大氣運動狀況甚為復雜，不僅運動形態(tài)繁多，而且運動的規(guī)模、活動的時間、演變的過程也各不相同。 大尺度環(huán)流系統(tǒng): 水平尺度在2000公里以上，時間尺度在一周左右的大規(guī)模大氣運動系統(tǒng); 中間(或天氣)尺度環(huán)流系統(tǒng): 水平空間尺度在2000-200公里，時間尺度在2-3天左右的系統(tǒng)； 中尺度環(huán)流系統(tǒng): 水平尺度在200-2公里，時間尺度在一天左右的系統(tǒng)； 小尺度環(huán)流系統(tǒng): 水平空間尺度在2公里以下，時間尺度只有幾小時或更短時間的系統(tǒng)。,第四節(jié) 大氣環(huán)流,不同尺度環(huán)流系統(tǒng)間既有區(qū)別，又有聯(lián)系，相互作用、相互補充，共同構成了大氣環(huán)流總體。 大尺度的運動系統(tǒng)最為穩(wěn)定，并可作為其他運動系統(tǒng)基礎。 大氣環(huán)流是指大范圍的大氣運動狀態(tài)。其水平范圍達數(shù)千千米，垂直尺度在10 千米以上，時間尺度在12 日以上。 大氣環(huán)流反映了大氣運動的基本狀態(tài)，并孕育和制約著較小規(guī)模的氣流運動。 大尺度環(huán)流是各種不同尺度的天氣系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展和移動的背景條件，是各種規(guī)模系統(tǒng)形成和發(fā)展的基礎。,一、大氣環(huán)流的形成的主要因素 (一)太陽輻射的作用 (二)地球自轉作用 (三)地表性質的作用 (四)地面的摩擦作用,（一）太陽輻射作用,在偏轉力的作用下，理想的單一的經圈環(huán)流，既不能生成也難以維持,單圈環(huán)流-動力來自太陽輻射對大氣的加熱,(二) 地球自轉作用 地球自轉產生的偏轉力迫使運動空氣的方向偏離氣壓梯度力方向。 在北半球：氣流向右偏轉，結果使熱力環(huán)流圈中自赤道高空流向極地的氣流，隨緯度增高，偏轉程度增大，逐漸變成與緯圈相平行的西風。 自極地低空流向赤道的氣流偏轉成東風，而不能逕直到達赤道。,緯向風帶的出現(xiàn)，阻擋著經向氣流的逾越，引起某些地區(qū)空氣質量的輻合和輻散，形成和維持一些地區(qū)的高壓帶或 低壓帶。 全球氣壓水平分布在熱力和動力因子作用下，呈現(xiàn)出規(guī)則的緯向帶狀分布。 高低氣壓帶交互排列（圖4.34）。,氣壓帶是經圈環(huán)流形成的必需條件。 因而說，地球自轉是全球大氣環(huán)流形成和維持的重要因子。,高緯環(huán)流圈，極地環(huán)流圈，也是一個直接熱力環(huán)流圈，是三個環(huán)流圈中環(huán)流強度最弱的一個。 經向環(huán)流圈都有季節(jié)性移動。在北半球，夏季時向北移，冬季時向南移。 環(huán)流強度也有變化（冬季增強，夏季減弱），甚至不同經度上的瞬時經圈環(huán)流也有差異。,低緯環(huán)流圈，是一個直接熱力環(huán)流圈（正環(huán)流圈），哈得萊環(huán)流圈。 中緯環(huán)流圈，是間接熱力環(huán)流圈（逆環(huán)流圈），費雷爾環(huán)流圈。