海洋在地球气候的形成和变化中的重要作用已越来越为人们所认识,它是地球气候系统的最重要的组成部分.80年代的研究结果清楚地表明,海洋-大气相互作用是气候变化问题的核心内容,对于几年到几十年时间尺度的气候变化及其预测,只有在充分了解大气和海洋的耦合作用及其动力学的基础上才能得到解决.海洋在气候系统中的重要地位是由海洋自身的性质所决定的.
地球表面约71％为
海洋所覆盖,全球海洋吸收的
太阳辐射量约占进入地球大气顶的总太阳辐射量的70％左右.因此,海洋,尤其是
热带海洋,是大气运动的重要能源.
海洋有着极大的
热容量,相对大气运动而言,海洋运动比较稳定,运动和变化比较缓慢.
海洋是地球大气系统中CO2的最大的汇.
上述三个重要性质,决定了海洋对大气运动和气候变化具有不可忽视的影响.
(一)海洋对大气系统热力平衡的影响
洋吸收太阳入射辐射的70％,其绝大部分(85％左右)被贮存在海洋表层(混合层)中.这些被贮存的能量将以潜热、长波辐射和感热交换的形式输送给大气,驱动大气的运动.因此,海洋热状况的变化以及海面蒸发的强弱都将对大气运动的能量产生重要影响,从而引起气候的变化.
海洋并非静止的水体,它也有各种尺度的运动,海洋环流在地球大气系统的能量输送和平衡中起着重要作用.由于地球大气系统中低纬地区获得的净辐射能多于
高纬地区,因此,要保持能量平衡,必须有能量从低纬地区向高纬地区输送.研究表明,全球平均有近70％的经向能量输送是由大气完成的,还有30％的经向能量输送要由海洋来承担.而且在不同的纬度带,大气和海洋各自输送能量的相对值也不同,在0°～30°N的低纬度区域,海洋输送的能量超过大气的输送,最大值在20°N附近,海洋的输送在那里达到了74％,但在30°N以北的区域,大气输送的能量超过海洋的输送,在50°N附近有最强的大气输送.这样,对地球大气系统的热量平衡来讲,在中低纬度主要由海洋环流把低纬度的多余热量向较高纬度输送；在中纬度的50°N附近,因有西部边界流的输送,通过海气间的强烈热交换,海洋把相当多的热量输送给大气,再由
大气环流以特定形式将能量向更高纬度输送.因此,如果海洋对热量的经向输送发生异常,必将对
全球气候变化产生重要影响.
(二)海洋对水汽循环的影响
大气中的水汽含量及其变化既是气候变化的表征之一,又会对气候产生重要影响.大气中水汽量的绝大部分(86％)由海洋供给,尤其低纬度海洋,是大气中水汽的主要源地.因此,不同的海洋状况通过蒸发和凝结过程将会对气候及其变化产生影响.
(三)海洋对大气运动的调谐作用
因海洋的
热力学和动力学惯性使然,海洋的运动和变化具有明显的缓慢性和持续性.海洋的这一特征一方面使海洋有较强的“记忆”能力,可以把大气环流的变化通过海气相互作用将信息贮存于海洋中,然后再对大气运动产生作用；另一方面,海洋的热惯性使得海洋状况的变化有滞后效应,例如海洋对太阳辐射季节变化的响应要比陆地落后1个月左右；通过海气耦合作用还可以使较高频率的大气变化(扰动)减频,导致大气中较高频变化转化成为较低频的变化.
(四)海洋对
温室效应的缓解作用
海洋,尤其是海洋环流,不仅减小了低纬大气的增热,使高纬大气加热,
降水量亦发生相应的改变,而且由于海洋环流对热量的向极输送所引起的大气环流的变化,还使得大气对某些因素变化的敏感性降低.例如大气中CO2含量增加的气候(温室)效应就因海洋的存在而被减弱.