4.3 海-气相互作用 课件 2025-2026学年高二上学期地理湘教版选择性必修一

选修一第四单元第三节 海——气相互作用 CONTENTS 目录 01 海—气相互作用的内涵与水热交换 02 海—气相互作用与全球水热平衡 03 厄尔尼诺现象及其影响 04 拉尼娜现象及其影响 05 海—气相互作用的案例分析 06 海—气相互作用与人类活动 海—气相互作用的内涵与水热交换 01 海—气相互作用的定义与意义 海—气相互作用的定义 海—气相互作用是指海洋与大气间物质、能量持续交换的互相影响过程。 海洋的热能储存库作用 海洋是地球上巨大的热能储存库，吸收了到达地表太阳辐射能的70%，并将其中85%的热量储存在海洋表层，对气候的形成和变化具有重要影响。 海—气间的水分交换机制 海洋蒸发量的占比 海洋的蒸发量约占地球表面总蒸发量的86%，海水蒸发时会把大量水汽输送给大气，大气中的水汽在适当条件下凝结以降水形式返回海洋，实现水分交换。 海水温度对蒸发量的影响 海洋的蒸发量与其表层水温密切相关，一般来说，海水温度越高，蒸发量就越大，海洋的热状况和蒸发情况直接制约着大气水汽的含量与分布。 水分交换活跃区案例 低纬度海区和有暖流流经的海区，海面蒸发旺盛，空气湿度大，降水较丰沛，海—气间的水分交换也较为活跃。 海—气间的热量交换途径 海洋对太阳辐射能的吸收 海洋表面反射能力弱，能多保留太阳辐射能，吸收了到达地表太阳辐射能的70%，是地球上太阳辐射能的重要存储器。 热量输送方式 海洋通过潜热（海水蒸发吸收的热量或水汽凝结释放的热量）、长波辐射等方式将储存的太阳辐射能输送给大气，是大气热量的主要供给者。 热带地区的能量作用 热带地区海洋面积大，水温高，向大气输送的热量多，是驱动地球大气系统的主要能量来源地。 海洋与大气的二氧化碳交换 海洋在碳循环中的重要性 在全球碳循环系统中，海洋的作用比陆地更为重要，大气中的二氧化碳绝大部分通过海洋的物理—生化过程被同化吸收，并以固态碳的方式向海洋深部转移。 二氧化碳交换过程 海水通过与大气接触直接溶解二氧化碳；海洋生物利用溶解的二氧化碳进行光合作用并固定在生物体内，部分通过呼吸作用和残体分解释放，部分形成碳酸盐和有机碳沉积。 海水温度对二氧化碳溶解度的影响 地球表面温度增高会使海水温度上升，二氧化碳在海水中的溶解度减小，导致更多二氧化碳返回大气，目前海洋中溶解的二氧化碳比大气中高60倍，海水温度上升对地球是潜在巨大威胁。 海—气相互作用与全球水热平衡 02 大气环流与大洋环流的作用 01 环流系统维持全球水热平衡 大气环流与大洋环流通过驱动水分和热量在不同地区的传输，构成维持全球水热平衡的基础。 02 高低纬度加热差异形成大气环流 不同纬度海区对大气加热存在差异，促使高低纬度间大气环流的产生。 03 海陆加热差异形成季风环流 海陆间对大气加热的不同，导致季风环流的形成，影响局部气候与降水分布。 04 大气运动驱动海洋水体运动 大气运动和近地面风带是海洋水体运动的主要动力，推动大洋环流的形成与发展。 全球水循环与水量收支 海洋水量收支状况 海洋多年平均蒸发量505000千米³，降水量458000千米³，径流量-47000千米³，体现海洋为陆地提供水汽的重要作用。 