地球上某一地區多年的天氣和大氣活動的綜合狀況。它不僅包括各種氣候要素的多年平均值,而且包括其極值、變差和頻率等。任何氣候都與一定的地區相聯繫,不同地區的氣候存在差異。氣候又隨時間變化,不同年份、世紀的氣候值都不相同。按世界氣象組織(WMO)規定,目前以1951~1980年的氣候值為通用值。

  氣候一詞的古希臘文為

,原意為"傾斜”,指太陽光射至各地的傾斜程度不同,造成各地冷暖差異。中國古代氣候一詞意指時節。戰國時期《黃帝內經·素問》載有:“五日謂之候,三候謂之氣,六氣謂之時,四時謂之歲。”

  氣候形成因子 氣候的基本特征是由太陽輻射、下墊面性質、大氣環流和人類活動等因子長期相互作用而形成的。

  太陽輻射 地球上的熱量以及產生大氣運動和洋流等的能量來自太陽輻射。太陽輻射強度隨緯度和季節而變化,在一天內隨日出至日沒的晝長而變化。到達大氣上界的太陽輻射主要是短波輻射,光譜的99%在波長0.15~4.0微米之間。地面和大氣輻射是長波輻射,主要在波長3~120微米之間。大氣中的氧、臭氧、水汽和雲吸收某些波長的太陽輻射,水汽、雲和二氧化碳吸收地面輻射。大氣吸收這些輻射而變暖。大氣輻射朝各個方向,其中有一部分回到地面。輻射平衡使近地面空氣的平均溫度保持在一定水平上。飄浮在大氣中的雲、塵埃和其他微粒吸收反射和散射的太陽輻射。因此,雲量的變化及其分佈、火山爆發後的塵埃、工業污染的煙塵等物都可能使氣候變化,甚至較長期的變化。另外,太陽活動、日地距離變化和地軸的擺動等也影響太陽輻射的強弱。

  下墊面性質 地球表面的71%為海洋,其餘為陸地。海洋和陸地的差異,對氣候產生顯著的影響。水的比熱大於任何其他普通物質,一定的輻射熱量使水面升溫最少。太陽輻射可透射到水的一定深度,當太陽光線直接投射到水面時,在水體10米深處的太陽輻射量相當於水面表面太陽輻射量的18%;而在陸地,太陽輻射變化隻能影響到很淺的深度。幹的沙和土的比熱、熱導率很小,熱量得失和溫度升降都很快。例如,撒哈拉沙漠地面的溫度日變化一般都在40~50℃,而熱帶洋面溫度日變化通常小於1℃。海洋中向北和向南的洋流能夠有效地交換高緯度和低緯度地區的熱量。海洋特別是暖水面的海洋向大氣提供水分,水汽凝結成雲,釋放潛熱,大氣運動把水分和熱量帶到高緯度地區和內陸。在暖洋流的邊緣,特別是在和冷洋流相接的洋面,低層大氣溫度梯度很大,兩側大氣增溫顯著不同,因而產生急流,影響天氣系統的發展。

  陸地上不同的自然景觀也對氣候產生影響。例如,不同地面對太陽輻射反射率不同:新落雪面為85~90%;沙漠為25~30%;落葉樹林為15~25%;常綠樹林為7~15%;耕地(幹)為10~15%;水面當太陽接近天頂時為2~5%,接近地平面時則大於80%。因反射率的差異,使氣溫有相應高低不同的區別。

  不同地形常常形成局地氣候差異。例如,山脈迫使氣流上升、冷卻,水汽凝結,向風坡雨量增多,而背風坡雨量減少。又如,在山地,由於山坡和谷地增熱不同,形成山谷風;海(湖)邊由於水和陸增熱不同,形成海(湖)陸風(見地方性風)。在城市,由於人類活動的強烈影響,產生特殊的下墊面,形成一種特殊氣候,有熱島和熱島環流現象(見城市氣候)。

  大氣環流 太陽輻射隨緯度的分佈、季節的變化,以及海陸的存在和地球自轉的偏向作用,使得各地的氣溫、濕度、氣壓均不相同。空氣總是由高壓流向低壓,力圖使各地的氣壓、氣溫、濕度趨向一致,於是形成大范圍的氣流運行,包括經圈環流和緯圈環流、行星風系,以及形成氣旋、反氣旋、鋒面等。其所經之處,往往產生風、晴、陰、雨、雪等各種天氣現象,對氣候形成起重要作用。

  人類活動 人類利用和改造自然,改變瞭下墊面的性質,往往自覺或不自覺地改變著氣候。有些措施使氣候改善,如蓄水灌溉、植樹造林等;有些措施則使氣候惡化,如濫墾荒地、亂砍森林等。由於人類社會工業化、城市化的發展,燃燒煤和石油,向大氣釋放大量熱量,並使大氣中二氧化碳、塵埃等增多,改變著大氣的物理性質和化學成分,對地球氣候產生持久的影響。多數人認為二氧化碳、塵埃等有溫室效應,可使地面溫度升高;少數人則認為二氧化碳和塵埃減弱太陽輻射,可使地面溫度降低。

  主要氣候要素的分佈 各種氣候要素有一定的分佈規律。

  氣壓 由於海陸表面熱力差異和季節變化,全球氣壓帶受到破壞而表現為隨地區和季節變化的多個氣壓中心。這些氣壓中心左右著大氣環流的變化,對不同地區氣候的形成和變化有重要影響。海拔高度上升,氣壓隨之下降,在離地面幾公裡內,每上升1公裡,氣壓約下降100百帕。氣壓的分佈決定風向。在北半球,高壓區風按順時針方向吹,低壓區按逆時針方向吹;在南半球,情況相反。氣壓梯度愈陡,風力愈大。海平面最大風速可達每小時300公裡,熱帶颶風和臺風每小時可達250~280公裡。

