兰大大气学院天气学原理教程三圈环流的建立与大气环流的形成和维持

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1、§4.2控制大气环流的基本因子与大气环流的基本模型§4.2.1热力驱动的环流----单圈环流§4.2.2旋转地球上的环流—三圈环流Hadley(1720)提出赤道和高纬度极地之间的热力差异是地球上大规模风系形成的根本原因。这就是著名的Hadley环流理论的基本思想。热力驱动了风，即大气环流得以形成及维持的最终原动力，来自于太阳辐射的热量分布不均匀，是大气环流理论极为重要的基本观点。§4.2.1热力驱动的环流----单圈环流在低纬度地区有热量的净收入，而在高纬度地区有热量的净支出，热量的净收支不均匀的分布

2、是随纬度变化的。因此大气温度的纬度分布必然取决于热量净收支随纬度变化的规律。1.Hadley环流称纯热力驱动的大气环流为Hadley环流。辐射收支的纬度变化根据热力学第一定理，辐射加热的不均匀将产生大气温度的变化。地一气系统的太阳短波辐射和长波辐射通量随纬度变化的情况射入辐射射出辐射1200hPa以下（12km），无论冬夏，平均温度梯度由赤道指向两极2冬季南北温差大于夏季3夏季平流层温度梯度由极地指向赤道，冷中心位于赤道4无论冬夏，低纬地区对流层顶高于中高纬2.温差造成的热力对流①热力驱动的环流的形成大

3、气温度的变化表现为低纬度地区大气温度高于高纬度地区，高层大气温度低于低层大气。在地一气系统接收太阳辐射随纬度变化的分布状况下，低纬低层大气为热源，高层和极地大气为热汇（冷源）。（假设地球不旋转）：高层：极地位势高度低，而赤道位势高度高，由此产生由赤道指向极地的位势梯度，高层空气向极运动低层：极地冷空气下沉，质量堆积，低层产生由极地指向赤道的气压梯度，低层空气向赤道运动如此构成单圈环流：赤道上升，极地下沉，高层南风，低层北风直接热力环流：由大气加热不均匀产生的，加热区上升，冷却区下沉的环流②实际大气中热力

4、驱动的对流现象夏日因热力强迫形成的对流云（或所谓的对流单体）沿海地区的海陆风城市热岛效应§4.2.2旋转地球上的环流在转动的地球上，大气由于受到地球重力的作用，必定随地球转动。事实上，地球大气有别于单纯受热力驱动流体的根本特征是大气的层结性和旋转性。地球上的实际大气是重力层结、旋转性、热力共同作用的结果，并进而制约了热力驱动的Hadley环流。地球自转（三圈环流形成）净余辐射能沿纬度分布的不均匀，造成了赤道暖两极冷的温度场。赤道上空向北流动的气流，在柯氏力的作用下向右偏转，在30ºN左右转为西风，并在此

5、处辐合，质量堆积，并且冷却下沉，地面气压升高，下沉气流辐散，其中向南的一支在柯氏力影响下右偏，转为东北风，此风系稳定，称为东北信风，在南半球为东南信风，两支信风在赤道汇合上升，从而构成直接环流圈，称为Hadley环流Hadleycell东北信风（NEtradewind）：北半球Hadley环流圈中低层向南的气流，在柯氏力作用下向右偏而形成的一支稳定的风系。东南信风（SEtradewind）：南半球Hadley环流圈中低层向北的气流，在柯氏力作用下向左偏而形成的一支稳定的风系。赤道辐合带（热带辐合带）：赤

6、道附近东北信风和东南信风汇合的地带，简称ITCZ(intertropicalconvergencezone)2极地环流圈的形成极地能量亏损，温度低，密度大，从而使气压随高度递减增大，高空有较低纬度指向极地的气压梯度，而低层有极地指向较低纬度的气压梯度。则低层空气有指向较低纬度运动，在柯氏力作用下右偏成为东北风，高层南风在柯氏力作用下右偏成为西南风，构成极地环流圈3Ferrel环流的形成Hadley环流中在30ºN下沉辐散的气流中，向北流动的气流，与极地环流圈中上升支汇合，在高空辐散，其中有一支向南运动。

7、这样在Hadley环流圈和极地环流圈之间存在一个与直接环流圈相反的环流，为间接环流圈，也称Ferrel环流圈。（a）理论模型Ferrel环流圈极地Hadley环流圈热带Hadley环流圈极锋副热带锋极锋：极地环流圈中低层向南的东北风与Hadley环流圈中下沉辐散而向北运动的西南风相遇，干冷与暖湿气流相遇而形成的锋区。副热带锋区：Hadley环流圈中高层向北运动的暖湿气流与极地环流圈中上升辐散向南的一支气流相遇而形成锋区。在对流层上部明显，有副热带急流与之对应。2、低层三风四带三风：极地东风（东北风)中纬

8、西风（西南风)低纬东风（东北信风）四带：极地高压带副极地低压带副热带高压带赤道低压带3、高空主要为西风带:高纬西风带——极锋西风急流中纬东风带——弱低纬西风带——副热带西风急流二条行星锋区：极锋和副热带锋（b）三圈环流观测事实（利用实际资料分离出的实例，箭头代表流线方向）季风：随季节而改变风向的风，主要由海陆热力差异造成。高空急流：在300hPa以上，>=30m/s的风速带。总结：三圈环流东北信风东南信风东北季风西南季风赤道辐合带极锋锋区副