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第12讲 海—气相互作用和环流异常
目录
01 考情透视·目标导航 2
02 知识导图·思维引航 2
03 考点突破·考法探究 3
考点一 海-气相互作用 3
知识梳理 3
知识点 海水温度 3
核心突破 6
考点 海—气相互作用与全球水热平衡 6
题型01 海-气相互作用与水热交换 9
考点二 环流异常（厄尔尼诺与拉尼娜现象） 10
知识梳理 10
知识点1 沃克环流 10
知识点2 厄尔尼诺现象 12
知识点3 拉尼娜现象 15
核心突破 16
考点 厄尔尼诺与拉尼娜现象的成因及影响 16
题型01 厄尔尼诺现象 18
题型02 拉尼娜现象 19
热点应用 21
01 德雷克海峡的开关效应 21
02 北极涛动与南方涛动 23
03 北极放大效应 26
考点要求 考题统计＋考点提取
海-气热量交换 2024浙江1月卷，24-25题，4分，以北半球夏季大气潜热释放对局地气温变化的贡献为情境，海-气间热量交换 2023重庆卷，15题，3分，表层海水温度下降的主要原因是，海-气间热量交换 2023广东卷，19题，10分，距今约17-15千年期间日本海先近岸海域上、下层海水交换强度显著降低的原因及对马暖流形成于距今8千年支持的理由，海-气间热量交换
厄尔尼诺与拉尼娜 2023河北卷，10-11题，6分，上图反映该年赤道附近中、东太平洋出现及赤道附近中、东太平洋此现象发生时易出现，拉尼娜事件 2023北京卷，5-6题，6分，由图可知及该地最可能位于，厄尔尼诺事件
命题趋势： 近三年考频较低，难度较小，主要考查海-气间热量交换及环流异常对气候的影响的基础知识。本节内容往往通过结合图表，考查海—气相互作用对全球水热平衡的影响，解释厄尔尼诺、拉尼娜现象对全球气候和人类活动的影响。
考点一 海-气相互作用
知识点 海水温度
（1）概念
海洋与大气边界上的动量、热量、物质的交换，以及这些交换对大气、海洋各种特性的影响， 被统称为海—气相互作用。
（2）海—气间的物质交换
海洋和大气间的物质交换是多相的，既有液态的物质交换，也有气态的和固态的物质交换。
①海—气间液态的物质交换
海洋通过蒸发作用向大气提供水汽。提供水汽的多少主要与水温相关。水温越高，蒸发越旺盛，空气湿度也越大。
大气中的水汽在适当条件下凝结，并以降水的形式返回海洋，从而实现与海洋的水分交换。
产生的影响:海水的温度、盐度和密度。
②海—气间气态的物质交换
对气候影响最大的是二氧化碳的交换。
海洋通过生物固碳等作用调节大气中的二氧化碳含量，影响着全球气温和大气环流过程。
海洋浮游植物通过光合作用，还向大气提供了40%的再生氧气。
产生的影响:对于大气中二氧化碳浓度具有重要调节作用，可减缓大气中二氧化碳增加的速率。
【知识拓展】全球碳循环系统中，海洋的作用比陆地更为重要。
海水通过与大气的接触，直接溶解大气中的CO2，海洋生物进行光合作用并将二氧化碳固定在生物体内。 被海洋生物固定的二氧化碳一部分通过生物呼吸作用和残体分解释放到大气中，另一部分形成碳酸盐和有机碳(煤石油天然气)短时期不再参与地表碳循环，从而降低了表层海水中CO2的含量，有利于海洋表层从大气中吸收更多的CO2，对海洋和大气的CO 平衡产生重要影响。
若地球表面温度增高，海水温度会随之上升， CO 在海水中的溶解度下降，将有更多的二氧化碳返回大气中，因此海水温度上升，对地球将是潜在的巨大威胁。 (世界热带海洋所释放的二氧化碳有3/4来自赤道太平洋海域)
③海—气间固态的物质交换
大气通过降尘向海洋提供营养元素。
大气颗粒物及其携带的营养元素通过沉降作用进入海洋，促进浮游植物的生长，从而使海洋能固定更多的碳，释放更多的氧。
海洋中的固体物质也会进入大气。
（3）海—气间的能量交换
①海洋吸收了太阳辐射后，再通过潜热、长波辐射等方式把储存的太阳辐射能输送给大气，为大气运动提供能量，驱使大气运动（大气环流）。
②大气主要通过风向海洋传递动能，驱使表层海水运动（大洋环流）。
在相互制约的大气-海洋系统中，海洋主要通过向大气输送热量来影响大气运动，大气主要以风的形式向海洋输送动能。也称之为海气之间的热量交换。
海水反射率比较小，吸收的太阳短波辐射能较多，并且海面上空湿度一般较大，所以长波辐射损失也较小，因此海洋就有比较大的净辐射收入。
海洋吸收了到达地表太阳辐射的大部分，并把其中85%的热量储存在海洋表层。海洋是大气最主要的热量储存库。
海洋向大气输送的热量受海洋表面水温的影响，水温高的海区，向大气输送的热量也多。
海洋通过长波辐射和蒸发潜热向大气提供热能。
什么是潜热输送？
地球表面的水分在蒸发(升华)时，吸收下垫面的热量，并把这部分热量潜藏在蒸发(升华)出的水汽中，称为潜热。
当水汽在空气中受冷而凝结(凝华)时，又会把这部分潜热释放出来，从而提高空气的温度。相反空气中的水汽如果在下垫面上发生凝结(凝华)时，会把潜热释放出来，提高下垫面的温度。这种地面和大气之间以潜热形式进行热量交换的方式称为潜热输送。
实践证明，从下垫面蒸发出的水分远多于空气中的水汽在地面凝结出的水分，因此潜热输送的结果，大多是地面失去热量，大气获得热量。
大气给海洋提供动力。
大气环流及其所形成的行星风系使海水沿着一定的方向大规模地运动，形成洋流，引起海洋热量的重新分配。
热带气旋可以加速海水的运动并可使海平面异常升高,严重时会造成灾害。这是大气对海洋的能量输送。
思考：热带地区是海—气相互作用最活跃地区的原因
热带地区获得的太阳辐射多。
热带地区海洋平均每月向大气输送的热量最多。
热带地区海区面积大，海水蒸发旺盛，向大气输送的水汽也丰富。
（4）小结：海洋对大气的作用
①海洋通过长波辐射和潜热向大气提供能量
②海洋通过蒸发作用向大气提供水汽；提供水汽的多少主要与水温有关。水温越高，蒸发越旺盛，空气湿度也越大。
③海洋对气温有调节作用
④海洋对大气的温室效应有缓解作用
海洋中溶解的CO2是大气中CO2含量的数十倍，并且海洋通过生物固碳等作用调节大气中的CO2含量，影响着全球气温和大气环流过程；海洋浮游植物通过光合作用，向大气提供了40%的再生氧气。
（5）小结：大气对海洋的作用
①大气通过风推动海水运动，影响海水性质。气流吹拂表层海水，形成风海流与风浪。
②大气因参与海陆间水循环而影响海水性质。
a.大气通过水汽输送、蒸发、降水等环节参与水循环，其中降水的强弱直接影响海水盐度分布；
b.大气云层可减弱海面的太阳辐射，影响海面增温，进而影响海水的运动。
③大气通过降尘向海洋提供营养元素。
考点 海—气相互作用与全球水热平衡
海一气相互作用通过大气环流与大洋环流，驱使水分和热量在不同地区传输，维持地球上水分和热量的平衡。
（1）对水量平衡的影响
海洋是地球上水的大本营。从海洋上蒸发的水汽，随着大气运动，大部分通过降水返回海洋；其余部分被大气运动带到陆地上空，在适当的条件下形成降水降落到陆地上，然后汇入江河，流回海洋，构成地球上水循环，使全世界蒸发和降水的总量保持平衡。在全球水循环和水平衡中，海洋通过蒸发向大气输送水汽是基础，海水运动和大气运动是途径，他们都是海-气相互作用才得以实现的。
地球上多年平均降水量等于多年平均蒸发量，总水量基本不变。
海一气相互作用参与的水循环，有助于全球的水量平衡。全球的水量平衡是水循环的结果，而水循环必须通过大气环流来实现。
海洋降水量+陆地降水量=海洋蒸发量+陆地蒸发量；说明从长期来看，全球水的总量没有什么变化，但是就一个地区来说，有时降水多，有时降水少。
（2）对热量平衡的影响
