 485

图13.2.6 CO2浓度加倍引起的6～8月平均空气温度变化的纬向平均分布， 486

图13.2.7 CO2浓度加倍引起的地面温度增加的纬向平均值的时间演变， 487

图13.2.8 加拿大气候中心(a)、GFDL(b)和英国气象局(c)三个高分辨率模式得到的CO2浓度加倍所引起的冬季地面空气温度变化的全球分布， 487

图13.2.10 大气中CO2浓度增加到4倍时，纬向平均地面空气温度增加的纬度分布， 488

图13.2.9 大气中CO2浓度增加所引起的地面空气温度变化的纬向平均值的时间演变， 488

图13.2.11 大气中CO2浓度加倍所引起的土壤湿度变化的时间-纬度剖面， 489

表13.2.2 在不加控制地排放CO2的情况下，模拟得到的2030年几个主要地区地面空气温度、降水量和土壤湿度变化的 最佳 估计， 489

图13.2.12 CO2浓度加倍对美国加利福尼亚州各种农作物平均产量的影响， 490

图13.2.13 最近一个世纪以来全球平均海平面升高的趋势， 490

13.3 其他温室气体的气候效应 491

图13.2.14 在温室气体排放无控制的情况下，1990～2100年间全球平均海平面上升趋势的估计， 491

表13.3.1 主要温室气体浓度的变化及其对全球平均地表温度的影响， 492

图13.3.1 大气CO2(a)、CH4(b)和CFC-11(c)的浓度变化， 492

表13.3.2 四种政策性排放情况下辐射强迫的变化 493

图13.3.2 基于1850～1990年间观测到的以及1990～2100年间预计的温室气体浓度的增加量，模拟得到的全球平均温度的增加值(与1765年相比较)， 494

13.4 核冬天 494

图13.4.1 核爆炸与极区空气温度和北半球中纬度海面温度的时间变化的关系， 495

表13.4.1 烟尘释放因子， 496

表13.4.2 城市大火所产生的烟尘的吸收和消光系数， 496

表13.4.3 降水过程所带走的烟尘的百分比值， 497

表13.4.4 一场10000百万吨当量的核战争对北半球生物圈的长期影响， 498

图13.4.2 不同类型核战争情况下北半球大气平均光学厚度(λ=0.55μm)的时间演变以及墨西哥埃尔奇冲火山爆发的模拟结果， 499

图13.4.3 不同类型核战争爆发对北半球平均陆面气温的影响， 500

图13.4.4 地面核爆作后(图13.4.2 中核战争 1 情况)，平流层和对流层温度变化的高度-时间剖面， 500

图13.4.5 核战争爆发后10～20d平均的纬向平均温度变化的垂直分布的GCM模拟结果， 501

图13.4.6 初始时刻以及核爆炸烟尘进入大气层之后地面温度的水平分布((a)t=0;(b)t=2d;(c)t=10d), 501

图13.5.1 中纬度地区大气臭氧的平均垂直分布， 502

13.5 大气中的臭氧及臭氧洞 502

图13.5.2 北半球臭氧总量的平均时间-纬度剖面， 503

图13.5.3 在阿斯彭德尔和诺威尔的10hpa和40hPa高度观测到的臭氧量的年变化， 504

图13.5.4 全球平均臭氧总量的年际变化， 506

图13.5.5 用TOMS从卫星上测量得到的南半球中高纬度地区臭氧总量的分布((a)1991年10月5日；(b)1991年11月14日)， 508

图13.5.6 1986年10月10日南极臭氧洞的TOMS照片， 509

图13.5.7 臭氧总量的时间-纬度剖面的模拟结果((a)对应(1990年 的情况；(b)对应 1996 年的情况)， 510

参考文献 510

附录：本书部分英文缩写 514