陆地外流区域水量收支 陆地外流区域多年平均蒸发量63000千米³，降水量110000千米³，径流量47000千米³，通过径流将多余水分返回海洋。 陆地内流区域水量收支 陆地内流区域多年平均蒸发量9000千米³，降水量9000千米³，径流量为0，水分在区域内完成循环。 全球水量动态平衡 全球多年平均蒸发量与降水量均为577000千米³，总水量长期保持稳定，构成生生不息的水循环。 大洋环流对热量输送的影响 低纬度热量向高纬度输送 低纬度海洋获得较多太阳辐射能，主要通过大洋环流将多余热量向较高纬度输送，调节纬度间热量分布。 中纬度海气热量交换 在中纬度地区，海洋与大气之间进行热量交换，海洋将大量热量输送给大气。 大气环流助力高纬度热量输送 中纬度大气获得热量后，再由大气环流将热量向更高纬度输送，进一步平衡全球热量分布。 北半球海洋热量收支的纬度差异 不同纬度热量收支特点 纬度低于30°N的区域，热量收入多于支出；纬度高于30°N的区域，热量收入少于支出，极地差值达到最大。 赤道未持续增温的原因 赤道地区虽热量收入多，但通过大气环流和大洋环流将多余热量向中高纬度输送，避免赤道越来越热。 极地未持续变冷的原因 极地热量支出大于收入，而大气环流和大洋环流不断从低纬度向极地输送热量，维持极地温度相对稳定，未出现越来越冷的现象。 厄尔尼诺现象及其影响 03 厄尔尼诺现象的定义与发现 名称由来 “厄尔尼诺”是西班牙语“圣婴”的译音，因秘鲁寒流流经海岸附近在圣诞节前后出现海水异常变暖现象而得名。 沿岸表现 秘鲁寒流沿岸海水明显变暖，同时突降大雨，当地海鸟结队迁徙，冷水性鱼类因不适应温暖海域环境而大量死亡。 厄尔尼诺的形成机制 正常情况 太平洋赤道两侧盛行稳定强劲的偏东信风，将温暖的表层海水吹离南美沿岸。 信风减弱影响 信风减弱时，南美太平洋沿岸表层水温增高，秘鲁寒流近赤道段变性为暖流。 事件判定标准 当增温幅度大于0.5℃并持续几个月至半年时，便形成一次新的厄尔尼诺事件。 厄尔尼诺对全球气候的影响 中、东太平洋及南美沿岸 直接导致异常多雨，甚至引起洪涝灾害，如智利北部沙漠地区曾因连绵阴雨出现鲜花盛开的奇观。 热带西太平洋 造成降水减少，使印度尼西亚、澳大利亚等地区严重干旱。 海水温度异常案例 1997年和2015年厄尔尼诺事件均引起显著的海水温度异常，可参考图4-22、图4-23中的温度距平情况。 厄尔尼诺与二氧化碳释放的关系 积极作用机制 厄尔尼诺现象能减缓富含二氧化碳的上泛冷水的上移速度，从而减少海洋向大气释放的二氧化碳数量。 相关背景数据 世界热带海洋所释放的二氧化碳有3/4来自太平洋赤道海域，厄尔尼诺在减少二氧化碳释放、延缓全球变暖方面具有一定积极作用。 拉尼娜现象及其影响 04 拉尼娜现象的定义与特征 拉尼娜的核心定义 拉尼娜是指赤道太平洋东部和中部海域水温异常下降的现象，其名称源自西班牙语“小女孩”。 “反厄尔尼诺”的别称由来 因拉尼娜现象与厄尔尼诺现象的海水温度变化趋势相反，故被称为“反厄尔尼诺现象”。 影响程度特点 拉尼娜对气候的影响程度及威力比厄尔尼诺要小。 拉尼娜的形成机制 海面信风的作用 拉尼娜现象的形成始于海面信风加速，这一过程促使东部和中部太平洋出现离岸气流。 深层冷水上翻过程 离岸气流导致深层海水将低温冷水上翻，进而使赤道太平洋东部和中部海面温度降低。 