地球表面，低纬度地区获得的净辐射能多于高纬度地区，热量从低纬度地区向高纬度地区输送。地球上高低纬度之间的热量输送主要是通过大气运动和洋流共同实现的。
低纬度海洋获得更多的太阳辐射能,主要由大洋环流把低纬度的多余热量向较高纬度输送。
在中纬度，通过海洋与大气之间的交换，把相当多的热量输送给大气，再由大气环流将热量向更高纬度输送。
通过海-气相互作用和对热量的全球输送，维持了地球上的热量平衡
海水的蒸发使海水失去热量，这些热量随水汽进入大气中。当水汽凝结时，将它从海洋吸收的热量释放出来，这是海-气热量输送的主要途径。
（2024·浙江1月卷）海—气间通过潜热（海水蒸发吸收的热量或水汽凝结释放的热量）、长波辐射等方式进行热量交换，并通过大气环流和大洋环流调节不同纬度间的水热状况。下图为北半球夏季大气潜热释放对局地气温变化的贡献。完成下面小题。
注：垂直方向为非等高比例
1．关于大气潜热释放的纬度差异及其主要原因的说法，正确的是（ ）
A．0°～10°潜热释放高度较高，气流辐散上升强烈
B．30°～40°潜热释放数量较少，信风干燥抑制蒸发
C．50°～60°潜热释放高度较低，锋面气旋抬升受限
D．80°～90°潜热释放数量最少，极地东风摆动较小
2．在海—气系统内部（ ）
A．大气降水，将能量直接传递给了海洋表面
B．大气辐射和运动，消耗从海洋获取的热量
C．海面反射太阳辐射，增加了大气潜热释放
D．海面水分蒸发凝结，促使海水产生了运动
题型01 海-气相互作用与水热交换
海洋—大气之间进行着广泛的水热交换，深刻影响着全球环境及其变化。读某海域全年日均向大气输送热量等值线图，完成下题。
1．海洋向大气输送热量的主要方式是(　　)
A．洋流热量输送 B．海—气之间对流 C．海面短波辐射 D．蒸发潜热输送
2．图中中纬度海域数值差异产生的主要原因是(　　)
A．大气运动 B．洋流分布 C．天气变化 D．太阳辐射
3．图中向大气输送热量最少的海区(　　)
A．雨雾天气较多 B．浮冰和冰山广布 C．渔业资源较丰富 D．盐度比周围海域高
考点二 环流异常（厄尔尼诺与拉尼娜现象）
知识点1 沃克环流
正常年份，赤道两侧的信风将太平洋东侧大量的表层暖水输送到西侧，下层海水上涌，同时，秘鲁寒流北上补充，使得赤道中、东部太平洋海域表层海水温度相对较低。
沃克环流：正常年份赤道附近太平洋中东部的表层海水温度较低，大气较稳定，气流下沉；西部海水温度较高，气流上升。该环流称沃克环流。
知识点2 厄尔尼诺现象
厄尔尼诺现象是赤道中、东部太平洋海域发生的大范围、持续性表层海水温度异常偏高（海温距平高于0.5℃且持续3个月以上）的现象。
大约每隔2 ~ 7年发生一次，每次持续1~ 2年，发生年份称为厄尔尼诺年。
时间：圣诞节前后。
成因：有些年份，影响南美洲的东南信风减弱，从太平洋东侧输送到西侧的暖水明显减少，赤道逆流增强，表层暖水向东回流，同时东太平洋冷水上翻现象消失，北上补充的秘鲁寒流减弱，导致赤道中、东部太平洋海域表层海水温度较正常年份偏高，这样就形成了厄尔尼诺现象。
厄尔尼诺的出现，使得秘鲁渔场冷水性鱼类因不适应温暖海域的环境而大量死亡，导致以这类鱼为食物的鸟类死亡或迁徙。研究证据表明，厄尔尼诺现象与全球气候变化密切相关，并大范围影响到天气状况和农业生产。
通常情况下，厄尔尼诺对我国的影响：
①我国北方夏季易发生高温、干旱。在厄尔尼诺现象发生的当年，我国的夏季风较弱。季风雨带偏南，位于我国中部或长江以南地区，我国北方地区夏季往往容易出现干旱、高温。
②我国南方易发生低温、洪涝。在厄尔尼诺现象发生后的次年，在我国南方，包括长江流域和江南地区，容易出现洪涝。
③在厄尔尼诺现象发生后的冬季，我国北方地区容易出现暖冬。
④台风减少。厄尔尼诺现象发生后，西北太平洋热带风暴（台风）产生的个数及在我国沿海登陆的个数均较正常年份少。
厄尔尼诺现象的影响
气候 赤道附近的太平洋东部，如秘鲁和智利沿海，下沉气流减弱或消失，甚至出现上升气流，气候由原来的干燥少雨变为多雨，引发洪涝灾害。同时，赤道附近的太平洋西岸，上升气流减弱或消失，气候由多雨变为少雨，带来旱灾或森林大火。
生物 赤道附近太平洋东部下层海水中的无机盐类等营养成分不再涌向海面，且海水温度高，导致当地的浮游生物和鱼类大量死亡，渔业大幅度减产，大批鸟类也因饥饿而死。
知识点3 拉尼娜现象
拉尼娜现象指赤道东太平洋表层海水温度异常下降（海温距平低于-0.5℃且持续5个月以上）的现象，其特征与厄尔尼诺现象相反，因而又称反厄尔尼诺现象。时间：厄尔尼诺之后。
成因：当偏东信风持续加强时，赤道太平洋东侧表层海水不断向西流动，深层的冷水不断上泛进行补充，导致该地区表层海水温度逐渐降低，于是便产生了拉尼娜现象。
拉尼娜现象的影响
气候 海水温度低于气温，空气层结稳定，对流不易发生，赤道东太平洋及其沿岸地区降雨偏少，气候偏干旱；西太平洋及其沿岸地区降水异常增多。常形成洪涝灾害
生物 赤道附近太平洋东部海域冷海水上泛将海底的营养盐类带到海面，可能会使鱼类增产。
拉尼娜对我国气候的影响：
夏季风势力增强，北涝南旱；东北地区夏季气温偏高，降水偏少；夏季副高偏弱，气温偏低，台风多，且台风路径偏西；冬季入侵中国的寒潮偏多，气温偏低，形成冷冬，而南方出现低温冻雨灾害，农作物减产。
厄尔尼诺、拉尼娜现象和沃克环流的关系
考点 厄尔尼诺与拉尼娜现象的成因及影响
厄尔尼诺现象 拉尼娜现象
东南信风 弱，甚至转为西风 强
赤道逆流 强 弱
太平洋 水温 大洋东岸 升高 降低
大洋西岸 降低 升高
沃克环流 减弱或消失 增强
气候 太平洋东岸 降水增加 降水减少
太平洋西岸 降水减少 降水增加
对全球气候影响 导致全球大气环流异常，并对全球广大范围内的气候产生很大影响
关联性 拉尼娜一般出现在厄尔尼诺年之后
（2023·北京卷）暴雨引发的洪水携带泥沙进入湖泊后，沉积形成砂质纹层。某地湖泊中砂质纹层出现频次与厄尔尼诺事件频次正相关。推算的厄尔尼诺事件频次如图所示。读图完成下面小题。
1．由图可知（ ）
A．距今1200年左右该地气候较稳定 B．距今3500年该地河流侵蚀作用强
C．厄尔尼诺事件导致该地暴雨频发 D．全球气温下降引发厄尔尼诺现象
2．该地最可能位于（ ）
A．印度洋沿岸 B．大西洋西岸 C．亚欧大陆东部 D．南美洲西部
题型01 厄尔尼诺现象
太平洋年代际震荡（PDO）是描述北太平洋海温变化的重要指数。若PDO指数为正值，则利于厄尔尼诺的发生与维持；若PDO指数为负值，则利于拉尼娜的发生与维持。下图示意我国梅雨长期趋势与北太平洋PDO指数长期趋势的逐年演变。据此完成下面小题。
1．PDO指数为正值期间，下列可能出现的现象中正确的数量是（ ）
①我国气候向冬暖夏凉演变②热带气旋对我国影响减小
③赤道太平洋海水西冷东暖④赤道太平洋东部海面偏高
A．1 B．2 C．3 D．4
2．PDO指数由负值向正值转折后，全球气候变暖显著，而长江梅雨减少趋势仍增大，最可能的原因是（ ）
A．大气饱和湿度下降 B．陆地空气中水汽减少
C．副热带高压脊北移 D．副热带地区大气收缩
题型02 拉尼娜现象
拉尼娜现象影响西太平洋副高，造成我国广大地区的天气异常。下图示意拉尼娜现象发生时太平洋西部局部地区环流。据此完成下面小题。
3．拉尼娜现象发生时，西太平洋副高（ ）
A．加强，偏东偏南 B．减弱，偏东偏南
C．加强，偏西偏北 D．减弱，偏西偏北
4．拉尼娜现象对我国的影响是（ ）
A．春季西北雾霾 B．夏季华北暴雨 C．秋季西南阴雨 D．冬季华南温暖
热点应用
01 德雷克海峡的开关效应
北半球中高纬度形成了逆时针方向的大洋环流，而南半球中高纬度却形成了东西向绕地球一周的环流（下图）。德雷克海峡就像一个“开关”，在地质时期其宽度和深度会有变化，其开启与关闭不仅会影响通过海峡的洋流流量，还会引发南太平洋洋流系统和气候的变化。完成下面小题。
