单圈环流和三圈环流的异同

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1、比较单圈环流和三圈环流的异同要了解单圈环流和三圈环流的异同，首先，我们得了解什么是大气环流，以及两种大气环流模式理论的形成及发展。大气环流（generalcirculationofatmosphere）是指大范围的大气运动状态及其随时空的变化过程，是大范围的大气层内具有一定稳定性的各种气流运动的综合现象。现代气象科学的许多领域，如气候学、气候变化学、天气学、天气预报学、灾害气象等都离不开对大气环流的研究。一些重大的经济活动、社会事务，也与大气环流的研究有着密切的关系。19世纪以前，系统观测风的资料，特别是海洋上的资料十

2、分缺乏，而渔业、航海贸易和军事活动又十分需要风的系统知识。因此，人们试图利用当时仅有的风的知识和经验，提出一些理论，以解释低纬度海洋上的东北风，从而推断出整个地球上风的分布情况。于是，在1735年，英国人哈得莱(Hadley)提出了一个设想：赤道两侧地区终年受到太阳的直射，得到的热量多，两极附近，太阳终年斜射，得到的热量很少。因此，赤道两侧的空气受热而上升，极地的空气冷却而下沉。在北半球，赤道附近的空气上升到高空后向北运动，到北极附近下沉，然后又从地面上向南运动，再回到赤道附近，于是形成了一个闭合流动圈。南半球则与北半

3、球的空气流动方向相反。哈得莱认为：空气质点在南北方向运动时，能够保持其绝对速度不变，即赤道附近空气质点的绝对速度最大，极地最小。因此，空气在高层由赤道流向极地时产生西风；在地面上，空气由极地流向赤道时，西风则逐渐减小，最后变成东风。所以低纬度地面上盛行东北风。哈得莱所说的绝对速度，就是指空气质点随着地球一起自转从西向东运动的速度。赤道处的转动半径最大，绝对速度也最大；纬度愈高，则转动半径愈小，在纬度60度处的转动半径只有赤道处的一半。因而赤道处的空气向极地移动。相对于地球表面来说就逐渐产生了西风。由此，哈得莱推断出一个

4、全球各处风的分布：在北半球地面上，低纬度刮东北风，到中纬度刮北风，再向北则是西北风；南半球地面上，低纬度是东南风，中纬度是南风，高纬度是西南风。哈得莱提出的这个环流圈理论，直到19世纪初人们还是对哈得莱提出的这个环流圈理论深信不疑的。但是，随观测资料的增多，人们发现实际观测的结果有很多与哈得莱的设想并不相符。但是在赤道到纬度30度之间，确实存在着一个这样的环流圈。人们为了纪念他对大气环流研究开创性的贡献，就把这个环流圈叫做“哈得莱环流圈”（Hadleycell）。1941年，美国气象学家罗斯贝(Rossby)根据大量的

5、观测事实和研究成果，综合了多种方案提出了三圈环流模型(threecellmodel)。罗斯贝的三圈环流模型，如图所示：①由于气流受地转偏向力作用，使赤道地区由地面上升至高空的气流向北运动时发生偏转，至20度至30度N时，气流变成自西向东的纬向环流；这样就阻碍了低纬高空大气的继续北流，从而使大气在那里堆积，并因辐射冷却下沉，在近地面形成副热带高压(subtropicalhighpressurebelt)；②地面副热带高压的空气分南、北两支流动，流向赤道的一支在地转偏向力作用下形成东北信风带(northeasttradew

6、indbelt)，它与南半球的东南信风带汇合形成赤道辐合带(intertropicalconvergencezone,ITCZ)，这样在30度N与赤道之间的经圈剖面上形成一环流圈，它很像哈得莱的全球单圈环流模型，通常称其为哈得莱环流或信风环流（Hadleycell）；③副高和极地高压之间(60度N附近)相对是一个低压带，称为副极地低压带(subpolarlowpressurebelt)。副高低层流向极地的暖空气在地转偏向力的作用下形成西南风(称为西风带,westerliesbelt)；④从极地低层流向低纬的冷空气在地转

7、偏向力作用下形成东北风(称极地东风带,polareasterliesbelt)；⑤两股冷暖气流在60度N附近相遇形成极锋(polarfront)；⑥从副高北上的暖空气沿极锋向极地滑升，到高空分成南、北两支，北支流向极地，并下降循环形成极地环流圈(polarcell)；在极锋上空向南流的一支气流在副热带高压带地区与信风环流上空向北流动的气流相遇而辐合下降，形成一个逆环流圈，称为费雷尔(Ferrelcell)环流。通俗地说，就是地球-大气系统所接受的太阳辐射在各纬度分布并不均匀，由此产生了由热带指向两极的温度梯度，由于温度

8、高的地方空气密度小，气压随高度的递减率也小，这样在对流层中、上部就产生了从热带指向极地的气压梯度，同时在低层有指向赤道的气压梯度。北半球高空空气从赤道向北运动，由于科氏力作用，空气运动逐渐偏向东，约在北纬30度附近气压梯度力和科氏力达到平衡，高空空气运动方向自西向东。空气在向北运动过程中冷却下沉。下沉的空气分别向南和向北辐散。在低