《大气环流讲义》PPT课件

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1、《大气环流》讲稿研究生课程《大气环流》课程—观测事实部分序言一、什么是大气环流？-----包围地球的大气在全球规模进行的环行运动称为大气环流。特点在于全球范围（或大范围），一般指月以上的平均运动。-----地球大气对太阳短波辐射的动力及热力反应的表现。二、大气环流的主要研究对象在全球范围或其他较大尺度上，分析大气各种气象参数的统计特征，并相对集中于探讨时间和经度取平均的流场、温度场以及湿度场的统计特征及其形成和维持的原因。三、大气环流学科的发展简史对大气环流的研究是从最早尝试解释信风形成的原因开始，至今约有300多年的历史，并大致可划分为四个阶段：1、形成了Hadley单圈环流的假说1735

2、年由Hadley提出的“单圈环流”模型，又称为Hadley环流模型或直接环流模型。主要依据太阳辐射在不同纬度非均匀加热的结果。单圈环流模型是不完全的。首先它与观测不符；其次，低层大气全是偏东风，必然造成大气给地球一个向西的力，由此使地球自转减慢，这与地球自转角速度基本恒定的事实是相反的。2、三圈环流假说的发展“三圈环流”是1856年由Ferrel首先提出：即低纬与高纬之间由三个环流圈组成，低纬和高纬各是一个直接环流圈，而中纬度为一间接环流圈，称Ferrel环流圈。“三圈环流”的直接原因仍是太阳辐射随纬度的非均匀加热造成的。实际的观测表明：三圈环流模型中，间接环流相对较弱。3、对大型涡旋（热量

3、、动量的输送）在大气物理量输送和平衡过程中的作用问题的研究（19世纪后期到20世纪上半叶）建立大气长波理论（由以Rossby为首的芝加哥学派创立）。为了说明大气环流的三圈环流现象，Helmhotz（1888）提出涡旋概念—气流与纬向平均气流的偏差，并不是现代天气学上的高、低压，这种涡旋在维持大气环流方面起了重要作用，这为后来的大气环流波动学说奠定了理论基础。4、大气环流观测事实和机理研究的发展，转盘模拟实验及数值试验1）大气环流观测事实的分析研究*大气中急流的发现（二战中，空袭日本的美国空军B29轰炸机在日本上空遇到强西风，这是发现急流（中纬度西风带）的一个开端）*大气物理量的计算（角动量、

4、热量）*平流层大气环流的研究：发现了平流层爆发性增温的现象（Stratosphericsuddenwarming）2）关于大气环流机理的研究关于有效位能的提出：Lorenz（1955）从大气运动的能量平衡来解释大气环流的演变，特别是提出有效位能的概念，指出了大气温度在空间分布的不均匀性是引起大气运动的根本原因。关于Hadley环流在维持大气环流的作用：对于全球角动量的平衡起到重要的作用。关于大气环流转换的突变性：叶和陶（1958）在分析了东亚大气环流演变的事实后，提出了东亚大气环流季节转换是突变性的，这个看法比在80年代国际上许多学者特别是Charney提出大气环流的非线性突变要早20年。大

5、气运动的地转适应理论3）气环流数值试验研究的发展（主要是数值模式的发展）4）新的观测事实的发现从60年代起，由于观测技术的发展，特别是卫星遥感探测技术，使得热带及平流层观测资料大大增加，从而发现一些新的观测事实：a）热带大气波动的发现：赤道平流层纬向平均风向存在着准二年周期振荡（QBO）现象；从理论及观测事实发现了在热带存在着Rossby-重力混合波、Kelvin波。b）热带低频振荡的发现：30-60天周期的振荡（1971、1972）c）大气环流异常遥相关的发现：如PNA型等。四、新世纪初大气环流与大尺度动力学的发展展望：*大气环流动力学将向气候系统动力学发展*大气环流和气候年际和年代际变化

6、的研究将得到重视*将更加重视全球加速增温对各区域大气环流与气候影响的研究。五、参考书：1、《大气环流基础》，卜玉康编，气象出版社，1994；2、《大气环流基础》，谢安、江剑民编，气象出版社，1994；3、《气候物理学》，JoseP.PeixotoandAbrahamH.Oort著，吴国雄、刘辉等译，气象出版社，1995；4、《气候动力学》，倪允琪编著，气象出版社，1993；5、《大气中的大尺度动力过程》，B.Hoskins,R.Pearce编著，孙照渤等译，气象出版社，1987。6、《现代气候学研究进展》王绍武主编,气象出版社,2001.，六、讲授内容：1）大气环流的基本观测事实2）大气中的

7、水分平衡3)大气中的热量平衡4)大气中的能量平衡5）大气环流的理论研究6）大气中的低频变化和遥相关第一章大气环流的基本观测事实§1大气环流中物理量及其通量的分解为了讨论大气不同尺度的运动及其在有关物理量输送和平衡过程中的不同作用，可采用多种不同的尺度分解计算方法，大致有三种：1）平均和扰动分解方法（**）2）谐波分解方法3）时间、空间的滤波方法一、物理量的分解设有物理量A（λ，φ，p，t），可分解为对时间T的