海—气相互作用结果 拉尼娜与厄尔尼诺均为海—气相互作用的结果，是海洋和大气系统相互影响的体现。 拉尼娜对气候的潜在影响 赤道太平洋东岸气象灾害 拉尼娜发生时，赤道太平洋东岸地区可能出现干旱灾害，因该区域海水温度降低，大气对流减弱，降水减少。 赤道太平洋西岸气象灾害 赤道太平洋西岸地区可能出现多雨甚至洪涝灾害，由于信风加速，暖湿气流向西部聚集，导致降水增多。 海—气相互作用的案例分析 05 印度洋表层水温差异现象 波斯湾、红海与索马里沿岸夏季气温差异原因 波斯湾和红海夏季气温常达30℃以上，因其受副热带高气压带控制，晴天多，太阳辐射强，且海域相对封闭，热量不易扩散；索马里沿岸最热季节气温一般不到25℃，主要由于夏季盛行西南季风，导致沿岸冷水上泛（索马里寒流），降低了表层海水温度，进而使沿岸气温较低。 赤道以北印度洋东暖西冷水温分布对气压场的影响 赤道以北附近印度洋表层水温呈现东暖西冷的分布格局。东部暖水区海水温度高，蒸发旺盛，空气受热膨胀上升，形成低气压；西部冷水区海水温度低，空气冷却收缩下沉，形成高气压。这种热力差异导致气压场出现东低西高的分布特征，进而影响大气环流。 赤道以北印度洋大气环流剖面结构 大气环流剖面结构描绘 赤道以北印度洋由东到西的大气环流系统剖面结构为：东部暖水区空气受热上升，形成上升气流；上升气流在高空向西部冷水区流动；到达西部冷水区上空后，因冷水区空气冷却下沉，形成下沉气流；下沉气流在近地面由西部向东部暖水区流动，从而构成一个完整的热力环流圈（即东升西降的垂直环流）。 水温分布对环流的热力作用影响 赤道以北印度洋东暖西冷的水温分布是驱动该大气环流的根本原因。东部暖水提供充足热量，使空气受热上升，形成低压，为环流提供上升动力；西部冷水使空气冷却下沉，形成高压，为环流提供下沉动力。这种海陆间的热力差异导致了大气的垂直运动和水平运动，从而形成了由东到西的大气环流系统。 海—气相互作用与人类活动 06 海—气异常对生产生活的影响 对农业生产的干扰 厄尔尼诺导致中、东太平洋及南美沿岸异常多雨，引发洪涝灾害，影响农作物生长；同时使热带西太平洋降水减少，造成印度尼西亚、澳大利亚等地区严重干旱，导致农业减产。 对渔业资源的破坏 厄尔尼诺发生时，秘鲁寒流近赤道段变性为暖流，冷水性鱼类因不适应温暖海域环境大量死亡，导致以这类鱼为食的鸟类死亡或迁徙，严重影响当地渔业经济。 极端天气事件的频发 厄尔尼诺引发智利北部沙漠地区出现鲜花盛开的异常现象，同时带来大范围洪涝、干旱等极端天气；拉尼娜虽影响程度及威力较厄尔尼诺小，但同样会通过改变大气环流引发异常气候，威胁人们正常生产生活。 应对海—气变化的思考与展望 加强海—气相互作用监测 建立全球海洋和大气观测网络，实时监测海水温度、洋流、大气环流等关键要素，获取准确数据，为分析海—气相互作用及异常现象提供基础。 提升气候预测能力 利用先进的气候模型和大数据技术，结合监测数据，提高对厄尔尼诺、拉尼娜等现象的预测精度和时效，为农业、渔业、防灾减灾等领域提供科学预警。 制定适应性策略 针对海—气变化可能带来的影响，农业领域可调整种植结构和灌溉方式，渔业部门合理规划捕捞活动，政府及相关部门完善极端天气应急预案，以减少对人类社会的危害。 $