氣候系統
氣候系統
氣候系統是一個包括大氣圈、水圈、陸地表面、冰雪圈和生物圈在內的，能夠決定氣候形成、氣候分佈和氣候變化的統一的物理系統。氣候系統由大氣、海洋、陸地表面、冰雪復蓋層和生物圈等五個部分組成。氣候系統穩定性的兩個制約因素：能量收支方面的外部因素、氣候系統內部的性質。氣候系統的敏感性和穩定性與反饋機制。
氣候系統（Climate System）
氣候系統
通過物質交換和能量交換，緊密地聯結成一個開放系統。
大氣圈是氣候系統中最活躍、變化最大的組成部分。
1）大氣圈的組成：
大氣是由多種氣體混合組成的，此外，還懸浮由一些固體雜質和液體微粒；
干潔空氣：90km以下可以看成是分子量為28.97的“單一成分”的氣體；
大氣中臭氧的形成、分佈與作用；
大氣中的二氧化碳；
大氣中的水汽；
大氣氣溶膠粒子。
2）大氣的結構：
大氣的上界：物理上界——1200km；著眼於大氣密度，約2000－3000km。
大氣的垂直分層：觀測證明，大氣在垂直方向上的物理性質是有顯著差異的。根據溫度、成分等物理性質，同時考慮到大氣的垂直運動等情況，可將大氣分為五層：
（1）對流層：
範圍：～對流層頂（對流層頂高度的緯度、季節變化）
主要特徵：氣溫隨高度增加而降低；垂直對流運動顯著；氣象要素水平分佈不均勻。
對流層的分層：行星邊界層（或摩擦層）、自由大氣、對流層頂。
（2）平流層：
氣候系統
主要特徵：隨高度的增高，氣溫最初保持不變或微有上升，約30km以上，氣溫隨高度增加而顯著升高；氣流比較平穩，垂直混合運動顯著減弱；水汽含量極少。
（3）中間層：
範圍：平流層頂～85km左右。
主要特徵：氣溫隨高度增加迅速下降；垂直運動強烈；水汽含量更少；電離層D層。
（4）熱層：
此層沒有明顯的頂部。有人觀測在250～500km；有人認為可達800km。
主要特徵：氣溫隨高度增加迅速升高；空氣處於高度電離狀態；在高緯度晴夜，可出現極光。
（5）散逸層：
是大氣的最高層，又稱外層。
主要特徵：該層的主要特點是大氣粒子經常散逸至星際空間，是大氣圈與星際空間的過渡地帶。
1）水圈：
水圈包括海洋、湖泊、江河、地下水和地表上的一切液態水，其中海洋在氣候形成和變化中最重要。
海溫的垂直變化：表層暖層、斜溫層、冷水層。
海洋在氣候系統中具有最大的熱慣性，是一個巨大的能量貯存庫。
2）陸面：
岩石圈、陸地表面；岩石圈變化時間尺度長；陸面的動力作用和熱力作用。
3）冰雪圈：
冰雪圈包括大陸冰原、高山冰川、海冰和地面雪蓋等。
冰雪圈的變化尺度：陸地雪蓋——季節變化；海冰——季節到幾十年際的；大陸冰原和冰川——幾百甚至到幾百萬年。
冰雪圈對地表熱量平衡的影響：很大的反射率；阻止地表和大氣間的熱量交換。
4）生物圈：
對氣候變化很敏感，反過來影響氣候。
對大氣和海洋的二氧化碳平衡、氣溶膠粒子的產生以及其他與氣體成分和鹽類有關的化學平衡等的作用。
1）氣候系統是一個開放系統：
氣候系統與其外空間的物質交換是微乎其微的。從這個意義上，氣候系統可以被看作是一個封閉系統。
氣候系統與外空間有能量交換。從這個意義上，氣候系統是一個開放系統。
2）氣候系統是一個複雜的系統：
無論從描述氣候系統的物理量的空間分佈和時間變化上講，還是從氣候系統中發生的過程類型上講，氣候系統都是非常複雜的。
3）氣候系統是一個高度非線性的系統：
氣候系統中的重要過程：物理過程、化學過程和生物過程。
氣候系統中發生的重要過程是氣候系統各組成部分之間相互作用和相互影響的具體表現，是氣候系統表現出高度非線性的根本原因。
氣候系統各部分之間熱力學和動力學屬性的顯著差異。
氣候系統的穩定性（廣義）是氣候系統演變的重要性質。
氣候系統穩定性的兩個制約因素：能量收支方面的外部因素、氣候系統內部的性質。
氣候系統的穩定性是相對的。
氣候系統
可增強最終的輸出結果(正反饋)，也可以減弱輸出結果（負反饋）。
反饋過程舉例：正反饋過程——冰雪反照率反饋、水汽反饋、二氧化碳反饋；負反饋過程——雲反饋。
氣候系統的敏感性和穩定性與反饋機制。
Lorenz把氣候預報分為兩類，第一類是與時間有關的，即習慣上的氣候預報問題；第二類是與時間無關的，對應于敏感性問題。
氣候系統的可預報性與外部強迫及內部過程的特性有關。