1．导致南、北半球中高纬度大洋环流流向差异的主导因素是（ ）
A．海陆轮廓 B．海水密度 C．地转偏向力 D．大气环流
2．德雷克海峡“开关”关闭带来的主要影响是（ ）
A．秘鲁寒流势力会减弱 B．厄尔尼诺现象易形成
C．全球气候变暖将加剧 D．澳大利亚东部降水多
知识点拨：
在短周期的气候变化中，德雷克海峡中的海冰进退控制气候变化的一个可能模式是：南极半岛海冰增多使西风漂流在德雷克海峡受阻，导致环南极大陆水流速度变慢和南太平洋环流速度变快，部分受阻水流北上，加强秘鲁寒流，使东太平洋表面海水变冷，加强沃克环流及增强赤道太平洋热流与南极环流的热交换，增温的南极环流使南极半岛的海水减少；南极半岛的海冰减少使德雷克海峡水流通量增加，导致环南极大陆水流速度变快和南太平洋环流速度变慢，使部分本应北上的水流转而进入德雷克海峡，造成秘鲁海流变弱和东太平洋表面海水变暖，减弱沃克环流；结果使堆积在太平洋西部的暖水东流，减弱赤道太平洋热流与南极环流的热交换，降温的南极环流使南极半岛海冰增加。这就是德雷克海峡的海冰变化调控全球气候变化的机制，称之为南极环大陆海冰的气候开关效应。
当南极洲的温度变冷时，存在很多海冰的德雷克通道处于封闭状态，阻塞环南极大陆的海流，加快南太平洋环流，并从向极方向（即洋流的暖流方向）连接南极洲热输送，从而使南极洲变暖；当南极洲的温度变暖时，存很少海冰的德雷克通道处于开放状态，打通环南极大陆海流，减慢南太平洋环流，并从向极方向隔离南极洲热输送，因而使南极洲变冷。如图1所示，非洲海冰开关I，澳大利亚海冰开关II和德雷克海峡开关III控制了环南极大陆海流，并从向极方向隔离或连接向南极洲的热输送，因而增加或减少在非洲、澳大利亚和南美洲西部的海洋寒流流量。因此，南太平洋海温的增加和减少在环南极三个“海冰开关”的控制下不断交替发生，与南太平洋环流速度减慢与增加相对应。
南极半岛的海冰面积在2月最小，扩大了德雷克海峡海水通道，使南半球西风漂流速度加快，使太平洋外循环加快，内循环减慢，即导致环南极大陆水流速度变快和南太平洋环流速度变慢，部分本应北上的水流转而进入德雷克海峡，减弱秘鲁寒流（东太平洋南美沿海的海温降低），使东太平洋表面海水变暖，减弱沃克环流，使堆积在太平洋西部的暖水东流，有利于厄尔尼诺事件的形成，对应赤道太平洋3月海水最暖，流速降低；南极半岛的海冰面积在9月最大，缩小了德雷克海峡海水通道，使南半球西风漂流速度减慢，增强秘鲁寒流，有利于拉尼娜事件的形成，对应赤道太平洋9月最冷，流速增大，使太平洋外循环减慢，内循环加快。
02 北极涛动与南方涛动
北极涛动（AO）是表征北极地区和北半球中纬度地区大气在年际尺度上的变化，其正位相时，中纬度气压上升而北极地区气压下降，负位相时，大气环流形式相反；一般来说，AO异常会持续整个冬春季节。下图示意1950～2018年晚春（5月）AO指数与随后夏季（6～9月）赤道以北的西北太平洋热带气旋（TC）生成频数年际变化。完成下面小题。
3．据图中信息可知，1950～2018年AO正位相与TC生成频数（ ）
A．无显著相关性 B．毫无关联性 C．大致呈正相关 D．大致呈负相关
4．推测AO负位相时（ ）
A．亚洲内陆地区较寒冷 B．地中海地区天气干燥
C．大量冷空气南下受阻 D．全球变暖受到了抑制
5．下列现象可能导致AO正位相的是（ ）
A．厄尔尼诺现象 B．拉尼娜现象
C．海底火山爆发 D．野火频发
知识点拨：
北极涛动
北极涛动（AO），指北半球中纬度地区（约北纬45度）与北极地区气压形势差别的变化。它是一个代表北极地区大气环流的重要气候指数，可分为正位相和负位相。
北极通常受低气压系统支配，而高气压系统则位于中纬度地区。当北极涛动处于正位相时，这些系统的气压差较正常强，限制了极区冷空气向南扩展；当北极涛动处于负位相时，这些系统的气压差较正常弱，冷空气较易向南侵袭。
南方涛动
南方涛动：是发生在东南太平洋与印度洋及印尼地区之间的反相气压振动。即东南太平洋气压偏高时印度洋及印尼地区气压偏低；反之亦然。
南方涛动指数（SOI）：当出现低SOI时，赤道东太平洋海面水温伴随出现异常增暖。由于低SOI与高ENI（厄尔尼诺指数）相互联系，故称为厄尔尼诺—南方涛动事件。
南方涛动指数（SOI）：用塔西提岛（148°05'W，17°53'S）或复活节岛（109°30'W，29°00'S）和达尔文（130°59'E，12°20'S）两个观测站的海平面气压之差来表示，即南方涛动指数（SOI）。
南方涛动指数（SOI），等于塔西提岛减去达尔文的海平面气压，SOI为负数，对应厄尔尼诺事件：反之，SOI为正数，则对应拉尼娜事件。
北方涛动：
北方涛动（Northern Oscillation，NO）是北太平洋东部和西部之间海平面气压距平反相振荡的现象，即当东北太平洋气压升高时，西北太平洋气压降低，反之亦然。由于它与南方涛动（SO）对称且位于赤道以北，故称为北方涛动。研究表明，北方涛动在北太平洋大气环流年际变化中占有头等重要的地位，它不仅与赤道太平洋地区的海温、降水和平均垂直环流有密切联系，而且还同北半球中高纬度的大气环流和气候有关。北方涛动的年际变化最主要的振荡周期为3~4年，极易与南方涛动发生强烈偶合，可能是造成东赤道太平洋海温年际变化在全球热带中为最大的原因。
03 北极放大效应
由于全球变暖导致极地地区气温上升，其中北极地区增温速度是其他地区的两倍，这就是北极放大效应。该放大效应使得北极地区增温具有明显的季节差异。据此回答下列小题。
6．北极放大效应产生的主要原因可能是（ ）
A．太阳辐射增强 B．海—气热传导增强 C．大气环流增强 D．冰雪的反射率增大
7．北极地区明显增温出现的季节可能是（ ）
A．春季 B．夏季 C．秋季 D．冬季
知识点拨：
北极地区是全球变化响应最敏感的区域，北极地区地表气温的增暖速度是全球平均的2-3倍，称之为北极放大效应（Arctic Amplification）。过去30年来北极气温异常值越来越大，到2019年已经升温达3摄氏度以上。
北极放大效应主要发生在冷季，但夏季北极的增温很弱。北极地区夏季增温较弱的原因：夏季融冰需要吸收热量，所以夏季更多的海冰融化并不能导致气温升高；夏季北冰洋的开阔水面也明显增多，比热容增大，升温缓慢；夏季云和水汽削弱太阳辐射与大气保温作用相互抵消，因此增温不明显。
为什么北极升温速度比其他地方快？
（1）海冰—反射率正反馈
我们都知道，白色冰雪对于太阳辐射是具有反射作用的。全球气候变暖，北极地区海冰消融变成开阔水面，海冰的反射作用消失，而海水吸收和储存了更多的太阳辐射，海水对近地面的加热作用随之增强，导致近地面升温。更暖的气温使得海冰进一步减少, 从而形成了海冰—反照率正反馈，加速了北极的升温速度。
（2）大气温度反馈
根据普朗克定律可知，在同等的外部辐射强迫下，绝对温度越高，为达到向外辐射能量平衡所需要的温度调整便越小，反之亦然。比如在30°C时，为平衡1 W/m2的辐射强迫气温需要升高0.16°C，而在-30°C时, 为平衡同样能量所需的增温则达到0.31°C。由于北极地区的绝对温度明显低于中低纬地区，在同等辐射强迫下，北极地区需要更高的增温来达到新平衡。所以这也会造成北极地区升温比其他地区快。此外，由于北极地区的增温主要在大气的低层，而热带地区主要在中高层，因此大气增温对于北极地表温度升高影响更显著。
（3）云和水汽反馈