,三圈環(huán)流 狀態(tài),1，赤道暖空氣上升，在氣壓梯度力作用下，由赤道上空向北（南風），受地轉偏向力影響，由南風逐漸右偏成西南風，到30N附近上空偏轉成了西風，使氣流不能繼續(xù)北流，而變成自西向東運動。 2，赤道上空，西南氣流在30N附近上空堆積，產生下沉氣流，使近地面氣壓升高，形成副熱帶高壓帶。 3，副熱帶高壓帶近地面，在氣壓梯度力作用下，大氣由向南北流出。向南的一支流向赤道低壓，在地轉偏向力影響下，由北風逐漸右偏成東北風，稱為東北信風 東北信風與南半球的東南信風在赤道附近輻合上升，在赤道與副熱帶之間形成了低緯環(huán)流圈。 4，近地面，從副熱帶高氣壓向北流的一支氣流，在地轉偏向力的作用下逐漸右偏成西南風即盛行西風。,三圈環(huán)流的形成過程-北半球,三圈環(huán)流的形成過程-續(xù),5，從極地高氣壓帶向南流的氣流（北風）在地轉偏向力影響下逐漸向右偏形成東北風，即極地東風。 6，較暖的盛行西風與寒冷的極地東風在60N附近相遇，形成鋒面（極鋒）。 暖而輕的氣流爬升到冷而重的氣流之上，形成了副極地上升氣流。上升氣流到高空，又分別流向南北，向南的一支氣流在副熱帶地區(qū)下沉，于是在副熱帶地區(qū)與副極地地區(qū)之間構成中緯度環(huán)流圈; 7，向北的一支氣流在北極地區(qū)下沉,是在副極地地區(qū)與極地之間構成了高緯度環(huán)流圈。 8，由于副極地上升氣流到高空便向南北流出,使近地面的氣壓降低, 成了副極地低氣壓帶,南半球同樣存在著低緯、中緯、高緯三個環(huán)流圈。 近地面，全球共形成了7個氣壓帶、6個風帶。,氣壓帶、風帶,極地高氣壓帶 極地東風帶 副極地低氣壓帶 西風帶 副熱帶高氣壓帶 信風帶 赤道低氣壓帶,（三）地表性質作用,地球表面是一個性質不均勻的復雜的下墊面：海洋、陸地，陸地上又有高山峻嶺、低地平原、廣大沙漠以及極地冷源，。 對大氣環(huán)流的影響：海陸間熱力差異造成的冷熱源分布、山脈的機械阻滯作用-熱力和動力因素。,海洋與陸地 夏季，陸地為熱源，海洋為相對冷源；冬季相反。 這種冷熱源分布直接影響到海陸間的氣壓分布，使完整的緯向氣壓帶分裂成一個個閉合的高壓和低壓。 冬-夏，海、陸間的熱力差異引起的氣壓梯度驅動著海陸間的大氣流動 這種隨季節(jié)而轉換的環(huán)流是季風形成的重要因素。,北半球，冬季，大陸是冷源，緯向西風氣流流經大陸時，氣流溫度逐漸降低，直到大陸東岸降到最低，氣流東流入海后，因海洋是熱源，氣溫不斷升溫，直到海洋東緣溫度升到最高。 即：大陸東岸成為溫度槽，大陸西岸形成溫度脊。,夏季時，溫度場相反，大陸東岸為溫度脊，大陸西岸為溫度槽。 根據(jù)熱成風原理，與溫度場相適應的高空氣壓場則是，冬季大陸東岸出現(xiàn)低壓槽，西岸出現(xiàn)高壓脊，夏季時相反。 海陸東西相間分布對高空環(huán)流形勢的建立和變化有明顯影響。,地形起伏，尤其是大范圍的高原和高大山脈 影響包括動力作用和熱力作用兩個方面: 大規(guī)模氣流爬越高原和高山時，在迎風側受阻，造成空氣質量輻合，形成高壓脊；在高山背風側，利于空氣輻散，形成低壓槽。 東亞沿岸和北美東岸冬半年的高空大槽: 海陸溫差 + 西風氣流爬越青藏高原和落基山的動力減壓； 如果地形過于高大或氣流比較淺薄，則往往不能爬越繞流或分支背風面發(fā)生氣流匯合。 