农业气象学之大气环流

Chapter7大气环流 大气环流模式大气活动中心季风和地方性风 大气环流 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 大气环流构成了全球大气运动的基本形势 是全球气候特征和大范围天气形势的主导因子 也是各种尺度天气系统活动的背景按水平尺度划分 区域 半球或全球的大气环流按时间尺度划分 日 月 季 半年 一年至多年的平均大气环流 大气环流模式 一 单圈环流模式 在赤道和极地之间构成了南北向一个闭合环流圈 称为单圈环流假设地表面是均匀的 不考虑海陆分布及地形起伏的影响 也不考虑地转偏向力 仅考虑水平气压梯度力 0 30 N 60 N 90 N 考虑 高低纬间热量差异 单圈环流 引起大气运动的因素为高低纬间的受热不均 赤道因纬度低 太阳高度大而终年炎热 大气因受热膨胀上升 两极因纬度高 太阳斜射而终年严寒 大气冷却收缩下沉 进而在赤道与两极之间形成单圈闭合环流 南半球 北半球 单圈环流示意图 实际上赤道与极地间的这种闭合环流是不存在的 因为地球时刻不停地自转着 大气一开始运动 马上就受到地转偏向力的影响 从而形成了三圈环流 在赤道和极地之间构成了南北向三个闭合环流圈 称为三圈环流假设地表面是均匀的 不考虑海陆分布及地形起伏的影响 但考虑了水平地转偏向力 和水平气压梯度力 二 三圈环流模式 极地高压带 副热带高压带 东北信风带 3 5 副极地低压带 中纬西风带 极地东风带 6 7 Hadley环流信风环流 Ferrelcell Polarcell 1 4 2 8 9 10 考虑 高低纬间热量不均 地转偏向力 三圈环流 三圈环流 三圈环流示意图 低纬环流 中纬环流 高纬环流 近地面 副热带高气压带一部分气流向赤道低压带流去 另一部分气流向北流 在地转偏向力影响下 由南风逐渐向右偏形成西南风 也叫盛行西风 画箭头 与此同时 从极地高气压带向南流的气流 逐渐向右偏形成东北风 又叫极地东风 画箭头 盛行西风与极地东风这两支冷暖不同的气流 在60 N附近相遇 形成上升气流 在低空形成副极地低压带 上升气流到高空 一部分流向副热带高气压带上空 画箭头 为补充副热带高气压带下沉气流的来源 画箭头 这样在30 N与60 N之间形成一个中纬环流圈 1 低纬环流 中纬环流 北纬60 附近的上升气流 另一部分流向极地上空 画箭头 补充极地高气压带下沉气流 箭头 这样在60 N与极地之间形成一个高纬环流圈高纬环流 在南半球 同样存在着低纬 中纬 高纬三个环流圈 由于南半球的地转偏向力使气流向左偏转 所以环流的方向与北半球不同这样 在近地面 全球共形成7个气压带和6个风带 2 中纬环流 3 高纬环流 赤道低压带 副热带高压带 副热带高压带 副极地低压带 副极地低压带 极地高压带 极地高压带 东 南 信 风 中 纬 西 风 极地东风 地球上的气压带和风带 气压带成因 赤道低压带与极地高压带是由于冷热不均引起空气运动而形成的 属热力原因 副热带高压带与副极地低压带是由于大气运动引起空气质量变化而形成的 属动力原因 1 三圈环流是 哈得莱环流圈 低纬环流圈 中纬度环流圈 费雷尔环流圈 极地环流圈2 四个气压带 赤道低压带 00 副热带高压带 300 副极地低压带 600 和极地高压带 900 3 三个风带 东北信风带 NE 00 300N 盛行西风带 SW 300 600N 极地东风带 NE 600 900N 考虑海陆分布及地形起伏的影响 以及水平地转偏向力和水平气压梯度力的影响 大气环流变得更加复杂 海陆的热力差异切断了气压带 使气压带变成了高低气压中心 三 实际环流 第二节大气活动中心 一 大气活动中心 由于海陆分布割断了气压带而形成的高低气压中心称为大气活动中心 冬季 阿留申低压 高 高 冰岛低压 高 夏季 阿留申低压 冰岛低压 二 东风带和西风带 低纬度 15 N以南800hPa下面 东风较强 8m s 中纬度 27 N处200hPa 西风最强 40m s 北半球冬季 