众所周知，水汽是一种重要的温室气体，能够吸收大气中的太阳长波辐射并储存热量，增强大气的保温作用。随着全球气候变暖，北极地区大范围海水蒸发，大气中水汽容量增多，对应的云量也会增多，大气的保温作用增强，造成北极地区升温。大量研究表明, 云和水汽的增多是近年来北极海冰减少和北极增温的重要原因。
（4）海洋变暖后向极地输送更多热量，导致海冰融化
大气环流和洋流也能将低纬度的水汽和热量输送到北极。
北极升温和海冰较少的影响
首先，北极陆地和海洋生态系统发生变化。在陆地上，积雪快速融化，植被覆盖增加，树线北移；在海洋里，温度和光照的增加促进了浮游植物的生长，鱼类等随之北上，渔业资源也北移。极地是全球生态安全的屏障，作为地球上的生态脆弱带，这些变化可能给寒冷生态系统的微妙平衡带来重大破坏。
其次，二氧化碳等温室气体的循环过程发生极大改变。北极是目前地球上碳源汇格局变化最剧烈的地区。
碳源和碳汇分别指二氧化碳的释放源和吸收体。一方面，地表大量营养盐物质在冰层融化后被冲刷入海，开阔海域面积和持续时间增加，都有利于海洋植物的生长，加强了碳从海洋表层向深层的转移和埋藏，这一将碳“抽”入海底的过程也被形象地称为“海洋生物泵”；另一方面，冻土层加速融化加剧了土壤中甲烷和二氧化碳的释放，海域的扩张也加大了浮游生物对二甲基硫等温室气体的排放。可见，碳源和碳汇在北极都有所增加。总体来说，北冰洋是大气二氧化碳的“汇”，但这个“汇”涉及上述陆地与海洋物质交换的多种过程，未来究竟会如何变化，目前尚不得而知。
然后，北极的快速变化也能带来新的经济机遇：北极航道通航能力增强，油气、渔业等资源开采的条件将大为改善。
最后，北极地区发生的海—冰—气相互作用过程也对北半球的气候和极端天气产生了影响。北极海冰面积减少会导致北半球冬季大气环流场的变化，造成中纬度气压降低和高纬度气压升高，给北半球国家带来频繁的寒潮与暴雪，甚至影响雾霾的扩散（具体分析见下）。此外，冰层的融化也会导致海平面的升高。据估算，如果格陵兰岛的冰川全部融化，全球海平面将上升约7米。即便较小的海平面上升，加上台风、风暴潮等极端天气的共同作用，也将给沿海地区带来巨大灾难。
冰盖减少会造成大气环流的异常，重要表现包括向极温度梯度减弱（因为北极自己的气温上升了），大陆上空纬向西风减弱，西伯利亚高压增强等等，而后者对中国冬季气候来说至关重要。
此外，极地涡旋是影响气候的重要因素，它是大气高层的紧密旋转气流。漩涡可以将极地温度极低且密度较大的空气，一直通向上空的平流层，就像无形的弹力绳“束缚”着冷空气，把冷空气限制在北极地区。它的形成源于地球高低纬度之间的气压差（也就受到温度差的影响）。北极与赤道的温差越大，极地涡旋也就越稳定，越能将冷空气锁定在极地。其实极地涡旋南北极都有，但是南极大陆更冷，周边陆地更少，涡旋更强更稳定，目前还没有发生什么变化。而在陆地占比比较大的北半球，气流交换的干扰作用更加明显，所以北极极地涡旋的受干扰因素更多。一旦极地涡旋偏弱，留出的空间就会被较为温暖的气团北上占据，挤压极地涡旋原本的空间。受到挤压的极地涡旋影响范围就变得不再稳定、规则，北极气团就可能被“挤”到更靠南的地方（寒潮南下）。严重时，极地涡旋本身也会发生分裂。正常情况下，北极涡旋会分裂为两个，分别分布在加拿大的巴芬岛和西伯利亚东北部，它们分别控制着西北半球和东北半球的高纬度气流，这种情况也还算稳定。
全球变暖越来越显著，这导致海冰减少，反射减弱，吸收更多太阳热力，海冰进一步减少的恶性循环，所以出现了非常反常识的现象——北极升温幅度接近其他地区平均升温幅度的三倍。
北极比赤道暖化更快也就意味着两者之间的温差正在减弱，大气环流也因此受到影响。继而，它减弱了极地涡旋和西风急流，使西风急流较为波动，有利于北极冷空气南侵。
所以在过去四十年，极地涡旋的偏弱的趋势在逐渐明显，在近年来终于愈发明显地出现分裂。在最严重时分裂为杂乱无章的数个，并南下到北半球中高纬地区，这也就解释了为什么在2010年代，美国东北部的冬季变得更加严酷。
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第12讲 海—气相互作用和环流异常
目录
01 考情透视·目标导航 2
02 知识导图·思维引航 2
03 考点突破·考法探究 3
考点一 海-气相互作用 3
知识梳理 3
知识点 海水温度 3
核心突破 6
考点 海—气相互作用与全球水热平衡 6
题型01 海-气相互作用与水热交换 9
考点二 环流异常（厄尔尼诺与拉尼娜现象） 10
知识梳理 10
知识点1 沃克环流 10
知识点2 厄尔尼诺现象 12
知识点3 拉尼娜现象 15
核心突破 16
考点 厄尔尼诺与拉尼娜现象的成因及影响 16
题型01 厄尔尼诺现象 18
题型02 拉尼娜现象 19
热点应用 21
01 德雷克海峡的开关效应 21
02 北极涛动与南方涛动 23
03 北极放大效应 26
考点要求 考题统计＋考点提取
海-气热量交换 2024浙江1月卷，24-25题，4分，以北半球夏季大气潜热释放对局地气温变化的贡献为情境，海-气间热量交换 2023重庆卷，15题，3分，表层海水温度下降的主要原因是，海-气间热量交换 2023广东卷，19题，10分，距今约17-15千年期间日本海先近岸海域上、下层海水交换强度显著降低的原因及对马暖流形成于距今8千年支持的理由，海-气间热量交换
厄尔尼诺与拉尼娜 2023河北卷，10-11题，6分，上图反映该年赤道附近中、东太平洋出现及赤道附近中、东太平洋此现象发生时易出现，拉尼娜事件 2023北京卷，5-6题，6分，由图可知及该地最可能位于，厄尔尼诺事件
命题趋势： 近三年考频较低，难度较小，主要考查海-气间热量交换及环流异常对气候的影响的基础知识。本节内容往往通过结合图表，考查海—气相互作用对全球水热平衡的影响，解释厄尔尼诺、拉尼娜现象对全球气候和人类活动的影响。
考点一 海-气相互作用
知识点 海水温度
（1）概念
海洋与大气边界上的动量、热量、物质的交换，以及这些交换对大气、海洋各种特性的影响， 被统称为海—气相互作用。
（2）海—气间的物质交换
海洋和大气间的物质交换是多相的，既有液态的物质交换，也有气态的和固态的物质交换。
①海—气间液态的物质交换
海洋通过蒸发作用向大气提供水汽。提供水汽的多少主要与水温相关。水温越高，蒸发越旺盛，空气湿度也越大。
大气中的水汽在适当条件下凝结，并以降水的形式返回海洋，从而实现与海洋的水分交换。
产生的影响:海水的温度、盐度和密度。
②海—气间气态的物质交换
对气候影响最大的是二氧化碳的交换。
海洋通过生物固碳等作用调节大气中的二氧化碳含量，影响着全球气温和大气环流过程。
海洋浮游植物通过光合作用，还向大气提供了40%的再生氧气。
产生的影响:对于大气中二氧化碳浓度具有重要调节作用，可减缓大气中二氧化碳增加的速率。
【知识拓展】全球碳循环系统中，海洋的作用比陆地更为重要。
海水通过与大气的接触，直接溶解大气中的CO2，海洋生物进行光合作用并将二氧化碳固定在生物体内。 被海洋生物固定的二氧化碳一部分通过生物呼吸作用和残体分解释放到大气中，另一部分形成碳酸盐和有机碳(煤石油天然气)短时期不再参与地表碳循环，从而降低了表层海水中CO2的含量，有利于海洋表层从大气中吸收更多的CO2，对海洋和大气的CO 平衡产生重要影响。
若地球表面温度增高，海水温度会随之上升， CO 在海水中的溶解度下降，将有更多的二氧化碳返回大气中，因此海水温度上升，对地球将是潜在的巨大威胁。 (世界热带海洋所释放的二氧化碳有3/4来自赤道太平洋海域)
③海—气间固态的物质交换
大气通过降尘向海洋提供营养元素。
大气颗粒物及其携带的营养元素通过沉降作用进入海洋，促进浮游植物的生长，从而使海洋能固定更多的碳，释放更多的氧。
海洋中的固体物质也会进入大气。
