第七章大氣環(huán)流

第七章大氣環(huán)流演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共46頁(yè)。

若按水平范圍同時(shí)考慮時(shí)間尺度，大氣環(huán)流又可分為四種：

大尺度環(huán)流：2000㎞以上，持續(xù)時(shí)間一周左右；中間尺度環(huán)流：200—2000㎞持續(xù)時(shí)間2—3天；中尺度環(huán)流：2—200㎞持續(xù)時(shí)間1天左右；

小尺度環(huán)流：2㎞以下持續(xù)時(shí)間幾小時(shí)或更短；

當(dāng)前2頁(yè)，總共46頁(yè)。一、大氣環(huán)流形成的基本因子（一）太陽(yáng)輻射作用1、沿緯圈平均在35°S—35°N之間是輻射差額的正值區(qū)，即凈得能量區(qū)。由35°S向南和由35°N向北是輻射差額的負(fù)值區(qū)，即凈失能量區(qū)。當(dāng)前3頁(yè)，總共46頁(yè)。2、一圈環(huán)流的生成（1）結(jié)果，低緯大氣因凈得熱量不斷增溫并膨脹上升，（2）極地大氣因凈失熱量不斷冷卻并收縮下沉。在這種溫度梯度下，為保持靜力平衡，對(duì)流層高層必然出現(xiàn)向極地的氣壓梯度，低層出現(xiàn)向低緯的氣壓梯度。（3）假設(shè)地球表面性質(zhì)均一和沒(méi)有地轉(zhuǎn)偏向力，則氣壓梯度力的作用將使赤道和極地間構(gòu)成一個(gè)大的理想的直接熱力環(huán)流圈。當(dāng)前4頁(yè)，總共46頁(yè)。赤道當(dāng)前5頁(yè)，總共46頁(yè)。

當(dāng)前6頁(yè)，總共46頁(yè)。（二）地球自轉(zhuǎn)作用地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力迫使運(yùn)動(dòng)空氣的方向偏離氣壓梯度力方向。在北半球，氣流向右偏轉(zhuǎn)，結(jié)果使直接熱力環(huán)流圈中自極地低空流向赤道的氣流偏轉(zhuǎn)成東風(fēng)，而不能逕直到達(dá)赤道；同樣，自赤道高空流向極地的氣流，隨緯度增高，偏轉(zhuǎn)程度增大，逐漸變成與緯圈相平行的西風(fēng)?？梢?jiàn)，在偏轉(zhuǎn)力的作用下，理想的單一的經(jīng)圈環(huán)流，既不能生成也難以維持，因而形成了幾乎遍及全球（赤道地區(qū)除外）的緯向環(huán)流。當(dāng)前7頁(yè)，總共46頁(yè)。赤道低壓帶副熱帶高壓帶副極地低壓帶極地高壓帶當(dāng)前8頁(yè)，總共46頁(yè)。0°90N90S30°60°30°60°熱高壓低壓高壓低壓高壓高壓低壓低壓哈德萊環(huán)流哈德萊環(huán)流極地環(huán)流圈間接環(huán)流圈極地環(huán)流圈間接環(huán)流圈三圈環(huán)流的形成當(dāng)前9頁(yè)，總共46頁(yè)。高低副熱帶高壓帶赤道低壓帶副極地低壓帶極地高壓副熱帶高壓帶副極地低壓帶極地高壓三圈環(huán)流形成的同時(shí)，地面上形成了高低相間的氣壓帶。b.地面氣壓帶