  溫度 就全年來說,南、北緯35°以內,輻射熱量的收入大於支出,以外則支出大於收入。但就全球海平面的年平均溫度來說,南、北緯約55°以內為正值,緯度50°約為6℃,赤道約26℃;緯度55°~60°之間由正值過渡到負值;緯度60°以上為負值;北極約為-22℃,南極為-33℃左右。圖1、圖2分別為全球1月和7月的海平面平均氣溫分佈情況。

圖1 全球1月海平面平均氣溫圖(單位:℃)

圖2 全球7月海平面平均氣溫圖(單位:℃)

  世界上氣溫的最高紀錄在利比亞的阿濟濟亞(北緯32°30′,海拔112米),為57.7℃;其次在美國加利福尼亞的死谷(北緯30°30′(海拔-54米),為56.7℃。最低紀錄在南極洲的“東方Ⅱ”號科學站(南緯78°28′,約海拔3400米),為-88.3℃;其次在蘇聯西伯利亞的上揚斯克(北緯67°33′,海拔137米),為-69.8℃。中國最高紀錄在新疆維吾爾自治區吐魯番機場(海拔-80米),為49.6℃(1975年7月13日);最低紀錄在黑龍江省漠河(北緯53°30′,海拔280米),為-52.3℃(1969年2月13日)。氣溫隨海拔高度的變化,在低層大氣平均為每上升100米下降0.6~0.7℃。

  降水量 全球各地年平均降水量差異很大(圖3)。世界最多雨的地方在赤道帶以及面向西南季風的喜馬拉雅山脈的南坡。例如,印度的阿薩密(海拔1313米)1861年降雨22990毫米。中國最多雨的地方是臺灣省火燒寮(海拔380米),1912年降雨8408毫米。

圖3 全球年平均降水量圖(單位:mm)

  氣候分類 許多學者研究瞭氣候分類,並提出各自的分類系統,如柯本氣候分類、貝爾格氣候分類、阿利索夫氣候分類、索恩思韋特氣候分類、斯特拉勒氣候分類。這些分類按方法不同大致可歸為3類:成因分類、經驗分類和成因與經驗相結合的分類。

  氣候的時間變化 氣候變化的時間長度包括從幾十億年的地質時期的演變到以日為周期的晝夜變化。

  日變化 由於地球自轉,白天地面因太陽輻射而獲得熱量,夜晚沒有太陽輻射,地面損失熱量。以一日為周期的氣候變化,在中、低緯度是很顯著的。有的地方晝夜氣溫相差最高可達30℃以上。例如,西藏定日1967年1月13日最高氣溫7.1℃,最低氣溫-23.5℃。

  季節變化 由於地球的公轉和自轉軸傾斜於公轉軌道面,到達地球表面各地的太陽輻射有規律地每年周而復始變化,使各地在每年大體相同的月份表現出一定的氣候特征。一年內,太陽直射在南、北回歸線(23°27′)之間作季節移動,地面的輻射收支、熱量分佈也跟著發生變化。這種變化,遠大於年與年、不同氣候期(冰期除外)之間的氣候變化。風帶及相應的雲、雨等的季節位移是不均勻、不連續的。

  現代時期的變化 有較系統的氣象儀器觀測資料以來(通常指19世紀下半葉以來)的氣候演變稱為現代氣候變化,其最主要的事實是20世紀20~30年代變暖和40年代以後變冷。

  歷史時期的變遷 人類文明出現後至有系統氣象觀測儀器資料以前的氣候演變叫做歷史時期氣候變遷,這時期氣候有多次幹濕、冷暖的重期變化。(見歷史氣候)

  地質時期的變遷 地球形成以來的約46億年間,氣候發生過多次巨大變化,出現過多次冰期。(見古氣候)

  氣候與生物 任何生物都隻能在一定的氣候條件下生存和繁殖。冷血動物的體溫隨環境溫度而變化,熱血動物保持一定的體溫,過冷過熱會自行調整。有些動物因氣候變化而長距離遷移,但這種遷移有一定氣候范圍。植物不能自行遷移,隻能靠休眠等方式提高其適應氣候的能力,所以分佈有明顯的氣候界限。例如,在最暖月平均氣溫<10℃的地方,樹木不能生長;年極端最低氣溫多年平均值<-10℃的地方,柑橘很難生存。

  氣候與人類 由於生產力的發展,人類已經能夠在一定程度上改變氣候,但是氣候仍然對人類的生產和生活等直接或間接地加以限制和施加影響。人的身材和膚色受氣候的影響最為明顯。高緯度地區,太陽輻射弱,人的膚色白;低緯度地區,太陽輻射強,人的膚色較黑。研究表明,在最暖月平均氣溫小於24℃,最冷月平均氣溫大於0℃的地方,最適於人類的生存,用於穿衣和住房的代價也最小。人類在開發利用由光照、熱量(溫度)、降水、風力組成的各種氣候資源方面做出許多努力,這些氣候資源與相應的土地、生物、水資源的地域組成,為發展人類社會的生產和改善生活條件提供瞭條件。

  

參考書目

 張傢誠、林之光著:《中國氣候》,上海科學技術出版社,上海,1985。

 H.E.Landsberg,ed.,World Survey of Climatology,Vol.1~15,Elsevier,New York,1985.