（3）海—气间的能量交换
①海洋吸收了太阳辐射后，再通过潜热、长波辐射等方式把储存的太阳辐射能输送给大气，为大气运动提供能量，驱使大气运动（大气环流）。
②大气主要通过风向海洋传递动能，驱使表层海水运动（大洋环流）。
在相互制约的大气-海洋系统中，海洋主要通过向大气输送热量来影响大气运动，大气主要以风的形式向海洋输送动能。也称之为海气之间的热量交换。
海水反射率比较小，吸收的太阳短波辐射能较多，并且海面上空湿度一般较大，所以长波辐射损失也较小，因此海洋就有比较大的净辐射收入。
海洋吸收了到达地表太阳辐射的大部分，并把其中85%的热量储存在海洋表层。海洋是大气最主要的热量储存库。
海洋向大气输送的热量受海洋表面水温的影响，水温高的海区，向大气输送的热量也多。
海洋通过长波辐射和蒸发潜热向大气提供热能。
什么是潜热输送？
地球表面的水分在蒸发(升华)时，吸收下垫面的热量，并把这部分热量潜藏在蒸发(升华)出的水汽中，称为潜热。
当水汽在空气中受冷而凝结(凝华)时，又会把这部分潜热释放出来，从而提高空气的温度。相反空气中的水汽如果在下垫面上发生凝结(凝华)时，会把潜热释放出来，提高下垫面的温度。这种地面和大气之间以潜热形式进行热量交换的方式称为潜热输送。
实践证明，从下垫面蒸发出的水分远多于空气中的水汽在地面凝结出的水分，因此潜热输送的结果，大多是地面失去热量，大气获得热量。
大气给海洋提供动力。
大气环流及其所形成的行星风系使海水沿着一定的方向大规模地运动，形成洋流，引起海洋热量的重新分配。
热带气旋可以加速海水的运动并可使海平面异常升高,严重时会造成灾害。这是大气对海洋的能量输送。
思考：热带地区是海—气相互作用最活跃地区的原因
热带地区获得的太阳辐射多。
热带地区海洋平均每月向大气输送的热量最多。
热带地区海区面积大，海水蒸发旺盛，向大气输送的水汽也丰富。
（4）小结：海洋对大气的作用
①海洋通过长波辐射和潜热向大气提供能量
②海洋通过蒸发作用向大气提供水汽；提供水汽的多少主要与水温有关。水温越高，蒸发越旺盛，空气湿度也越大。
③海洋对气温有调节作用
④海洋对大气的温室效应有缓解作用
海洋中溶解的CO2是大气中CO2含量的数十倍，并且海洋通过生物固碳等作用调节大气中的CO2含量，影响着全球气温和大气环流过程；海洋浮游植物通过光合作用，向大气提供了40%的再生氧气。
（5）小结：大气对海洋的作用
①大气通过风推动海水运动，影响海水性质。气流吹拂表层海水，形成风海流与风浪。
②大气因参与海陆间水循环而影响海水性质。
a.大气通过水汽输送、蒸发、降水等环节参与水循环，其中降水的强弱直接影响海水盐度分布；
b.大气云层可减弱海面的太阳辐射，影响海面增温，进而影响海水的运动。
③大气通过降尘向海洋提供营养元素。
考点 海—气相互作用与全球水热平衡
海一气相互作用通过大气环流与大洋环流，驱使水分和热量在不同地区传输，维持地球上水分和热量的平衡。
（1）对水量平衡的影响
海洋是地球上水的大本营。从海洋上蒸发的水汽，随着大气运动，大部分通过降水返回海洋；其余部分被大气运动带到陆地上空，在适当的条件下形成降水降落到陆地上，然后汇入江河，流回海洋，构成地球上水循环，使全世界蒸发和降水的总量保持平衡。在全球水循环和水平衡中，海洋通过蒸发向大气输送水汽是基础，海水运动和大气运动是途径，他们都是海-气相互作用才得以实现的。
地球上多年平均降水量等于多年平均蒸发量，总水量基本不变。
海一气相互作用参与的水循环，有助于全球的水量平衡。全球的水量平衡是水循环的结果，而水循环必须通过大气环流来实现。
海洋降水量+陆地降水量=海洋蒸发量+陆地蒸发量；说明从长期来看，全球水的总量没有什么变化，但是就一个地区来说，有时降水多，有时降水少。
（2）对热量平衡的影响
地球表面，低纬度地区获得的净辐射能多于高纬度地区，热量从低纬度地区向高纬度地区输送。地球上高低纬度之间的热量输送主要是通过大气运动和洋流共同实现的。
低纬度海洋获得更多的太阳辐射能,主要由大洋环流把低纬度的多余热量向较高纬度输送。
在中纬度，通过海洋与大气之间的交换，把相当多的热量输送给大气，再由大气环流将热量向更高纬度输送。
通过海-气相互作用和对热量的全球输送，维持了地球上的热量平衡
海水的蒸发使海水失去热量，这些热量随水汽进入大气中。当水汽凝结时，将它从海洋吸收的热量释放出来，这是海-气热量输送的主要途径。
（2024·浙江1月卷）海—气间通过潜热（海水蒸发吸收的热量或水汽凝结释放的热量）、长波辐射等方式进行热量交换，并通过大气环流和大洋环流调节不同纬度间的水热状况。下图为北半球夏季大气潜热释放对局地气温变化的贡献。完成下面小题。
注：垂直方向为非等高比例
1．关于大气潜热释放的纬度差异及其主要原因的说法，正确的是（ ）
A．0°～10°潜热释放高度较高，气流辐散上升强烈
B．30°～40°潜热释放数量较少，信风干燥抑制蒸发
C．50°～60°潜热释放高度较低，锋面气旋抬升受限
D．80°～90°潜热释放数量最少，极地东风摆动较小
2．在海—气系统内部（ ）
A．大气降水，将能量直接传递给了海洋表面
B．大气辐射和运动，消耗从海洋获取的热量
C．海面反射太阳辐射，增加了大气潜热释放
D．海面水分蒸发凝结，促使海水产生了运动
【答案】1．C 2．B
【解析】1．0°-10°气流辐合上升强烈，而不是辐散，A错误；信风干燥有利于蒸发，B错误；50°-60°气温较低，锋面气旋抬升受限，因此潜热释放高度较低，C正确；极地东风风力强劲，极地东风摆动较小利于蒸发，有利于潜热释放，D错误。故选C。
2．大气通过风推动海水运动，将能量直接传递给了海洋表面，降水主要是水分交换，A错误；大气辐射和运动需要能量，会消耗从海洋获取的热量，B正确；海面反射太阳辐射，使海水增温幅度减少，不利于蒸发，减少了大气潜热释放，C错误；大气运动促使海水产生了运动，而不是水分蒸发，D错误。故选B。
题型01 海-气相互作用与水热交换
海洋—大气之间进行着广泛的水热交换，深刻影响着全球环境及其变化。读某海域全年日均向大气输送热量等值线图，完成下题。
1．海洋向大气输送热量的主要方式是(　　)
A．洋流热量输送 B．海—气之间对流 C．海面短波辐射 D．蒸发潜热输送
2．图中中纬度海域数值差异产生的主要原因是(　　)
A．大气运动 B．洋流分布 C．天气变化 D．太阳辐射
3．图中向大气输送热量最少的海区(　　)
A．雨雾天气较多 B．浮冰和冰山广布 C．渔业资源较丰富 D．盐度比周围海域高
【答案】1．D　2.B　3.C　
【解析】1.海水在蒸发时吸收下垫面(即海洋)的热量，并将这部分热量潜藏在蒸发的水汽中，成为潜热。当水汽在空气中受冷而凝结时，又会把这部分潜热释放出来，从而提高大气的温度。这种输送能量的方式为潜热输送，是海洋向大气输送热量的最主要方式。
2.从图上可以看出，中纬度沿线向大气输送热量的全年日均值在大洋东西两岸出现差异，根据洋流分布可知，大洋东岸有寒流流经，大洋西岸有暖流流经，所以主要原因是洋流分布。
3.从图上可以看出向大气输送热量最少的海区为美国西部海域，该海域受离岸风影响，深层海水上泛，将深层营养盐分带至表层，有利于浮游生物生长，为鱼类提供饵料，渔业资源较丰富。该地地处低纬度地区，沿岸有寒流流经，多大雾天气，受副热带高压影响，降水较少；纬度低，没有冰山与浮冰；寒流流经，盐度比周围海域低。
考点二 环流异常（厄尔尼诺与拉尼娜现象）
知识点1 沃克环流
正常年份，赤道两侧的信风将太平洋东侧大量的表层暖水输送到西侧，下层海水上涌，同时，秘鲁寒流北上补充，使得赤道中、东部太平洋海域表层海水温度相对较低。