當(dāng)前10頁(yè)，總共46頁(yè)。形成地面的氣壓帶和風(fēng)帶當(dāng)前11頁(yè)，總共46頁(yè)。（三）地表性質(zhì)作用地球表面是一個(gè)性質(zhì)不均勻的復(fù)雜的下墊面。（從對(duì)大氣環(huán)流的影響來(lái)說(shuō)，海陸間熱力性質(zhì)的差異所造成的冷熱源分布和山脈的機(jī)械阻滯作用，都是重要的熱力和動(dòng)力因素。）海洋與陸地的熱力性質(zhì)有很大差異。夏季：陸地是相對(duì)熱源，海洋是相對(duì)冷源；冬季：陸地是相對(duì)冷源，海洋是相對(duì)熱源。這種冷熱源分布直接影響到海陸間的氣壓分布，使完整的緯向氣壓帶分裂成一個(gè)個(gè)閉合的高壓和低壓當(dāng)前12頁(yè)，總共46頁(yè)。在高空上表現(xiàn)為：在冬季：大陸是冷源，緯向西風(fēng)氣流流經(jīng)大陸時(shí)，氣流溫度逐漸降低，直到大陸東岸降到最低，氣流東流入海后，因海洋是熱源，氣溫不斷升溫，直到海洋東緣溫度升到最高，這樣便形成了圖4·32所示的溫度場(chǎng)。即大陸東岸成為溫度槽，大陸西岸形成溫度脊。夏季時(shí)：溫度場(chǎng)相反，大陸東岸為溫度脊，大陸西岸為溫度槽。根據(jù)熱成風(fēng)原理，與溫度場(chǎng)相適應(yīng)的高空氣壓場(chǎng)則是，冬季大陸東岸出現(xiàn)低壓槽，西岸出現(xiàn)高壓脊，夏季時(shí)相反當(dāng)前13頁(yè)，總共46頁(yè)。冬季：大陸東岸低壓槽，大陸西岸高壓脊

夏季：大陸東岸高壓脊，大陸西岸低壓槽

當(dāng)前14頁(yè)，總共46頁(yè)。二、大氣環(huán)流的平均特征大氣運(yùn)動(dòng)狀態(tài)千變?nèi)f化。為了從這些隨時(shí)間和空間不斷變化的復(fù)雜環(huán)流狀態(tài)中找出大氣環(huán)流的主要規(guī)律，通常采用求平均的方法，即對(duì)時(shí)間求平均，（一）平均緯向環(huán)流大氣環(huán)流最基本的狀態(tài)是盛行著以極地為中心的旋轉(zhuǎn)的緯向環(huán)流，也就是東、西風(fēng)帶。當(dāng)前15頁(yè)，總共46頁(yè)。當(dāng)前16頁(yè)，總共46頁(yè)。上圖是平均緯向風(fēng)速的經(jīng)向剖面圖。從圖上可以看出，對(duì)流層的中上層，除赤道地區(qū)有東風(fēng)外，各緯度幾乎是一致的西風(fēng)，而且西風(fēng)跨越的緯距隨著高度在擴(kuò)大。這是對(duì)流層中、上層由低緯指向高緯的經(jīng)向溫度所決定的。近地面層的緯向環(huán)流分布有特征如下：當(dāng)前17頁(yè)，總共46頁(yè)。（1）高緯地區(qū)：冬夏季都是一層很淺薄的東風(fēng)帶，稱極地東風(fēng)帶。（2）中緯地區(qū)：從地面向上都是西風(fēng)，稱盛行西風(fēng)帶。西風(fēng)帶在緯距上的寬度隨高度而增大。西風(fēng)風(fēng)速自地面向上直至200hPa，差不多是增加的，到對(duì)流層頂附近形成一個(gè)強(qiáng)西風(fēng)中心。北半球冬季西風(fēng)風(fēng)速大于夏季巨大的大陸面積、不規(guī)則的地形以及氣壓型式的季節(jié)變化往往又使西風(fēng)氣流變得不十分清楚。當(dāng)前18頁(yè)，總共46頁(yè)。南半球西風(fēng)風(fēng)速比北半球要強(qiáng)，風(fēng)向也更為穩(wěn)定（3）低緯地區(qū)：自地面到高空是深厚的東風(fēng)層，稱熱帶東風(fēng)帶或信風(fēng)帶。它是緯向風(fēng)帶中風(fēng)向最為穩(wěn)定、風(fēng)速較大（平均風(fēng)速4—8m/s）、活動(dòng)范圍廣闊（幾乎占全球的一半）的風(fēng)帶。此外，北半球夏季，在南亞和非洲出現(xiàn)西風(fēng)系統(tǒng)，稱赤道西風(fēng)帶，其厚度從2—3km（非洲）到5—6km（印度洋）。(思考：為什么？）當(dāng)前19頁(yè)，總共46頁(yè)。（二）平均水平環(huán)流水平環(huán)流是指緯向環(huán)流受到擾動(dòng)（主要是地球表面海陸分布以及地面摩擦和大地形作用所引起）后發(fā)展起來(lái)的槽、脊和高、低壓環(huán)流。北半球?qū)α鲗又?，高層的平均水平環(huán)流形式是西風(fēng)帶上存在著大尺度的平均槽、脊。當(dāng)前20頁(yè)，總共46頁(yè)。1月北半球500百帕等壓面圖當(dāng)前21頁(yè)，總共46頁(yè)。7月北半球500百帕等壓面圖當(dāng)前22頁(yè)，總共46頁(yè)。1、