地形對大氣的熱力影響。比如青藏高原在夏季時是熱源，冬季時是冷源， 對南亞和東亞季風環(huán)流的形成、發(fā)展和維持的重要影響。,夏季極冰的冷源作用改變了太陽總輻射所形成的夏季經向輻射梯度，使對流層大氣的夏季熱源仍維持在低緯，冷源維持在高緯極區(qū) 影響大氣環(huán)流運動。,（四） 地面摩擦力的作用,大氣在自轉的地球上運動著，與地球表面產生著摩擦作用，而摩擦作用使空氣與轉動的地球之間產生了轉動力矩（即角動量）。 角動量在風帶中產生、損耗以及在風帶間的輸送、平衡，對大氣環(huán)流的形成和維持具有重要作用。 角動量使大氣原環(huán)流向減弱，但漩渦或湍流作用又使這種角動量在大氣中輸送從而得到平衡，從而維持大氣環(huán)流狀態(tài)和地球的自轉速度。 -書中內容可忽略,實際狀況是 -,二、大氣環(huán)流的平均狀況 觀測表明，大尺度環(huán)流的最顯著特征： 水平向維持著靜力平衡，即重力和垂直氣壓梯度力之間近似平衡，與此平衡相聯(lián)系的是大氣運動的準水平運動，垂直速度很小； 采用求平均的方法，找出大氣環(huán)流的主要規(guī)律： 對時間求平均，濾去所取時間內環(huán)流隨時間的變化，顯現(xiàn)出大氣環(huán)流中比較穩(wěn)定存在的特征； 對空間求平均，濾去各經度間的環(huán)流差異，顯現(xiàn)出各緯圈上環(huán)流的基本特征。,(一)平均緯圈環(huán)流 大氣環(huán)流最基本的狀態(tài)： 盛行著以極地為中心的旋轉著的緯向氣流，也就是東、西風帶。 對流層的中、上層，除赤道地區(qū)有東風外，各緯度幾乎全是一致的西風。,近地面平均環(huán)流(圖34): 1.高緯地區(qū)：冬夏都是一個很淺薄的東風帶，稱極地東風帶。其厚度和強度都是冬季大于夏季。 2 . 中緯度地區(qū)：從地面向上都是西風，稱盛行西風帶。 西風帶在緯距上的寬度隨高度而增大。西風風速自地面向上直到200百帕，差不多都是增加的，到對流層頂附近形成一個強西風中心。 北半球冬季西風風速最大值，約位于27N附近的200毫巴高度上，風速達40米秒；夏季最大值減弱到15-20米秒，位置向北移到42N附近的300-200毫巴之間。,3 . 低緯度地區(qū)：自地面到高空是深厚的東風層，稱信風(或貿易風)帶。 從冬到夏，東風帶北移，范圍擴展，強度增大；夏到冬，風帶南移，范圍縮小，強度減弱。 信風帶(北半球)自下而上向南傾斜，因而下層像楔子一樣，向北伸入西風帶的下方。,平均經圈環(huán)流是指在南北向的垂直剖面上，由風速的平均北、南分量和平均垂直分量共同組成的平均環(huán)流圈。 在大氣運動滿足準靜力平衡和準地轉平衡的條件下，除低緯度以外，這兩個分量都是很小的，因而經圈環(huán)流同緯圈環(huán)流相比，要弱得多。,(二)平均經圈環(huán)流,北半球三個經向環(huán)流圈: 1. 低緯環(huán)流圈, 哈得萊(Hadley) 環(huán)流圈，是一個直接熱力環(huán)流圈(正環(huán)流圈)； 2. 中緯度環(huán)流圈, 費雷爾(Ferrel)環(huán)流圈，是間接熱力環(huán)流圈(逆環(huán)流圈)； 3. 