沃克环流：正常年份赤道附近太平洋中东部的表层海水温度较低，大气较稳定，气流下沉；西部海水温度较高，气流上升。该环流称沃克环流。
知识点2 厄尔尼诺现象
厄尔尼诺现象是赤道中、东部太平洋海域发生的大范围、持续性表层海水温度异常偏高（海温距平高于0.5℃且持续3个月以上）的现象。
大约每隔2 ~ 7年发生一次，每次持续1~ 2年，发生年份称为厄尔尼诺年。
时间：圣诞节前后。
成因：有些年份，影响南美洲的东南信风减弱，从太平洋东侧输送到西侧的暖水明显减少，赤道逆流增强，表层暖水向东回流，同时东太平洋冷水上翻现象消失，北上补充的秘鲁寒流减弱，导致赤道中、东部太平洋海域表层海水温度较正常年份偏高，这样就形成了厄尔尼诺现象。
厄尔尼诺的出现，使得秘鲁渔场冷水性鱼类因不适应温暖海域的环境而大量死亡，导致以这类鱼为食物的鸟类死亡或迁徙。研究证据表明，厄尔尼诺现象与全球气候变化密切相关，并大范围影响到天气状况和农业生产。
通常情况下，厄尔尼诺对我国的影响：
①我国北方夏季易发生高温、干旱。在厄尔尼诺现象发生的当年，我国的夏季风较弱。季风雨带偏南，位于我国中部或长江以南地区，我国北方地区夏季往往容易出现干旱、高温。
②我国南方易发生低温、洪涝。在厄尔尼诺现象发生后的次年，在我国南方，包括长江流域和江南地区，容易出现洪涝。
③在厄尔尼诺现象发生后的冬季，我国北方地区容易出现暖冬。
④台风减少。厄尔尼诺现象发生后，西北太平洋热带风暴（台风）产生的个数及在我国沿海登陆的个数均较正常年份少。
厄尔尼诺现象的影响
气候 赤道附近的太平洋东部，如秘鲁和智利沿海，下沉气流减弱或消失，甚至出现上升气流，气候由原来的干燥少雨变为多雨，引发洪涝灾害。同时，赤道附近的太平洋西岸，上升气流减弱或消失，气候由多雨变为少雨，带来旱灾或森林大火。
生物 赤道附近太平洋东部下层海水中的无机盐类等营养成分不再涌向海面，且海水温度高，导致当地的浮游生物和鱼类大量死亡，渔业大幅度减产，大批鸟类也因饥饿而死。
知识点3 拉尼娜现象
拉尼娜现象指赤道东太平洋表层海水温度异常下降（海温距平低于-0.5℃且持续5个月以上）的现象，其特征与厄尔尼诺现象相反，因而又称反厄尔尼诺现象。时间：厄尔尼诺之后。
成因：当偏东信风持续加强时，赤道太平洋东侧表层海水不断向西流动，深层的冷水不断上泛进行补充，导致该地区表层海水温度逐渐降低，于是便产生了拉尼娜现象。
拉尼娜现象的影响
气候 海水温度低于气温，空气层结稳定，对流不易发生，赤道东太平洋及其沿岸地区降雨偏少，气候偏干旱；西太平洋及其沿岸地区降水异常增多。常形成洪涝灾害
生物 赤道附近太平洋东部海域冷海水上泛将海底的营养盐类带到海面，可能会使鱼类增产。
拉尼娜对我国气候的影响：
夏季风势力增强，北涝南旱；东北地区夏季气温偏高，降水偏少；夏季副高偏弱，气温偏低，台风多，且台风路径偏西；冬季入侵中国的寒潮偏多，气温偏低，形成冷冬，而南方出现低温冻雨灾害，农作物减产。
厄尔尼诺、拉尼娜现象和沃克环流的关系
考点 厄尔尼诺与拉尼娜现象的成因及影响
厄尔尼诺现象 拉尼娜现象
东南信风 弱，甚至转为西风 强
赤道逆流 强 弱
太平洋 水温 大洋东岸 升高 降低
大洋西岸 降低 升高
沃克环流 减弱或消失 增强
气候 太平洋东岸 降水增加 降水减少
太平洋西岸 降水减少 降水增加
对全球气候影响 导致全球大气环流异常，并对全球广大范围内的气候产生很大影响
关联性 拉尼娜一般出现在厄尔尼诺年之后
（2023·北京卷）暴雨引发的洪水携带泥沙进入湖泊后，沉积形成砂质纹层。某地湖泊中砂质纹层出现频次与厄尔尼诺事件频次正相关。推算的厄尔尼诺事件频次如图所示。读图完成下面小题。
1．由图可知（ ）
A．距今1200年左右该地气候较稳定 B．距今3500年该地河流侵蚀作用强
C．厄尔尼诺事件导致该地暴雨频发 D．全球气温下降引发厄尔尼诺现象
2．该地最可能位于（ ）
A．印度洋沿岸 B．大西洋西岸 C．亚欧大陆东部 D．南美洲西部
【答案】1．C 2．D
【解析】1．读图可知，距今1200年左右厄尔尼诺事件频次高，气候不稳定，A错误；距今3500年厄尔尼诺事件频次低，说明暴雨出现频率低，河流侵蚀作用弱，B错误；湖泊中砂质纹层出现频次与厄尔尼诺事件频次正相关，而砂质纹层是暴雨引发的洪水沉积形成的，因此是厄尔尼诺事件导致该地暴雨频发，C正确；全球气温下降与厄尔尼诺现象无明显相关性，D错误。故选C。
2．厄尔尼诺现象是指东太平洋海水每隔数年就会异常升温的现象。厄尔尼诺现象发生时，沃克环流减弱，东太平洋下沉气流减弱或消失，甚至出现上升气流，气候由干燥少雨变成多雨，引发洪涝灾害。西太平洋上升气流减弱或消失，气候由温润多雨转变为干燥少雨，带来旱灾或森林大火。该地受厄尔尼诺影响，暴雨增多，应位于东太平洋沿岸地区。厄尔尼诺现象主要影响太平洋沿岸地区，AB错误；亚欧大陆东部位于太平洋西岸地区，C错误；南美洲西部位于太平洋东岸地区，因此该地最可能位于南美洲西部，D正确。故选D。
题型01 厄尔尼诺现象
太平洋年代际震荡（PDO）是描述北太平洋海温变化的重要指数。若PDO指数为正值，则利于厄尔尼诺的发生与维持；若PDO指数为负值，则利于拉尼娜的发生与维持。下图示意我国梅雨长期趋势与北太平洋PDO指数长期趋势的逐年演变。据此完成下面小题。
1．PDO指数为正值期间，下列可能出现的现象中正确的数量是（ ）
①我国气候向冬暖夏凉演变②热带气旋对我国影响减小
③赤道太平洋海水西冷东暖④赤道太平洋东部海面偏高
A．1 B．2 C．3 D．4
2．PDO指数由负值向正值转折后，全球气候变暖显著，而长江梅雨减少趋势仍增大，最可能的原因是（ ）
A．大气饱和湿度下降 B．陆地空气中水汽减少
C．副热带高压脊北移 D．副热带地区大气收缩
【答案】1．D 2．B
【解析】1．结合材料信息可知，若PDO指数为正值，则利于厄尔尼诺的发生与维持，因此PDO指数为正值期间，厄尔尼诺发生。厄尔尼诺发生年份，赤道太平洋西侧水温较低，与高纬的温差减少，冬季风减弱，我国大部分地区冬暖夏凉，登陆我国的台风偏少，热带气旋对我国影响减弱，厄尔尼诺发生时，赤道太平洋海水西冷东暖，赤道太平洋东部受东南信风影响减弱，海水堆积导致海面偏高，因此①②③④都正确，D正确，排除ABC。故选D。
2．结合材料信息可知，PDO从负值向正值转折后，利于厄尔尼诺事件的发生与维持，厄尔尼诺发生年份，副高势力减弱，推动北上的暖湿空气减少，陆地空气中水汽减少，长江梅雨减少趋势增大，B正确。指数为正值导致全球变暖，气温升高，大气需要容纳更多的水汽达到饱和状态，其大气饱和湿度增大，A错误。副热带高压脊北移有利于推动暖湿空气北上，会导致长江梅雨增多，C错误。指数为正值利于厄尔尼诺事件的发生与维持，导致全球变暖，副热带地区大气难以冷却收缩，D错误。故选B。
题型02 拉尼娜现象
拉尼娜现象影响西太平洋副高，造成我国广大地区的天气异常。下图示意拉尼娜现象发生时太平洋西部局部地区环流。据此完成下面小题。
3．拉尼娜现象发生时，西太平洋副高（ ）
A．加强，偏东偏南 B．减弱，偏东偏南
C．加强，偏西偏北 D．减弱，偏西偏北
4．拉尼娜现象对我国的影响是（ ）
A．春季西北雾霾 B．夏季华北暴雨 C．秋季西南阴雨 D．冬季华南温暖
【答案】3．C 4．B
【解析】3．拉尼娜现象发生时，赤道西太平洋海区温度异常偏高，气压更低，暖水区与西太平洋副高所在海域之间的经向环流得到加强，致使西太平洋副高势力偏强，并引起其西伸北进，西太平洋副高偏西偏北，C正确，ABD错误。故选C。