500hPa等壓面圖（見(jiàn)上圖）1月份500hPa等壓面圖上西風(fēng)帶有三個(gè)平均槽：即位于亞洲東岸140°E附近的東亞大槽、北美東岸70°—80°W附近的北美大槽，和烏拉爾山西部的歐洲淺槽。在三槽之間并列著三個(gè)脊，脊的強(qiáng)度比槽弱得多。7月份，西風(fēng)帶顯著北移，槽脊的位置也發(fā)生很大變動(dòng)，即東亞大槽東移入海，原歐洲淺槽已不存在，并變?yōu)榧梗鴼W洲西岸和貝加爾湖地區(qū)各出現(xiàn)一個(gè)淺槽，北美大槽位置基本未動(dòng)。當(dāng)前23頁(yè)，總共46頁(yè)。2、對(duì)流層上層300hPa平均圖上的環(huán)流形勢(shì)與中層500hPa平均圖大體相似，（圖略）只是西風(fēng)范圍更擴(kuò)大，風(fēng)速更增強(qiáng)。冬季時(shí)，三槽形勢(shì)非常清楚。夏季時(shí)，槽、脊明顯減弱。在副熱帶地區(qū)有深厚的高壓帶，其位置、范圍、強(qiáng)度都隨季節(jié)有變化。當(dāng)前24頁(yè)，總共46頁(yè)。提綱：一、平均緯向環(huán)流1、高緯低空為一淺薄的東風(fēng)層，高空為西風(fēng)。2、低緯有一較厚的東風(fēng)層。3、中緯從地面至高空都是西風(fēng)，在高空西風(fēng)范圍向高、低緯擴(kuò)展。結(jié)論：主要環(huán)流為西風(fēng)環(huán)流。當(dāng)前25頁(yè)，總共46頁(yè)。二、平均水平環(huán)流1、

