气候动力学

来自集智百科 - 复杂系统|人工智能|复杂科学|复杂网络|自组织
Mihaishan讨论 | 贡献2022年5月9日 (一) 19:46的版本
跳到导航 跳到搜索

此词条由地球系统科学读书会词条梳理志愿者 Mihaishan 翻译审校,未经专家审核,带来阅读不便,请见谅。

气候动力学 (climate dynamics) 这门学科致力于研究气候的长期变化规律及原因,涉及的时间跨度长达数十年,而空间范围则覆盖全球。在该领域中,研究者需要理解自然的(不受扰动的)气候系统、人类活动对气候变化产生的影响、探索如何预测气候的未来,并且向公共部门提供有据可循的政策建议,包括能源利用、农业生产、水资源利用和保护、环境保护,等等。

气候的一种定义为“大气层、水圈、岩石圈系统的慢速变化”。有的定义将生物圈也包含其中,是由于生物在气候变化的过程中扮演了重要角色,例如:在地球的45亿年历史中,大气层的化学组成受到了生物演化的影响。

气候(climate)一词起源于希腊语 klima,指太阳的入射角。这是一个合理的词源,因为太阳辐射是气候系统中最根本的能量源。然而,人们需要研究更多因素才能理解气候。在地球系统的各种变化过程中,太阳辐射被转化为其它形式的能量,分布于全球,横跨南北极,并沿着竖直方向穿越大气层和海洋。太阳能不仅温暖了大气和海洋,也产生了风和洋流、激活了水的相变、驱动化学转化、支持生命活动,而气候变化则产生于各种交互过程中。

全球气候系统的原理概述如图1所示。图片展现了气候系统的五个子系统、决定气候状态量的重要过程,以及气候变化中的各个环节。

气候动力学目前正处于关键发展时期。根据可靠信息,过去和现在的气候存在显著差异,据此可知,气候系统能够发生明显变化,并且可以快速改变,同时大气层的化学组成也正在变化。如今卫星和基于地球的观测网络能够精准地检测气候变化。

图1 全球气候系统原理概述 气候系统的五个子系统(粗体):大气层(Atmosphere)、水圈(hydrosphere)、生物圈(biosphere)、冰冻圈(cryosphere)、地表(land surface)。交互过程(细箭头):大气-冰交互(Atmosphere-ice Interaction)、热交换(Heat Exchange)、风压(Wind Stress)、降水-蒸发(Precipitation-Evaporation)、地表辐射(Terrestrial Radiation)、土壤-生物圈交互(Soil-Biosphere Interaction)、大气-生物圈交互(Atmosphere-Biosphere Interaction)、陆地-大气交互(Land-Atmosphere Interaction)、冰-海洋耦合(Ice-Ocean Coupling)、水圈的河流湖泊和海洋的交互(Hydrosphere: Rivers&Lakes, Ocean)。变化中的要素(粗箭头):太阳能输入变化(Changes in Solar Inputs)、大气层成分变化以及大气环流(Changes in the Atmosphere: Composition, Circulation)、水循环变化(Changes in the Hydrological Cycle)、海洋变化包括环流、海平面、生物地球化学(Changes in the Ocean: Circulation, Sea Level, Biogeochemistry)、地表变化包括地形、土地用途、植被、生态系统(Changes in/on the Land Surface: Orography, Land Use, Vegetation, Ecosystems)、冰冻圈包括海冰、冰盖、冰川(Cryoshpere: Sea Ice, Ice Sheets, Glaciers)。

1