4．拉尼娜现象主要影响我国东部地区的气候，A错误；“拉尼娜”年，西太平洋副热带高压中心相对正常年份位置偏北，导致中因锋面雨带长期停留在北方，北方降水增多甚至出现暴雨，B正确；秋季西南阴雨天气与准静止锋有关，与拉尼娜现象无关，C错误；低纬度西太平洋比正常年份温度增高，亚洲东部南北温差更大，水平气压梯度力变大，更有利于高纬度冷空气南下，加剧华南地区冬季寒冷，D错误。故选B。
热点应用
01 德雷克海峡的开关效应
北半球中高纬度形成了逆时针方向的大洋环流，而南半球中高纬度却形成了东西向绕地球一周的环流（下图）。德雷克海峡就像一个“开关”，在地质时期其宽度和深度会有变化，其开启与关闭不仅会影响通过海峡的洋流流量，还会引发南太平洋洋流系统和气候的变化。完成下面小题。
1．导致南、北半球中高纬度大洋环流流向差异的主导因素是（ ）
A．海陆轮廓 B．海水密度 C．地转偏向力 D．大气环流
2．德雷克海峡“开关”关闭带来的主要影响是（ ）
A．秘鲁寒流势力会减弱 B．厄尔尼诺现象易形成
C．全球气候变暖将加剧 D．澳大利亚东部降水多
【答案】1．A 2．D
【解析】1．根据材料信息“北半球中高纬度形成了逆时针方向的大洋环流，而南半球中高纬度却形成了东西向绕地球一周的环流”和已学知识可知，南北半球中高纬度大洋环流流向差异的主导因素在于海陆轮廓，南半球中高纬度陆地面积狭小，以海洋为主，因此形成了东西向绕地球一周的环流，而北半球中高纬度陆地面积较广，受陆地阻挡导致北半球大洋环流流向发生改变，A对；海水密度对其影响较小，B错；地转偏向力使大洋环流方向发生偏转并没有导致两个半球大洋环流流向出现明显差异，C错；南北半球大气环流影响大洋环流方向，但对南北半球中高纬度大洋环流是否绕地球一周影响较小，D错；故选A。
2．根据所学知识，德雷克海峡“开关”关闭使得通过德雷克海峡的海水减少，大量海水受陆地阻挡向北流去，秘鲁寒流势力增强，A错；秘鲁寒流势力增强，太平洋东部地区异常降温，强拉尼娜现象出现，B错；对全球气候变暖影响较小，C错；秘鲁寒流势力增强，南赤道暖流势力增强，澳大利亚东部降水增多，D对。故选D。
知识点拨：
在短周期的气候变化中，德雷克海峡中的海冰进退控制气候变化的一个可能模式是：南极半岛海冰增多使西风漂流在德雷克海峡受阻，导致环南极大陆水流速度变慢和南太平洋环流速度变快，部分受阻水流北上，加强秘鲁寒流，使东太平洋表面海水变冷，加强沃克环流及增强赤道太平洋热流与南极环流的热交换，增温的南极环流使南极半岛的海水减少；南极半岛的海冰减少使德雷克海峡水流通量增加，导致环南极大陆水流速度变快和南太平洋环流速度变慢，使部分本应北上的水流转而进入德雷克海峡，造成秘鲁海流变弱和东太平洋表面海水变暖，减弱沃克环流；结果使堆积在太平洋西部的暖水东流，减弱赤道太平洋热流与南极环流的热交换，降温的南极环流使南极半岛海冰增加。这就是德雷克海峡的海冰变化调控全球气候变化的机制，称之为南极环大陆海冰的气候开关效应。
当南极洲的温度变冷时，存在很多海冰的德雷克通道处于封闭状态，阻塞环南极大陆的海流，加快南太平洋环流，并从向极方向（即洋流的暖流方向）连接南极洲热输送，从而使南极洲变暖；当南极洲的温度变暖时，存很少海冰的德雷克通道处于开放状态，打通环南极大陆海流，减慢南太平洋环流，并从向极方向隔离南极洲热输送，因而使南极洲变冷。如图1所示，非洲海冰开关I，澳大利亚海冰开关II和德雷克海峡开关III控制了环南极大陆海流，并从向极方向隔离或连接向南极洲的热输送，因而增加或减少在非洲、澳大利亚和南美洲西部的海洋寒流流量。因此，南太平洋海温的增加和减少在环南极三个“海冰开关”的控制下不断交替发生，与南太平洋环流速度减慢与增加相对应。
南极半岛的海冰面积在2月最小，扩大了德雷克海峡海水通道，使南半球西风漂流速度加快，使太平洋外循环加快，内循环减慢，即导致环南极大陆水流速度变快和南太平洋环流速度变慢，部分本应北上的水流转而进入德雷克海峡，减弱秘鲁寒流（东太平洋南美沿海的海温降低），使东太平洋表面海水变暖，减弱沃克环流，使堆积在太平洋西部的暖水东流，有利于厄尔尼诺事件的形成，对应赤道太平洋3月海水最暖，流速降低；南极半岛的海冰面积在9月最大，缩小了德雷克海峡海水通道，使南半球西风漂流速度减慢，增强秘鲁寒流，有利于拉尼娜事件的形成，对应赤道太平洋9月最冷，流速增大，使太平洋外循环减慢，内循环加快。
02 北极涛动与南方涛动
北极涛动（AO）是表征北极地区和北半球中纬度地区大气在年际尺度上的变化，其正位相时，中纬度气压上升而北极地区气压下降，负位相时，大气环流形式相反；一般来说，AO异常会持续整个冬春季节。下图示意1950～2018年晚春（5月）AO指数与随后夏季（6～9月）赤道以北的西北太平洋热带气旋（TC）生成频数年际变化。完成下面小题。
3．据图中信息可知，1950～2018年AO正位相与TC生成频数（ ）
A．无显著相关性 B．毫无关联性 C．大致呈正相关 D．大致呈负相关
4．推测AO负位相时（ ）
A．亚洲内陆地区较寒冷 B．地中海地区天气干燥
C．大量冷空气南下受阻 D．全球变暖受到了抑制
5．下列现象可能导致AO正位相的是（ ）
A．厄尔尼诺现象 B．拉尼娜现象
C．海底火山爆发 D．野火频发
【答案】3．D 4．A 5．A
【解析】3．根据图示信息，北极涛动(AO)指数与西北太平洋热带气旋(TC)生成频数在1950～2018年间呈现大致呈负相关的变化趋势。AO正位相时，TC生成频数较低；A0负位相时，TC生成频数较高。这说明AO正位相与TC生成频数大致呈负相关关系，即随着AO正位相的出现，TC生成频数会减少。D正确，ABC错误，故选D。
4．当北极涛动(AO)处于负位相时，北极地区气压上升而中纬度地区气压下降，这会导致冷空气更容易南下，影响北半球中纬度地区的气候。亚洲内陆地区位于北半球中纬度地区，因此，在AO负位相时，冷空气的南下可能会使得该地区变得更加寒冷，A正确。AO负相位一般出现在冬春季节，地中海地区温和多雨，B错误；由于极地气压高，中纬度气压低，A0负位相时，北极地区气压升高，南下气流的势力增强，C错误；全球气候变暖与AO没有关联，D错误。故选A。
5．由前两题分析可知，AO正位相与TC生成频数是大致呈负相关，也就是说西北太平洋热带气旋（TC）生成频数越少，可能导致AO正位相，厄尔尼诺现象导致西北太平洋的热带气旋减少，故可能导致AO正位相，A正确，拉尼娜现象使热带气旋出现的频次增多，火山和野火影响有限，BCD错误，故选A。
知识点拨：
北极涛动
北极涛动（AO），指北半球中纬度地区（约北纬45度）与北极地区气压形势差别的变化。它是一个代表北极地区大气环流的重要气候指数，可分为正位相和负位相。
北极通常受低气压系统支配，而高气压系统则位于中纬度地区。当北极涛动处于正位相时，这些系统的气压差较正常强，限制了极区冷空气向南扩展；当北极涛动处于负位相时，这些系统的气压差较正常弱，冷空气较易向南侵袭。
南方涛动
南方涛动：是发生在东南太平洋与印度洋及印尼地区之间的反相气压振动。即东南太平洋气压偏高时印度洋及印尼地区气压偏低；反之亦然。
南方涛动指数（SOI）：当出现低SOI时，赤道东太平洋海面水温伴随出现异常增暖。由于低SOI与高ENI（厄尔尼诺指数）相互联系，故称为厄尔尼诺—南方涛动事件。
南方涛动指数（SOI）：用塔西提岛（148°05'W，17°53'S）或复活节岛（109°30'W，29°00'S）和达尔文（130°59'E，12°20'S）两个观测站的海平面气压之差来表示，即南方涛动指数（SOI）。
南方涛动指数（SOI），等于塔西提岛减去达尔文的海平面气压，SOI为负数，对应厄尔尼诺事件：反之，SOI为正数，则对应拉尼娜事件。
北方涛动：
