大气-海洋-陆地系统.ppt

Source: IPCC TAR (2001) Summary for Policy Makers Source: IPCC AR4 (2007) Summary for Policy Makers What is climate (A.S. Monin)? 在長達數十年期間，大氣-海洋-陸地系統狀態的統計系集」(A statistical ensemble of states of the atmosphere-ocean-land system during a time period several decades long. )。 三個重點: 統計系集、數十年及大氣-海洋-陸地系統 統計系集 氣候是由許多隨機過程所組成的，無法以數學函數準確地描述它在任何時刻的確切狀態(無論是過去或未來)。但是，它也可能具有某些可以被偵測到的統計特性。最明顯的例子是四季變化。地球自轉軸相對於黃道面的傾斜角（約23.5度）以及地球繞太陽公轉，是造成四季的主要原因之一。如果，上述的天文因素是影響四季的唯一因子，我們就可準確的預測世界各地的四季變化。但是，各地的四季變化還受到緯度、高度、海陸分布、地形、大氣內部動力甚至人為因素等的影響。已知及未知的隨機過程不斷地塑造地球氣候，令我們無法預知每一天的確切溫度。 統計系集 所幸經過許多觀測，我們仍可歸納出各地的四季變化的主要特徵，而且發現它仍是受到上述天文因素的影響。每一季節的長期平均溫度可以從許多年的資料計算出來，我們因此知道冷暖氣候的空間分布。分析多年資料之後，我們同時也發現冬季之後是春季、夏季、秋季，再回到到冬季，亦即季節與季幫之間有極高的相關性(red noise)。這個循環每年不停地運作，此一季節變化的長期平均特性，就是Monin所說的統計系集。由以上討論，我們知道，氣候是大氣-海洋-陸地系統的統計特性，而非任何時刻的確切狀態。 數十年 氣候具有多重時間尺度(multiple scale)的特性。氣候學要闡述的是變化較緩慢的部份，因此必須作某種篩選以便濾除氣候系統中變化較快的部份。最常用的方法即時間平均。但是，對於應取多長的時間來計算氣候特性的系集平均有許多不同的看法。WMO(世界氣象組織)將之定義為30年(1951-1980)。IPCC則取1961-1990 ，再以此為參考點，探討氣候在其他時間的相對變化(anomaly;距平)。 Can climate change occur over short time period? By definition, NO! What is climatology? Study the statistical properties of the atmospheric variables: means, variability, max, min., etc. Weather or climate? Did it rain yesterday at Taipei? When does Bombay enter the rainy season? Was last winter colder than normal? 大氣-海洋-陸地系統 Monin定義的氣候系統，只包含了大氣、海洋、陸地三大分量，明確地指出氣候變化的表徵雖然主要呈現在描述大氣的氣象變數上，此表徵實際上是三大氣候次系統歷經交互作用後的產物。 近年來更再細分之以考慮生物的影響。地球氣候系統則包括大氣圈、水圈、冰雪圈、岩石圈及生物圈。這些次系統彼此之間又息息相關，不斷地進行交互作用。=Rising of Earth System Science 五大氣候次系統，以大氣圈變化最快。次系統之間的交互作用的結果也最快呈現於大氣圈。 Subsystems in Earth Climate System Atmosphere: Nitrogen (78.1% volume mixing ratio) and oxygen (20.9%), together with a number of trace gases (argon 0.93%, helium, ozone, and carbon dioxide 0.035%). It also contains clouds and aerosols. Hydrosphere: Liquid surface and subterranean water (oceans, seas, rivers, fresh water lakes, underground water etc.) Cryosphere: Snow,ice, and permafrost at and beneath the surface of