低纬度 东风范围变大 10 N处200hPa高空东风增大到10m s 中纬度西风范围缩小 最大风速减小到不足20m s 二 东风带和西风带 三 急流 急流 jetstream 风速30m s以上的狭窄强风带 根据现有资料 位于东亚海上各日本上空的急流强度最大 冬季可达150 180m s 甚至达200m s 三 急流 急流的分类 1 温带急流 位于南 北半球中 高纬度地区的上空 与极锋相联系 2 副热带急流 位于200hPa高空副热带高压的北缘 与副热带锋区相联系 3 热带东风急流 位于副高南缘的150 100hPa高空 其位置变动在赤道至南北纬20 间 最大风速平均30 40m s 个别可达50m s 1 季风 是指大范围地区盛行的 以一年为周期随季节改变风向的风 称为季风 季风带来的天气现象有明显的差别 海陆的热力差异而引起的季风示意图 第三节季风和地方性风 冬季风 大陆季风 冬季 大陆冷却比海洋剧烈 大陆上形成高压 海洋上形成低压 于是 风从大陆吹向海洋 称为大陆风或冬季风夏季风 海洋风 夏季 大陆増热比海洋剧烈 大陆上形成低气压 海洋上形成高气压 于是 风由海洋吹向大陆 称为海洋风或夏季风 2 季风的分类 季风形成的原因 赤道季风区 有明显的雨季和旱季 带来雨量的变化 全年炎热 没有明显的温度变化 赤道非洲 印度南部 斯里兰卡 印度尼西亚 马来西亚 热带季风区 有明显的温度差别 同时有明显的雨季和旱季的差别 夏季可以受到南半球来的西南季风的直接影响 南亚 东南亚 东亚季风区 热带季风区 温带季风区 冬夏温度相差剧烈 20 有明显的雨季 亚洲东部 2 季风的分类 3 我国盛行的季风 冬季为强大的蒙古高压控制 海上为阿留申低压控制 盛行寒冷而干燥的西北风 造成晴朗寒冷干燥的天气夏季 大陆为印度低压控制 海上为太平洋高压控制 盛行温暖而湿润的东南风 我国西南地区因受印度季风的影响 夏季吹西南风 造成湿热多云雨的天气 中国的季风区划图 由于各种地理条件的影响 常常形成某些地方性的空气环流 称为地方性风 一 海陆风1 概念 晴稳天气时 海岸附近 白天由海洋吹向陆地 夜间由陆地吹向海洋 这种风向昼夜交替的地方性风称为海陆风2 海陆风的形成 热力因素是海陆风形成的基本原因 即海陆之间存在有热力差异 地方性风 相同点是 季风与海陆风都是由于海陆之间的热力差异引起的不同点是 季风是由于海陆之间气压的季节变化而引起的 以一年为周期的风随季节改变的现象 海陆风是由于海陆之间气压的日变化而引起 以一日为周期 风向随昼夜改变的现象 季风的影响范围比海陆风大 季风与海陆风之间的异同 谷风 由于白天山坡接受太阳光热较多 空气增温较多 而山谷上空 同高度上的空气因离地较远 增温较少 于是山坡上的暖空气不断上升 并在上层从山坡流向谷地 谷底的空气则沿山坡向山顶补充 这样便在山坡与山谷之间形成一个热力环流 下层风由谷底吹向山坡 称为谷风山风 到了夜间 山坡上的空气受山坡辐射冷却影响 空气降温较多 而谷地上空 同高度的空气因离地面较远 降温较少 于是山坡上的冷空气因密度大 顺山坡流入谷地 谷底的空气因汇合而上升 并从上面向山顶上空流去 形成与白天相反的热力环流 下层风由山坡吹向谷地 称为山风 二 山谷风 山风和谷风 1 焚风是由于空气下沉运动 而使空气温度升高 湿度降低的一种干而热的风 通常指气流越过山顶后由山上吹下来的热而干燥的风 三 焚风 焚风形成示意图 2 焚风的形成设山高2000米 过山以前 即迎风坡山脚处气温为30 0 如果气流上升到800米处开始凝结 此高度称为凝结高度 空气上升时不断有水气凝结成云致雨 湿绝热直减率 m 0 4 100m 过山以后 假设气流中并未携带云块 求背风坡山脚的温度 三 焚风 解 已知迎风坡山脚t1 30 0 干绝热直减率 d 1 0 100米湿绝热直减率 m 0 4 100米 迎风坡山脚800米处 干绝热上升 800米处的温度为t800则 800米 山顶 湿绝热上升 山顶处的温度t 则 山顶 背风坡山脚 干