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1、地球科學領域開發高中教材及高中生研習活動教育部「92-95基礎科學教育改進計畫」九十三會計年度主持人:許晃雄協同主持人:吳清吉、林博雄執行期限:自93年01月01日至93年12月31日止參與科系所:國立台灣大學大氣科學系大氣環流的生成與演變什麼是大氣環流?大氣層中具有穩定性的各種氣流運行的綜合表現扮演氣候信差的角色,負責傳送各地氣候變化的訊息大氣環流的原動力空氣流動,是因為地球表面接受的太陽輻射不均勻→導致地球表面形成不同的氣壓帶→各地氣壓高低不同所產生的氣壓差→造成空氣的流動大氣環流構成全球大氣運行的基本形勢,是
2、全球氣候特徵和大範圍天氣形勢的原動力大氣環流的表現形式全球規模的東西風帶三胞環流常定分佈的平均槽脊行星尺度的高空急流西風帶的大型擾動世界氣候帶的分佈經向環流單胞環流三胞環流單胞環流大氣運動所需的能量—源自太陽不考慮地球自轉只考慮太陽輻射的情況下大部份大氣處於輻射不平衡狀態低緯度地區,吸收的短波輻射大於損失的長波輻射高緯度則相反地球表面受熱不均赤道地面終年受熱形成高空高壓地面低壓極地終年寒冷形成高空低壓地面高壓030N60N90N單胞環流示意圖HLLH哈得雷環流這樣形成的全球環流從赤道到北極只有一個對流胞,
3、稱為單胞環流是Hadley在十八世紀時提出來的,故稱為哈得雷環流(Hadleycirculation)實際的大氣環流(1)由於地球自轉的科氏力作用空氣運動時:北半球=>向右偏南半球=>向左偏科氏力會隨緯度增加而變大故實際的大氣環流並非單純的單胞環流實際的大氣環流(2)大致具有三胞結構三胞結構並不永遠南北對稱會有季節變化地球上的氣壓帶與行星風帶副熱帶高壓與副極地低壓空氣由赤道上空向極區流動,愈往高緯地區科氏力愈大,使空氣逐漸由經向轉為緯向緯度20°~30°處,空氣運行方向已經和緯度圈平行由赤道上空流到這裡的空氣開始堆積
4、下沉,使地面氣壓升高,成為副熱帶高壓在副熱帶高壓以及極地高壓之間,則是一個相對的低壓帶,稱為副極地低壓帶行星風帶在副熱帶高壓出現之後,近地面層的空氣便向赤道及極地兩邊流去向赤道方向的氣流,受到科氏力的作用,在北半球成為東北風,稱為東北信風;在南半球成為東南風,稱為東南信風向極地的氣流則受到科氏力的影響形成了盛行西風在北極冷卻而下沉的空氣,在近地層的南流過程中轉為東北風赤道低壓副热带高壓副热带高壓副極地低壓副極地低壓極地高壓極地高壓東北信風中緯西風極地東風東南信風中緯西風極地東風行星風帶示意圖三胞環流低緯環流哈德里胞(
5、Hadleycell)中緯環流費雷爾胞(Ferrelcell)高緯環流極地環流胞(Polarcell)低緯環流東南信風與東北信風兩者至赤道附近輻合,補償由赤道上空流出的空氣在熱帶地區構成了一個環流胞,稱為信風環流胞,或是熱力環流胞中緯環流中緯區上、下層都盛行西風近地面層有南風分速,上層則有北風分速在南北方向上也構成了環流胞,稱為中緯度環流胞高緯環流東北風與中緯度的盛行西風在副極地地帶匯合這兩支氣流的性質不同,暖濕的偏西氣流沿乾冷的東北氣流向上爬升,到高空後又南北分流,向北的一支流向極地,變冷,補償極地南流的空氣形成一
6、個環流胞,稱為極地環流胞赤道低壓極地高壓副热带高壓副極地低壓低緯環流中緯環流高緯環流上升下沉下沉上升三胞環流示意圖環流的季節移動夏季往北移動冬季往南移動太陽位置低壓帶高壓帶北半球夏季時(6-8月)上升氣流在北緯20度附近下降氣流在南緯30度左右哈德里胞比(12-2月)時的哈德里胞強而且影響範圍較大北緯20度到40度之間,另存在一個哈德里胞,唯其強度小於南側之橫跨赤道的哈德里胞北半球春季(3-5月)及秋季(9-11月)三胞環流結構相當明顯南北半球的對稱性較佳夏季春季秋季北半球冬季(12月-2月)--最強的上升氣流南緯1
7、0度附近--氣流在高層往北移動,跨越赤道進入北半球,然後在北緯30度附近下降--低層氣流則往南移動,跨越赤道進入南半球的低層輻合帶--北半球的哈德里胞明顯地比南半球的哈德里胞強冬季緯向環流沃克環流由於地球表面上有山岳的起伏,及海陸分佈,使空氣不會很順利的在東西方向上流動,而會有一些波動。上圖取材自Ahrens'"MeteorologyToday"顯示在一月北半球在五百百帕面的氣壓及流場波動形式的地帶,同時等壓線也特別密集,所以風速也特別大,稱為噴射激流(jetstream),這是在大氣環流裡具有非常重要地位的現象之一
8、(圖取材自Ahrens‘“MeteorologyToday”)東西方向環流噴流(jetstream)---西風風速在高對流層30-60度之間最大---冬半球的西風噴流最強,夏半球則最弱熱帶地區多受微弱的東風海陸分佈對大氣環流的影響(1)北半球陸地面積大,海陸相間分佈緯向的氣壓帶被分裂成數個高低壓中心海陸分佈對大氣環流的影響(2)-北半球氣壓的