海-气关系
海-气关系（ ocean-atmosphere relation ），海洋与大气之间，通过能量和物质交换产生的相互作用关系。海洋和大气是地球气候系统的两个主要成员，是地球上两部分密度不同的流体，它们之间有着广阔的交接面，构成了耦合系统，在不同的时间和空间尺度上形成各种相互作用的过程和现象。认识这些运动过程和现象，评估它们在天气和气候环境演变中的作用，探讨其可预测性，是海–气关系研究的主要内容。它已成为气候系统研究中最活跃的领域之一。
海–气交换
通过海洋与大气交界面的能量和物质交换，包括热量、动量、水分、盐粒和尘埃等微粒物质、二氧化碳等气体和电荷等的交换。由于海洋和大气的物理特性不同，它们在相互交换和全球能量的收支中所起的作用也不同。
占地球表面积约71％的海洋同大气相比，具有不同的热力学和动力学的特性。海水密度大（约为近海面大气的800倍），总质量大（约为大气的258倍），比热大（约为大气的4倍），因此具有巨大的热容量。海洋主要从海面加热，层结比较稳定。由于大气对太阳的短波辐射是近乎透明的，所以到达地球表面的太阳辐射大部分被海洋吸收，而且被贮藏起来，使海洋成为地球的一个“热库”。这些能量通过红外辐射、感热通量和潜热（水汽）通量的方式向大气输送。海水的总质量约占地球水圈总质量的96.5％，是地球的“水库”，大气中的水汽绝大部分来源于海洋的蒸发。海洋中的二氧化碳（CO2）约占全球总量的93%，可见海洋又是巨大的CO2库，由于海洋中的生物化学作用，海洋成为CO2的最大吸收体，它对缓解人类活动造成的大气中CO2增加起了重要作用。因此，海洋对全球大气的能量和物质平衡有重要的作用。
大气是海–气系统中比较多变的成员。运动着的大气通过海面风应力将动能输送给海洋，影响海洋的流动；通过降水和蒸发影响海水的盐度；大气的热力状况、云量及其分布影响海面对太阳辐射的吸收和热量交换，从而影响海洋的热状况和温度分布。
海冰覆盖约占全球海洋面积的7%，冰盖可在风和洋流的作用下漂移，随着季节变化增长或消融。海冰对太阳辐射有很大的反射率（平均比海面约大3倍），对阻止局地海–气交换有屏障作用，对气候系统有重要影响。
为了研究海–气交换，许多国家曾进行过大量的工作，包括在海面附近直接用仪器测量，或根据物理过程利用海洋和气象资料进行理论的和经验的计算，已编制出的全球海洋与大气之间的能量变换图，是研究海–气相互作用的基础资料。
各种尺度的海–气相互作用
在各种时间和空间尺度上，存在不同的海–气相互作用过程和现象。
小尺度相互作用
主要研究海洋与大气边界层的物理结构，以及边界层内的热量、水分和动量的交换机制和测定方法。人们利用船舶、浮标、飞机、气球及人造卫星的综合观测，进行海洋大气边界层试验，取得了一些基础资料。在此基础上对热带对流、积云等形成过程中的海–气相互作用有了新的认识。
天气尺度相互作用
温带气旋入海后加强，与海面温度和海–气之间的能量交换有密切的关系。台风和其他热带风暴的生成和发展，也显著地受到海面温度的影响。通常暖的海面有利于气旋的发展。气旋通过海面时，在海洋埃克曼层内因海水辐散上涌，海面温度可明显降低。因此，在有强烈的气旋和台风活动的海区，会形成范围相当大的降温区。
行星尺度相互作用