高緯環(huán)流圈, 極地環(huán)流圈，也是一個直接熱力環(huán)流圈，是三個環(huán)流圈中環(huán)流強度最弱的一個。,(三)平均水平環(huán)流 平均水平環(huán)流是指緯向氣流受到擾動(山脈阻擋和海陸分布不均等)而發(fā)展起來的槽、脊和高、低壓環(huán)流。在北半球，對流層中、高層西風帶上存在著大尺度的平均槽、脊。 1月份500百帕圖上西風帶有三個平均槽，它們是位于亞洲東岸140E附近的東亞大槽和北美東岸70- 80W附近的北美大槽，以及烏拉爾山脈西部自歐洲白海向西南傾斜的歐洲淺槽，在三槽之間并列著三個脊，脊的強度比槽弱得多。 7月份西風帶顯著北移，槽脊的位置也有很大變動，東亞大槽東移入海；原歐洲淺槽已不存在，變?yōu)榧梗跉W洲西岸和貝加爾湖地區(qū)各出現(xiàn)一個淺槽；北美大槽位置少動。,對流層上層300百帕平均圖上(圖4-38)的環(huán)流形勢與中層500百帕大體相似，只是西風范圍更擴大，風速更增強。冬季三槽形勢非常清楚；夏季時槽、脊明顯減弱。 在副熱帶地區(qū)有深厚的高壓帶，其位置、范圍、強度都隨季節(jié)有變化。,世 界 1 月 平 均 氣 壓 場,世 界 7 月 平 均 氣 壓 場,歸納- (1)赤道低氣壓帶：在赤道及其兩側，是太陽高度角最大的地帶，這里受太陽光熱最多，地面增溫也高，接近地面的空氣受熱膨脹上升，空氣減少，氣壓降低。這樣在南北緯5之間的地區(qū)，就形成了一個低氣壓帶一赤道低氣壓帶。 (2)副熱帶高氣壓帶：由赤道低氣壓帶上升的氣流，由于氣溫隨高度而降低，空氣漸重，在距地面4-8公里處大量聚集，轉向南北方向擴散運動，同時還受重力影響，故氣流邊前進，邊下沉，各在南北緯30附近沉到近地面，使低空空氣增多，氣壓升高，形成了南北兩個副熱帶高氣壓帶，它是因為空氣聚積，由動力原因形成的，屬暖性高壓。 (3)極地高氣壓帶：在地球南北兩極及其附近是緯度最高的地區(qū)，這里的太陽高度角最小，接受的太陽光熱也最少，終年低溫，空氣冷重下沉，地面空氣多，氣壓較高，形成南北兩個極地高氣壓帶，它是由熱力原因形成的冷高壓。 (4)副極地低氣壓帶：這個氣壓帶在南北緯60附近，由于這個地帶處于副熱帶高氣壓帶和極地高氣壓帶之間，是一個相對的低壓帶。,延伸思考：一般條件下， 氣溫高的地方，因近地面大氣受熱膨脹，到高空堆積起來，使高空空氣密度增大，那里的氣壓比同一水平面上周圍的氣壓都高，形成高氣壓，于是空氣便從高氣壓向周圍氣壓低的地方擴散，這樣氣溫高的地方，空氣質量就減少了，地面上隨承受的壓力就減低，形成低氣壓； 氣溫低的地方空氣收縮下沉，高空空氣密度減小，形成低氣壓，這是周圍的空氣就會來補充，使氣溫低的地方空氣柱的大氣質量增多，地面氣壓因而增高，成為高氣壓。 熱力原因形成空氣中的高壓和低壓： 近地面空氣受熱，氣壓下降，空氣冷卻，氣壓升高。 高空氣壓的高低與地面氣壓經常是相反的。 因為氣溫高的地方，空氣上升后在高空堆積，密度增大，形成高壓；氣溫低的地方，空氣下降后，在高空密度減小形成低壓。,北半球冬季氣壓中心,高氣壓區(qū)： 西伯利亞高壓 北美高壓 大西洋高壓 勢力弱 太平洋高壓 尚存,阿留申低壓位于北緯50度-70度之間的白令海和北太平洋地區(qū)，屬于副極地低壓帶的一部分； 由于冬季大陸冷卻快，于是在北半球副極地地區(qū)大陸出現(xiàn)了冷高壓，亞洲的西伯利亞高壓，美洲的加拿大高壓，這兩個冷高壓將北半球副極地低壓帶切斷，于是便形成了兩個低壓中心,低氣壓區(qū)： 阿留申低區(qū) 冰島低壓,冬季時全球的氣壓帶風帶向南移動，冰島是副極地低氣壓帶在海洋上的殘留。