地球的呼吸：大气与海洋如何共同调节气候？—《气候》上

人类自诩为大自然的主宰，然而，真相却是我们作为一种生物，实则脆弱至极。我们的舒适区极其有限，温度需维持在20至26摄氏度，湿度则在20%至75%之间。尽管借助外部手段，人类得以在地球上的众多角落生存，但这种生存总是受制于当地的气候条件。

气候对我们获取食物的方式起着决定性作用，因为农产品的生长直接受气候影响。水稻偏好温暖湿润的环境，而小麦则能适应更广泛的温带气候。不同年份的葡萄酒风味各异，恰当的冬季低温能够使葡萄藤更加坚韧，从而孕育出更优质的葡萄。

地球上气候的多样性，正是人类生存与发展的基石。这种多样性源于地球自身的地理特征。地球的能量主要来自太阳辐射，赤道接收的能量远高于两极。尽管太阳能孕育了地球生命的成长，但实际上到达地球的太阳能量仅占太阳辐射能量的极小比例（约二十亿分之一）。不难想象，若太阳能量稍有增加，地球上的生命将面临毁灭。

在地球接收的太阳能中，约三分之一被反射回太空。白云和积雪是优秀的反射体，而深色植被则吸收阳光。附带效应是，在阳光充足的赤道地区，更多植被吸收更多太阳能，而在日照不足的两极，有限的太阳能还被白雪反射回去。

这自然导致赤道温度远高于两极，但地球作为一个动态系统，始终寻求能量平衡。这些能量以热能形式通过大气和海洋向两极输送，影响着气候。

除了日照，地球的倾斜角度和自转也影响气候。地球围绕太阳公转时存在23.5度的倾斜角，同时进行自转，造成昼夜交替和四季变化。地球自转还使大气和海洋运动更加复杂，因为自转施加了一种外来的运动力。

科里奥利效应描述了这种影响，即地球自转使北半球空气和洋流向右侧偏转，南半球则向左。虽然有关南北半球放水漩涡方向相反的演示印象深刻，但实际上这是错误的，科里奥利效应主要体现在宏观的大气和洋流运动上，而非微观的下水漩涡方向。

大气是天气的发源地，从地表向上逐渐延伸至太空。为满足人类划分界限的喜好，定义了地表以上一百公里的卡门线为太空界限。影响气候的大气层并没那么高，10英里高度已非常稀薄。同样影响气候的还有海洋，平均深度2.5英里，控制气候的物质层总厚度为12.5英里。

大气中主要气体是氮气，占78%，其次是氧气，占21%。其他气体含量虽少，但作用重要。如臭氧含量极低，但其臭氧层能屏蔽有害紫外线。二氧化碳占0.04%，是光合作用的主要参与者，也是温室效应的源头。温室气体若不存在，地球平均气温将下降35度。

大气中的气溶胶，主要成分是海盐、灰尘、烟雾等，对云形成至关重要。水蒸气是重要温室气体，占约1%，大气中含量受温度影响，低温时以气溶胶为核心形成云。

地球温度取决于热量吸收与反射的平衡，大气和海洋是热量传输的关键。海洋如墨西哥湾流，将热带大西洋的温暖水带往欧洲，影响气候和人类聚居。北欧人的出现与此有关，墨西哥湾流带来的热量使北欧可有大量农业人口，浅色皮肤在日照不足的环境下有优势。

大气因温差而运动，热带加热的空气升至高空并向两极移动，冷却后下沉形成副热带高压区，导致少雨干燥。哈德来环流解释了主要降雨带与沙漠带。西风带是热量主要输送者，亚热带暖空气遇极地冷空气时停止，形成中纬度环流。急流是高空狭窄气流，地球上空气流动遵循三圈环流两急流模式。

深海环流是全球气候的主要控制因素，交换南北半球热量。墨西哥湾流将热量送往欧洲，下沉的深层水形成北大西洋深层水，与南极底层水会合。气候变暖导致冰川融化，可能稀释海水盐分，中断洋流，引发气候变化。

植被与气候相关，沙漠位于降雨带间，热带雨林在降水充沛的热带，稀树草原在季节性降雨的热带，地中海气候群落在冬季降水后干燥的地区。植被也影响气候，改变反射率，循环利用水分保持潮湿。

天气与气候不同，气候是平均天气的长期趋势。人们更关注日常天气，如降雨、寒潮。预测天气对挽救生命、减少损失至关重要。最强大计算机系统用于天气预测，但受混沌理论影响，无法完全准确模拟。天气预测可预判未来两三天情况，对人类至关重要。