指半球或全球尺度的海洋与大气之间的相互作用。它对于大气环流和气候的异常有十分重要的影响。许多气候学家认为，海洋和大气的相互作用是气候形成和变化的重要环节。人们发现主要的洋流系统和大气环流系统很相似，这是行星尺度相互作用的最好例证。已经发现在主要洋流区，如大西洋上的湾流区和太平洋上的黑潮区（北半球最强大的两支暖流），以及赤道东太平洋区（称为赤道冷水带）海洋和大气之间的相互作用最为激烈。在黑潮和湾流区，冬季时海洋向大气输送的总热量，可以达到1 000卡/（日·厘米2），成为一个强大的热源。在这些海区，海面温度的距平值常常可以达到±2～3℃，相当于对大气热量的供给改变100卡/(日·厘米2)，海洋向大气加热状况的变化，往往可持续几个月甚至一年以上，其空间尺度可达数千千米，与大气活动中心的尺度相当。已经发现大气活动中心和某些天气系统，如太平洋高压、阿留申低压、热带辐合带和东亚沿岸西风槽的位置和强度，以及平均经圈环流和纬圈环流的强度等，都显著地受到海洋状况的影响。海洋不但影响其局地上空的大气，而且与更大范围的天气气候相关联。对于行星尺度的过程，按时间尺度还可分为季节内、年际和年代际等不同振荡过程。
①季节内振荡。季节内振荡主要指季节时间尺度以内的低频振荡现象。其主要周期为30～50天，于20世纪70年代初在热带发现。其特征是，在热带印度洋至太平洋的广大区域，因海–气相互作用，纬向风和地面气压存在周期性变化，且有向东和向中纬度传播的倾向，伴随纬向环流的变化，大规模积云对流活动发展东移，在印尼以东洋面达最强，以后东移减弱。它与印度季风的活跃和中断，东亚梅雨的加强和间歇，以及厄尔尼诺的爆发相联系，因而成为海–气相互作用现象研究的重要内容之一。
②年际振荡。在年际时间尺度，最重要的海–气相互作用现象是厄尔尼诺和南方涛动（简称ENSO）。它主要发生在热带太平洋区域，是迄今发现的与全球气候年际变化有关的最强信号。1985～1994年进行的热带海洋和全球大气研究计划，建立了热带太平洋区域经常性的海洋监测系统，进行了大量的诊断研究，建立了复杂程度不同的模拟和预报ENSO的海–气耦合模式，对ENSO循环中的海–气相互作用过程得到了进一步的认识。
③年代际振荡。在海–气相互作用过程中，海洋的重要性随着时间尺度的加长而增加，要认识全球海气耦合系统的10年以上时间尺度变化的物理过程，将不但涉及海表温度和海冰，而且与海洋深层环流（温盐环流）过程相联系。而对这些，迄今的观测和研究还太少。但从近一个多世纪全球温度（地表气温和海洋水温）记录可见，不管人类活动的影响如何，在年代及以上时间尺度上确实存在全球和区域的气候振荡。如对于北大西洋区域，1950～1964年为暖期，1970～1984年为冷期，中纬北大西洋的中部出现相应的气压和大气环流的变化。在海洋表面之下到大洋深层，虽然资料稀少，但也有越来越多的证据表明，在年代际及更长时间尺度上，不同深度的大洋层结存在大范围的显著变化。80年代以来，用海洋模式和海–气耦合模式对年代际及以上时间尺度上的海–气相互作用过程研究，提出了产生这种尺度气候振荡的若干可能的机制。如发现高频天气系统对海洋的随机强迫可产生这种气候振荡。又发现北大西洋温盐环流可能对调整北大西洋海温有重要作用：当温盐环流处于弱位相时，经向热量输送减少，北大西洋中部海洋上层就会变冷，大气产生气旋性环流距平，这样的环流会使向西北大西洋对流区的高盐水输送增加，增加对流区海表层密度，加强深对流过程，反过来使经向温盐环流加强，增加向北的热量输送，使北大西洋中部海洋上层增暖。这样就可使温盐环流从一种状态转变成另一种状态，形成年代际振荡。
