daqi huanliu
大氣環流
general circulation of atmosphere
大範圍的大氣運動狀態。就水平尺度而言,有某大地區(例如歐亞地區)、某半球或全球範圍的大氣環流;就鉛直尺度而言,有對流層、平流層、中層或整個大氣圈的大氣環流;就時間尺度而言,有一至幾天、一月、一季、半年、一年的直至多年平均的大氣環流。它既是地-氣係統進行熱量、水分、角動量等的交換和能量轉換的重要機製,又是這些物理量的輸送、平衡和轉換的重要結果(見大氣角動量平衡、大氣環流的能量平衡和轉換。研究大氣環流的特徵及其形成、維持、變化和作用,掌握其規律,對於改進和提高天氣預報的準確率、研究氣候形成的理論,以及為更有效地利用氣候資源提供可靠的物理依據,都具有重要的意義。
平均環流 大氣運動的根本能源是太陽輻射能。由於地球的自轉和公轉,且因其赤道面和黃道面有23□27′的交角,所以低緯度地區比高緯度地區受熱多,因而低緯度大氣較高緯度大氣暖。高低緯度之間的溫度差異,是造成大氣運行的基本因素。這種溫度差異有着明顯的季節性變化,大氣環流的特徵也隨季節而變。
緯嚮環流 就平均情況說,無論南半球或北半球,大氣環流的最基本性狀,是大氣大體上沿緯圈方向繞地極的運行(圖1 500百帕等壓面平均高度圖(單位:位勢10米))。這在南半球更為顯著。由全球沿緯圈平均的東西嚮風速分佈圖(圖2 平均緯嚮風速分佈剖面圖(單位:米/秒)),可更清楚地看出平均緯嚮環流的特點。
在對流層,低緯度地區常盛行東風,稱為東風帶,又稱信風帶(在北半球為東北信風,在南半球為東南信風),其範圍隨高度減小;中高緯度地區則盛行西風,稱為西風帶,其所跨的緯度,除低層外均遠較東風帶為寬。中緯度地區,西風的強度隨高度迅速增大,最大風速出現在緯度30□~45□上空的200百帕附近,稱為行星西風急流;極地附近,低層存在較淺薄的弱東風,稱極地東風帶。平均說來,在低層,極地東風有偏嚮中緯度吹的分量,中高緯度地區的西風有嚮高緯度和極地吹的分量,低緯度地區的東風有嚮赤道吹的分量。這些平均風帶總稱為行星風係,其範圍和強度有明顯的季節性變化。
在平流層,鼕半球為西風環流,夏半球為東風環流,在春秋過渡季節裏,高緯度地區為西風,低緯度地區為東風。無論西風或東風,都隨高度增強,強度都較對流層裏的大。另外,在赤道附近的上空,東西風的交替,還存在準兩年的周期性變化(見平流層和中層大氣環流)。
經圈環流 由大氣在南北方向和鉛直方向的平均運動所構成的平均環流(圖3平均質量通量流綫圖(單位:10□□/秒))示出,每個半球都存在三個經圈環流:①低緯度的正環流(或稱直接環流),是G.哈得來在1735年最先提出的,故稱為哈得來環流;②中緯度的逆環流(或稱間接環流),是W.費雷爾在1856年最先提出的,故稱為費雷爾環流;③極區的正環流,它比較弱,稱為極地環流。哈得來環流和費雷爾環流的下沉氣流區和副熱帶高壓帶的平均緯度相吻合,而費雷爾環流和極地環流的上升氣流區和極鋒(見鋒)的平均緯度一致。此外,經圈環流的強度和位置,也都表現出明顯的季節性變化。
非軸對稱環流 大氣環流不是軸對稱的。在不同的經圈剖面上,緯嚮環流和經圈環流都可能有很大的不同。在等壓面或等高面平均圖上,高空存在西風帶槽、脊和副熱帶高壓、熱帶擾動;低空則存在一些半永久性的低壓和高壓係統,稱為大氣活動中心(圖4 海平面平均氣壓分佈圖(單位:百帕))。這種特徵,主要是由於地球表面海陸分佈所引起的輻射、感熱和水汽潛熱等熱力差異,以及地面摩擦和大地形的 |