大氣環流

大氣環流

大氣環流:指的是地球表面上大規模的空氣流動,以及與較小規模的海洋環流一起重新分配熱量和水汽的途徑。大規模的大氣環流即使年年有所不同,其基本結構頗能維持不變。然而,個別天氣系統,如中緯度低壓區、熱帶對流環流等,是在“隨機”情況下產生的,而且氣象通常只能在發生前一段短時間內被預測。

基本信息

定義

大氣環流是指具有世界規模的、大範圍的大氣運行現象(英文為atmosphericcirculation;generalcirculation ),既包括平均狀態,也包括瞬時現象,其水平尺度在數千公里以上,垂直尺度在10km以上,時間尺度在數天以上。大氣大範圍運動態。某一大範圍地區(如歐亞地區、半球、全球),某一大氣層次(如對流層、平流層、中層、整個大氣圈)在一個長時期(如月、季、年、多年)大氣運動平均狀態或某一個時段(如一周、梅雨期間)大氣運動的變化過程都可以稱為大氣環流.

大氣環流大氣環流

解釋

大氣環流大氣環流
大氣環流,一般是指具有世界規模的、大範圍的大氣運行現象,既包括平均狀態,也包括瞬時現象,其水平尺度在數千公里以上,垂直尺度在10km以上,時間尺度在數天以上。大氣大範圍運動的狀態。某一大範圍的地區(如歐亞地區、半球、全球),某一大氣層次(如對流平流層、中層、整個大氣圈)在一個長時期(如月、季、年、多年)的大氣運動的平均狀態或某一個時段(如一周、梅雨期間)的大氣運動的變化過程都可以稱為大氣環流。

形成原因

一、太陽輻射,這是地球上大氣運動能量的來源,由於地球的自轉公轉,地球表面接受太陽輻射能量是不均勻的。熱帶地區多,而極區少,從而形成大氣的熱力環流。

二、地球自轉,在地球表面運動的大氣都會受地轉偏向力作用而發生偏轉。

三、地球表面海陸分布不均勻。

四、大氣內部南北之間熱量、動量的相互交換。以上種種因素構成了地球大氣環流的平均狀態和複雜多變的形態。

表現形式

大氣環流大氣環流
大氣環流主要表現為,全球尺度的東西風帶、三圈環流(哈得萊環流、費雷爾環流和極地環流)、定常分布的平均槽脊、高空急流以及西風帶中的大型擾動等。大氣環流既是地-氣系統進行熱量、水分、角動量等物理量交換以及能量交換的重要機制,也是這些物理量的輸送、平衡和轉換的重要結果。太陽輻射在地球表面的非均勻分布是大氣環流的原動力。

大氣環流構成了全球大氣運動的基本形勢,是全球氣候特徵和大範圍天氣形勢的主導因子,也是各種尺度天氣系統活動的背景。

基本特徵

大氣環流大氣環流

從全球平均的緯向環流看,在對流層里,最基本的特徵是:大氣大體上沿緯圈方向繞地球運行,在低緯地區常盛行東風,稱為東風帶,又稱為信風帶北半球為東北信風,南半球為東南信風.。中緯度地區則盛行西風,稱為西風帶。其所跨的緯度比東風頻寬。西風強度隨緯度增加。最大風出現在30°—40°上空的200百帕附近,稱為行星西風急流。在極地附近,低層存在較淺薄的弱東風,稱為極地東風帶

劃分

大氣環流通常包含平均緯向環流、平均水平環流和平均徑圈環流3部分。

大氣環流氣候條件與大氣環流特徵有關

①平均緯向環流。指大氣盛行的以極地為中心並繞其鏇轉的緯向氣流,這是大氣環流的最基本的狀態,就對流層平均緯向環流而言,低緯度地區盛行東風,稱為東風帶(由於地球的鏇轉,北半球多為東北信風,南半球多為東南信風,故又稱為信風帶);中高緯度地區盛行西風,稱為西風帶(其強度隨高度增大,在對流層頂附近達到極大值,稱為西風急流);極地還有淺薄的弱東風,稱為極地東風帶。

②平均水平環流。指在中高緯度的水平面上盛行的疊加在平均緯向環流上的波狀氣流(又稱平均槽脊),通常北半球冬季為3個波,夏季為4個波,三波與四波之間的轉換表征季節變化。

③平均徑圈環流。指在南北-垂直方向的剖面上,由大氣經向運動和垂直運動所構成的運動狀態。通常,對流層的徑圈環流存在3個圈:低緯度是正環流或直接環流(氣流在赤道上升,高空向北,中低緯下沉,低空向南),又稱為哈得來環流;中緯度是反環流或間接環流(中低緯氣流下沉,低空向北,中高緯上升,高空向南),又稱為費雷爾環流;極地是弱的正環流(極地下沉,低空向南,高緯上升,高空向北)。

經圈環流

從全球徑向環流看,在南北方向及垂直方向上的平均運動構成三個經圈環流:

1、低緯度的正環流,即哈得來環流。在近赤道地區空氣受熱上升,在高層向北運行逐漸轉為偏西風,在30°N左右有一股氣流下沉,在低層又分為兩支,一支向南回到近赤道,另一支北移。

2、中緯度形成一個逆環流或稱間接環流,費雷爾環流

3、極區正環流,即極地下沉而在60°N附近為上升,從而形成一個正環流,但較弱,在中緯地區與低緯區之間,則常有極鋒活動。

緯圈環流

大氣環流比較穩定的大氣環流

緯度環流亦稱行星風系或氣壓帶風帶,地球上的風帶和喘流由三個對流環流(三圈環流)所推動:哈德里環流(低緯度)、費雷爾環流(中緯度)以及極地環流。有時候同一種環流(譬如低緯度)可以在同一緯度(如赤道)有數個同時存在,隨機地隨時間移動、互相合併與分裂。為了簡單起見,同一種環流通常當作一個環流處理。

低緯度環流

對低緯度環流運作的了解比較清楚。由喬治‧哈得萊(GeorgeHadley1685-1768)所記述的大氣環流模式,用以解釋貿易風(信風)的形成,與觀測到的非常符合。這是一個封閉的環流,由溫暖潮濕空氣從赤道低壓地區上升開始,升至對流層頂,向極地方向邁進。直到南北緯30度左右,這些空氣在高壓地區下沉。部分空氣返回地面後於地面向赤道返回,形成信風,完成低緯度環流。低緯度環流基本活動於熱帶地區,在太陽直射點引導下,以半年周期往返南北。

極地環流

極地環流同樣是一個簡單的系統。雖然相比赤道的空氣,這裡的空氣比較寒冷乾燥,但仍然有足夠熱力和水分進行對流,完成熱循環。本環流的活動範圍限於對流層內,最高也只到對流層頂(8公里)。往極地的氣流主要集中在空中,而赤道方向的氣流主要集中在地面。當空氣到達極地範圍,它的溫度已經大大降低,在這高壓乾燥寒冷的地區下沉,受地轉偏向力影響向西偏轉,形成極地東風。極地環流的流出,形成呈簡諧波形的羅斯貝波。這些超長波在影響於中緯度環流與對流層頂間喘流的流向,扮演重要的角色。極地環流如散熱器般,平衡低緯度環流地區的熱盈餘,使整個地球熱量收支平衡。

可以說,在中高緯度地區,極地環流是影響這裡氣象的主要成因。雖然加拿大和歐洲在夏季會間中遇到暴風雨,在冬天從西伯利亞高壓區所帶來的寒冷才能感受到真正的嚴寒。實際上,就是因為極地高壓區的氣流,導致南極東方考察站在1983年錄得地球有紀錄以來最低氣溫:攝氏零下89.2度。

中緯度環流

威廉‧費雷爾(WilliamFerrel1817-1891)所提出的中緯度環流是一個次要的環流,依靠其餘兩個環流而出現。如一處於兩者之間的走珠軸承,因處於中緯度的渦鏇(eddy)循環(高壓及低壓區)而出現。故本區時而又稱為「混合區」。在南面處於低緯度環流之上,在北面又漂浮在極地環流上。信風可以在低緯度環流以下找到,相同地西風帶也可以在中緯度環流下找到。

與低緯度環流和極地環流不同,中緯度環流並不是真正閉合的循環,而重點卻在西風帶上。不像信風和極地東風那樣,有所屬的環流捍衛著它們在該區的主導地位。盛行西風沒有這樣幸運,常常聽命於經過的氣象系統。在上空通常由西風主導,但是在地表風向可以隨時突然改變。以北半球的參考系(觀點)而言,往北的低氣壓或是往南的高氣壓往往維持甚至加速西風的流速;但是經過當地的冷鋒可能扭轉這種情況。而往北的高氣壓帶來東風主導的氣流,常常持續數天。

氣團移動是中緯度環流底層特色之一。喘流吸收由地表低壓區上升的空氣,它所處的地方是影響氣團位置的原因之一(在天氣圖上可以見到地表低壓區是隨喘流移動的)。地表風整體的流向是從緯線30度至60度的。可是中緯度環流上空的流向尚未能完全界定,一方面因為環流本身處於極地環流與低緯度環流之間,沒有一個強烈的熱源或冷源推動對流,而另一方面地表渦漩也對上空環境造成不穩定影響。

意義價值

大氣環流是完成地球- 大氣系統角動量、熱量和水分的輸送和平衡,以及各種能量間的相互轉換的重要機制,又同時是這些物理量輸送、平衡和轉換的重要結果。因此,研究大氣環流的特徵及其形成、維持、變化和作用,掌握其演變規律,不僅是人類認識自然的不可少的重要組成部分,而且還將有利於改進和提高天氣預報的準確率,有利於探索全球氣候變化,以及更有效地利用氣候資源。

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