500hPa等壓面圖1月份西風(fēng)帶有三個(gè)平均槽，東亞大槽、北美大槽、歐洲淺槽。在三槽之間并列著三個(gè)脊，脊的強(qiáng)度比槽弱得多。7月份，西風(fēng)帶顯著北移，槽脊的位置也發(fā)生很大變動(dòng)，即東亞大槽東移入海，原歐洲淺槽已不存在，并變?yōu)榧?，而歐洲西岸和貝加爾湖地區(qū)各出現(xiàn)一個(gè)淺槽，北美大槽位置基本未動(dòng)。當(dāng)前26頁(yè)，總共46頁(yè)。2、對(duì)流層上層300hPa平均圖上的環(huán)流形勢(shì)與中層500hPa平均圖大體相似，（圖略）只是西風(fēng)范圍更擴(kuò)大，風(fēng)速更增強(qiáng)。冬季時(shí)，三槽形勢(shì)非常清楚。夏季時(shí)，槽、脊明顯減弱。在副熱帶地區(qū)有深厚的高壓帶，其位置、范圍、強(qiáng)度都隨季節(jié)有變化。當(dāng)前27頁(yè)，總共46頁(yè)。3、在中高緯海平面上。（1）、1月份北半球中高緯度沿緯圈有兩個(gè)大低壓，一個(gè)在北太平洋的阿留申群島附近，中心強(qiáng)度為1000hPa左右。稱阿留申低壓。另一個(gè)在北大西洋的冰島附近，稱冰島低壓。中心強(qiáng)度為997hPa。還有兩個(gè)冷高壓，一個(gè)是歐亞大陸上的強(qiáng)大西伯利亞高壓，中心強(qiáng)度為1035hPa。另一個(gè)是北美大陸上的北美高壓，中心強(qiáng)度1020hPa。副熱帶的高壓有兩個(gè)主要中心，一個(gè)在太平洋，一個(gè)在大西洋，范圍甚小，強(qiáng)度較弱。（共六個(gè)）當(dāng)前28頁(yè)，總共46頁(yè)。（2）7月份，北半球大陸上發(fā)展了兩個(gè)低壓，即亞洲南部低壓（又稱印度低壓）和北美西南部低壓，中心強(qiáng)度分別為997hPa和1011hPa。原在海洋上勢(shì)力很強(qiáng)的阿留申低壓和冰島低壓仍然存在，但強(qiáng)度已大為減弱，甚至幾乎消失了，而海洋上的北太平洋高壓（夏威夷高壓）、北大西洋高壓（亞速爾高壓）強(qiáng)度增強(qiáng)，范圍擴(kuò)大，位置北移，中心氣壓值增至1027hPa左右。南半球高壓帶幾乎環(huán)繞全球，中心氣壓值可超過(guò)1020hPa（圖4·38）。（也是六個(gè)，但大陸上的兩個(gè)系統(tǒng)變了）當(dāng)前29頁(yè)，總共46頁(yè)。冬、夏季在平均氣壓圖上出現(xiàn)的大型高、低壓系統(tǒng)，稱為大氣活動(dòng)中心。共8個(gè)：其中北半球海洋上的太平洋高壓、大西洋高壓、阿留申低壓、冰島低壓常年存在，只是強(qiáng)度、范圍隨季節(jié)有變化，稱為常年活動(dòng)中心。而陸地上的南亞低壓（印度低壓）、北美低壓、西伯利亞高壓、北美高壓等只是季節(jié)性存在，稱為季節(jié)性活動(dòng)中心當(dāng)前30頁(yè)，總共46頁(yè)。三、實(shí)際大氣環(huán)流的基本特征

由于受海陸和地形的影響，破壞了理想的三風(fēng)四帶的大氣環(huán)流。（一）地面環(huán)流狀況：特點(diǎn)：1、北半球因海陸相間分布，緯向分布的氣壓帶被分成幾個(gè)閉合的高低壓系統(tǒng)，并隨季節(jié)而變動(dòng)。當(dāng)前31頁(yè)，總共46頁(yè)。大氣活動(dòng)中心冬夏在海陸出現(xiàn)的閉合的高低壓中心永久性的：常年存在的（海上四個(gè)）太平洋:阿留申低壓、太平洋副高大西洋:冰島低壓、亞速爾高壓半永久性的：隨季節(jié)出現(xiàn)的（陸地上的四個(gè)）亞洲:蒙古高壓、印度低壓美洲:北美高壓、北美低壓當(dāng)前32頁(yè)，總共46頁(yè)。2、南半球40°S以南，無(wú)論冬夏，等壓線基

本上呈緯向分布，而40°S以南：冬季高壓帶環(huán)繞全球夏季陸地是低壓、海洋是高壓當(dāng)前33頁(yè)，總共46頁(yè)。1月氣壓中心冬季亞洲HHHLL阿留申夏威夷亞速爾冰島HH當(dāng)前34頁(yè)，總共46頁(yè)。7月氣壓中心夏季H夏威夷H亞速爾亞洲L北美低壓L澳洲H亞洲LHH當(dāng)前35頁(yè)，總共46頁(yè)。（二）高空的環(huán)流狀況

