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大气环流

围绕整个地球的大范围空气流动的平均状况。它由各种相互联系的气流(水平的和垂直的、地面的和高空的)所构成,是一个复杂的整体。简况1686年英国E.哈雷、1735年英国G.哈得来先后提出信风理论。1875年А.И.沃耶伊科夫根据气压和盛行风向的地理分布绘制了大气环流模型图。J.皮叶克尼斯和H,索尔伯格于1922年提出新的环流模型图,说明除纬向环流外,应有经向环流及气团的转换过程。

围绕整个地球的大范围空气流动的平均状况。它由各种相互联系的气流(水平的和垂直的、地面的和高空的)所构成,是一个复杂的整体。

简况

1686年英国E.哈雷、1735年英国G.哈得来先后提出信风理论。1875年А.И.沃耶伊科夫根据气压和盛行风向的地理分布绘制了大气环流模型图。J.皮叶克尼斯和H,索尔伯格于1922年提出新的环流模型图,说明除纬向环流外,应有经向环流及气团的转换过程。20世纪50年代后全球高空气象观测网形成,丰富的资料和数值模拟,使大气环流理论研究取得很大进展。

形成因素

形成大气环流的主要因素有:①太阳辐射条件造成的赤道与极地之间的温度差异;②由地球自转造成对气流运动的偏转作用;③地球表面海陆分布和地形条件的影响。

三圈环流

只受太阳辐射和地球自转影响形成的环流,是大气环流的理想模式。以北半球为例,赤道上空的气流,受热膨胀上升,并沿经圈向极地流动,由于受地球自转作用,气流逐渐向纬圈方向偏转。约在3 0°上空,就成为几乎与纬圈平行的西风。它阻碍气流继续向北流动,加之纬度越高,纬圈越小,所以,气流就在约3 0°上空积聚下沉,使该区形成高压区域,这些下沉气流在低层向南北分流。向南气流在地转偏向力作用下向右偏,转变成东北信风返回赤道,与南半球相应的东南信风在赤道地区汇合成赤道辐合带,然后又因此上升,形成一个低纬地区环流圈,称信风环流圈,也称哈得来环流。上述高压区下沉气流的向北分支也要向右偏转,变成中纬低层的偏西风。另外从北极冷却下沉的空气在低层向南流,右偏为东北风。它与北上的偏西风汇合使较暖的偏西气流(由低纬向高纬)沿东北气流爬升,到高空后又南北分流,向北的一支流向极地变冷下沉,补偿极地地面南流的空气。这就是高纬地区的环流,称极地环流圈。在低纬和高纬这两个环流圈之间,则产生一个相反的环流圈,在地面气流由南向北,在高空则由北向南,称中纬度环流圈。三圈环流的形成,相应地在低层形成三个风带和四个气压带,这就是行星风带。在北(南)半球,它们由南(北)而北(南)依次排列:赤道辐合带(赤道低压带)、东北信风带、副热带高压带、西风带、副极地低压带、极地东风带和极地高压(图1)。这对地表面条件б较均匀的南半球,与实际环流状况大体上б较符合,对地表条件复杂的北半球则相差甚远。

图1 近地面的风带与气压带示意图

实际环流

海陆分布和地形条件的影响使得实际的大气环流比其理想模式更复杂。在高空500百帕等压面上(图2),冬季(1月)中高纬度盛行以极地为中心的沿纬圈流动的西风,其上有明显的行星尺度的平均槽脊。夏季(7月)西风带北移,而在副热带地区出现深厚的高压带。高空图上等高线密集的区域就是行星锋区,是中、高纬度冷暖空气之间的过渡区域,它与气旋、反气旋的形成、活动关系密切。

在海平面平均气压图上(34)存在着若干闭合的高、低压系统,有的常年存在,称永久性活动中心;有的随季节改变,称半永久性活动中心。冬季(1月)北半球的主要活动中心,在中纬度,海洋上有冰岛低压与阿留申低压,大陆上有西伯利亚高压与北美高压,在副热带区有太平洋高压和大西洋高压。夏季(7月),大陆上形成两个热低压(亚洲低压、北美低压),海洋上的两个低压(冰岛低压、阿留申低压)很弱,副热带高压增强并北移。大气活动中心的季节交替,在亚洲大陆上最显著,基本上决定了该地区的天气和气候。季风也是大气环流的组成部分(见季风气候)。从广义上说,因局地因素产生的以日为周期的空气流动(局地环流),包括海陆风山谷风以及其它地方性风系也属大气环流范畴(见下垫面)。

图2(a) 北半球1月500hPa等压面图

图2(b) 北半球7月500hPa等压面图

大气环流是形成气候的重要因子。大气环流异常是引起大范围天气和气候异常的直接原因,对农业生产影响很大。研究大气环流规律,对解决中、长期天气预报气候学的理论和实际问题有重要意义。

图3 世界1月海平面气压图

图4 世界7月海平面气压图