由于海陸熱力性質差異，在亞歐大陸形成了冷高壓，即亞洲高壓或蒙古高壓，把副極地低氣壓帶切斷，在大西洋殘存部分在冰島附近，稱冰島低壓。 這里有北大西洋暖流經過，氣溫比其他地方高，所以低壓的范圍大，緯度比其他地區(qū)高一點。,夏季 高壓區(qū)： 太平洋高壓 大西洋高壓 勢力強 低壓區(qū)： 南亞低壓 北美低壓 阿留低壓 勢力大減 冰島低壓 似消失,氣旋 北（南）半球，大氣中水平氣流呈逆(順)時針旋轉的大型渦旋。在同高度上，氣旋中心的氣壓比四周低，又稱低壓。,反氣旋 在北半球，反氣旋區(qū)氣流自中心向外作順時針方向旋轉，南半球作反時針方向旋轉。在天氣圖中，反氣旋是等壓線呈閉合、氣壓值自中心向外遞減的高壓區(qū)，故又稱高壓。,氣旋加強： 低壓隨高度加強,(四) 急流 急流是指風速30米秒以上的狹窄強風帶。在天氣圖上經常觀察到狹窄而彎曲的急流帶。急流是大氣環(huán)流中的一個重要特征。 (西風急流) 急流環(huán)繞地球自西向東彎彎曲曲延伸幾千公里，水平寬度約上千公里，垂直厚度有幾百公里到十幾公里。急流中心強度最大區(qū)，稱急流軸，急流軸是準水平的。 急流軸南北兩端存在著強大的水平風速切變(每百公里5米秒，甚至達20-40米/秒)；上、下方向也存在著強大的垂直風速切變(每公里5-10米秒，最大達10米秒)。 一般情況下，急流中心風速可達50-80米秒；強急流中心風速達100-150 +米秒。根據(jù)現(xiàn)有資料，位于東亞海上和日本上空的急流強度最大，冬季曾達150-180米秒，甚至達200米秒。在同一條急流軸上，風速分布并不均勻，可有一個或幾個強風中心。,（1）溫帶急流：又稱極鋒急流，位于南北半球中高緯度地區(qū)的上空，與極鋒相聯(lián)系的西風急流。 平均高度在冬季約810km，夏季約911km，平均厚度約310km。 南北位置經常變動，冬季平均位于4060N 間，甚至伸展到更低緯度（圖442）。夏季平均位置北移到70N附近。 中心最大風速一般4555m/s，甚至達105m/s。一般是冬季強、夏季弱。急流軸有明顯的分支和匯合現(xiàn)象。,（2）副熱帶急流：又稱南支西風急流。 位于200hPa 上空副熱帶高壓的北緣，同副熱帶鋒區(qū)相聯(lián)系，是一支相當強大而穩(wěn)定的急流。 急流軸位于2532N 的1113km 的高空，位置比較穩(wěn)定，夏季向高緯推移1015 個緯距。 冬季中心最大風速約5060m/s，強中心風速可增至100150m/s，甚至可達200m/s。夏季風速減半。其分支、匯合現(xiàn)象以東亞最清楚。,（3）熱帶東風急流： 主要出現(xiàn)在夏季北半球亞洲、非洲副熱帶對流層頂附近（100150hPa）處的一支急流。 盛夏其平均位置在北緯1020間，最大風速平均3040m/s，個別達50m/s，風向穩(wěn)定，強中心在阿拉伯海上空。,思考： 1、大氣環(huán)流形成的主要因素有哪些？ 2、試述風與氣壓的關系？ 3、是思考能由風壓定律理解急流風速風向嗎？ 4、全球三圈環(huán)流和氣壓帶形成的機理,