北方涛动（Northern Oscillation，NO）是北太平洋东部和西部之间海平面气压距平反相振荡的现象，即当东北太平洋气压升高时，西北太平洋气压降低，反之亦然。由于它与南方涛动（SO）对称且位于赤道以北，故称为北方涛动。研究表明，北方涛动在北太平洋大气环流年际变化中占有头等重要的地位，它不仅与赤道太平洋地区的海温、降水和平均垂直环流有密切联系，而且还同北半球中高纬度的大气环流和气候有关。北方涛动的年际变化最主要的振荡周期为3~4年，极易与南方涛动发生强烈偶合，可能是造成东赤道太平洋海温年际变化在全球热带中为最大的原因。
03 北极放大效应
由于全球变暖导致极地地区气温上升，其中北极地区增温速度是其他地区的两倍，这就是北极放大效应。该放大效应使得北极地区增温具有明显的季节差异。据此回答下列小题。
6．北极放大效应产生的主要原因可能是（ ）
A．太阳辐射增强 B．海—气热传导增强 C．大气环流增强 D．冰雪的反射率增大
7．北极地区明显增温出现的季节可能是（ ）
A．春季 B．夏季 C．秋季 D．冬季
【答案】6．B 7．D
【解析】6．北极地区的太阳辐射量本身并没有增多，而是吸收的热量变多了，A错误；海水吸收和储存的热量增多，进而加热近地面及低层大气，使近地面升温，同时低层大气也会对地表有反加热作用，B正确；温度升高导致北极地区的大气压力差异减小，破坏了极地和中纬度地区的环流系统，C错误；海冰的融化导致冰面的冰雪反射率降低，D错误。故选B。
7．因为夏季是融冰季，海冰融化将吸收潜热，且此时北极低空大气温度高于海表温度，海水相当于大气的冷源。随着海冰的消融，更多的热量由大气传入海洋用于融冰和加热上层海水，这使得夏季的低空大气不能显著升温。入秋，海冰开始凝结释放潜热，入冬更为明显，且此时低空大气温度远低于海水温度，海冰的减少使得海水将更多热量释放到大气中导致低空大气显著增暖。海水对大气的这种延迟放热机制是北极低空在夏季增温不显著而在冬季增温显著的主要原因，D正确，ABC错误。故选D。
知识点拨：
北极地区是全球变化响应最敏感的区域，北极地区地表气温的增暖速度是全球平均的2-3倍，称之为北极放大效应（Arctic Amplification）。过去30年来北极气温异常值越来越大，到2019年已经升温达3摄氏度以上。
北极放大效应主要发生在冷季，但夏季北极的增温很弱。北极地区夏季增温较弱的原因：夏季融冰需要吸收热量，所以夏季更多的海冰融化并不能导致气温升高；夏季北冰洋的开阔水面也明显增多，比热容增大，升温缓慢；夏季云和水汽削弱太阳辐射与大气保温作用相互抵消，因此增温不明显。
为什么北极升温速度比其他地方快？
（1）海冰—反射率正反馈
我们都知道，白色冰雪对于太阳辐射是具有反射作用的。全球气候变暖，北极地区海冰消融变成开阔水面，海冰的反射作用消失，而海水吸收和储存了更多的太阳辐射，海水对近地面的加热作用随之增强，导致近地面升温。更暖的气温使得海冰进一步减少, 从而形成了海冰—反照率正反馈，加速了北极的升温速度。
（2）大气温度反馈
根据普朗克定律可知，在同等的外部辐射强迫下，绝对温度越高，为达到向外辐射能量平衡所需要的温度调整便越小，反之亦然。比如在30°C时，为平衡1 W/m2的辐射强迫气温需要升高0.16°C，而在-30°C时, 为平衡同样能量所需的增温则达到0.31°C。由于北极地区的绝对温度明显低于中低纬地区，在同等辐射强迫下，北极地区需要更高的增温来达到新平衡。所以这也会造成北极地区升温比其他地区快。此外，由于北极地区的增温主要在大气的低层，而热带地区主要在中高层，因此大气增温对于北极地表温度升高影响更显著。
（3）云和水汽反馈
众所周知，水汽是一种重要的温室气体，能够吸收大气中的太阳长波辐射并储存热量，增强大气的保温作用。随着全球气候变暖，北极地区大范围海水蒸发，大气中水汽容量增多，对应的云量也会增多，大气的保温作用增强，造成北极地区升温。大量研究表明, 云和水汽的增多是近年来北极海冰减少和北极增温的重要原因。
（4）海洋变暖后向极地输送更多热量，导致海冰融化
大气环流和洋流也能将低纬度的水汽和热量输送到北极。
北极升温和海冰较少的影响
首先，北极陆地和海洋生态系统发生变化。在陆地上，积雪快速融化，植被覆盖增加，树线北移；在海洋里，温度和光照的增加促进了浮游植物的生长，鱼类等随之北上，渔业资源也北移。极地是全球生态安全的屏障，作为地球上的生态脆弱带，这些变化可能给寒冷生态系统的微妙平衡带来重大破坏。
其次，二氧化碳等温室气体的循环过程发生极大改变。北极是目前地球上碳源汇格局变化最剧烈的地区。
碳源和碳汇分别指二氧化碳的释放源和吸收体。一方面，地表大量营养盐物质在冰层融化后被冲刷入海，开阔海域面积和持续时间增加，都有利于海洋植物的生长，加强了碳从海洋表层向深层的转移和埋藏，这一将碳“抽”入海底的过程也被形象地称为“海洋生物泵”；另一方面，冻土层加速融化加剧了土壤中甲烷和二氧化碳的释放，海域的扩张也加大了浮游生物对二甲基硫等温室气体的排放。可见，碳源和碳汇在北极都有所增加。总体来说，北冰洋是大气二氧化碳的“汇”，但这个“汇”涉及上述陆地与海洋物质交换的多种过程，未来究竟会如何变化，目前尚不得而知。
然后，北极的快速变化也能带来新的经济机遇：北极航道通航能力增强，油气、渔业等资源开采的条件将大为改善。
最后，北极地区发生的海—冰—气相互作用过程也对北半球的气候和极端天气产生了影响。北极海冰面积减少会导致北半球冬季大气环流场的变化，造成中纬度气压降低和高纬度气压升高，给北半球国家带来频繁的寒潮与暴雪，甚至影响雾霾的扩散（具体分析见下）。此外，冰层的融化也会导致海平面的升高。据估算，如果格陵兰岛的冰川全部融化，全球海平面将上升约7米。即便较小的海平面上升，加上台风、风暴潮等极端天气的共同作用，也将给沿海地区带来巨大灾难。
冰盖减少会造成大气环流的异常，重要表现包括向极温度梯度减弱（因为北极自己的气温上升了），大陆上空纬向西风减弱，西伯利亚高压增强等等，而后者对中国冬季气候来说至关重要。
此外，极地涡旋是影响气候的重要因素，它是大气高层的紧密旋转气流。漩涡可以将极地温度极低且密度较大的空气，一直通向上空的平流层，就像无形的弹力绳“束缚”着冷空气，把冷空气限制在北极地区。它的形成源于地球高低纬度之间的气压差（也就受到温度差的影响）。北极与赤道的温差越大，极地涡旋也就越稳定，越能将冷空气锁定在极地。其实极地涡旋南北极都有，但是南极大陆更冷，周边陆地更少，涡旋更强更稳定，目前还没有发生什么变化。而在陆地占比比较大的北半球，气流交换的干扰作用更加明显，所以北极极地涡旋的受干扰因素更多。一旦极地涡旋偏弱，留出的空间就会被较为温暖的气团北上占据，挤压极地涡旋原本的空间。受到挤压的极地涡旋影响范围就变得不再稳定、规则，北极气团就可能被“挤”到更靠南的地方（寒潮南下）。严重时，极地涡旋本身也会发生分裂。正常情况下，北极涡旋会分裂为两个，分别分布在加拿大的巴芬岛和西伯利亚东北部，它们分别控制着西北半球和东北半球的高纬度气流，这种情况也还算稳定。
全球变暖越来越显著，这导致海冰减少，反射减弱，吸收更多太阳热力，海冰进一步减少的恶性循环，所以出现了非常反常识的现象——北极升温幅度接近其他地区平均升温幅度的三倍。
北极比赤道暖化更快也就意味着两者之间的温差正在减弱，大气环流也因此受到影响。继而，它减弱了极地涡旋和西风急流，使西风急流较为波动，有利于北极冷空气南侵。
所以在过去四十年，极地涡旋的偏弱的趋势在逐渐明显，在近年来终于愈发明显地出现分裂。在最严重时分裂为杂乱无章的数个，并南下到北半球中高纬地区，这也就解释了为什么在2010年代，美国东北部的冬季变得更加严酷。
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