高空受地面影響小，因此地面上的高低壓閉合中心，在高空已不存在，取而代之的是槽脊形式。

1、冬季：等高線密，三槽三脊

2、夏季：等高線稀，四槽四脊

當(dāng)前36頁(yè)，總共46頁(yè)。（三）將地面和高空同時(shí)刻的氣壓圖相對(duì)照：

蒙古高壓位于東亞大槽后的下方，北美高壓位于北美槽后的下方。阿留申低壓位于東亞槽前的下方冰島低壓位于北美槽前的下方。當(dāng)前37頁(yè)，總共46頁(yè)。（四）急流是指風(fēng)速30m/s以上的狹窄強(qiáng)風(fēng)帶。是大氣環(huán)流中的一個(gè)重要特征。急流中心強(qiáng)度最大區(qū)稱急流軸。急流軸是準(zhǔn)水平的，其南北兩端存在著強(qiáng)大的垂直風(fēng)速切變（每千米5—10m/s）。一般情況下，急流中心風(fēng)速可達(dá)50—80m/s，強(qiáng)急流中心風(fēng)速達(dá)100—150m/s或更大。位于東亞海洋上和日本上空的急流強(qiáng)度最大，冬季偶爾達(dá)150—180m/s，甚至達(dá)200m/s當(dāng)前38頁(yè)，總共46頁(yè)。急流區(qū)大多與對(duì)流層上層水平溫度梯度很大的鋒區(qū)相對(duì)應(yīng)，因而也和天氣系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展有密切關(guān)系。當(dāng)前39頁(yè)，總共46頁(yè)。在對(duì)流層上層已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有下列幾種急流。（1）溫帶急流：又稱極鋒急流，位于南北半球中高緯度地區(qū)的上空，是與極鋒相聯(lián)系的西風(fēng)急流。1）急流的平均高度在冬季約8—10km，夏季約9—11km，平均厚度約3—10km。2）急流的位置經(jīng)常在變動(dòng)，冬季平均位于40°—60°N間，甚至伸展到更低緯度。3）夏季平均位置北移到70°N附近。溫帶急流的中心最大風(fēng)速一般45—55m/s，甚至達(dá)105m/s。4）一般是冬季強(qiáng)、夏季弱。急流軸有明顯的分支和匯合現(xiàn)象。當(dāng)前40頁(yè)，總共46頁(yè)。（2）副熱帶急流：又稱南支西風(fēng)急流，位于200hPa上空副熱帶高壓的北緣，同副熱帶鋒區(qū)相聯(lián)系，是一支相當(dāng)強(qiáng)大而穩(wěn)定的急流。1）急流軸位于25—32°N的11—13km的高空，位置比較穩(wěn)定，夏季向高緯推移10—15個(gè)緯距。2）冬季中心最大風(fēng)速約50—60m/s，強(qiáng)中心風(fēng)速可增至100—150m/s，甚至可達(dá)200m/s。夏季風(fēng)速減半。其分支、匯合現(xiàn)象以東亞最清楚。當(dāng)前41頁(yè)，總共46頁(yè)。（3）熱帶東風(fēng)急流：主要出現(xiàn)在夏季北半球亞洲、非洲副熱帶對(duì)流頂附近（100—150hPa）處的一支急流，盛夏其平均位置在北緯10°—20°間，最大風(fēng)速平均30—40m/s，個(gè)別達(dá)50m/s，風(fēng)向穩(wěn)定，強(qiáng)中心在阿拉伯海上空。結(jié)論：由上可知，大氣環(huán)流基本上是緯向環(huán)流中包含著經(jīng)圈環(huán)流，緯向主流上又疊著渦旋運(yùn)動(dòng)。這種不同運(yùn)動(dòng)形式之間相互聯(lián)系、相互制約著，形成一個(gè)整體的環(huán)流體系。當(dāng)前42頁(yè)，總共46頁(yè)。三、大氣環(huán)流的變化（一）年變化（長(zhǎng)期變化）在中高緯度，一年中環(huán)流狀態(tài)的季節(jié)轉(zhuǎn)換，一般是以西風(fēng)帶上槽脊的數(shù)量、結(jié)構(gòu)形式