《大气环流》PPT课件

大气运动状况甚为复杂，不仅运动形态繁多，而且运动的规模、活动的时间、演变的过程也各不相同。 大尺度环流系统: 水平尺度在2000公里以上，时间尺度在一周左右的大规模大气运动系统; 中间(或天气)尺度环流系统: 水平空间尺度在2000-200公里，时间尺度在2-3天左右的系统； 中尺度环流系统: 水平尺度在200-2公里，时间尺度在一天左右的系统； 小尺度环流系统: 水平空间尺度在2公里以下，时间尺度只有几小时或更短时间的系统。,第四节 大气环流,不同尺度环流系统间既有区别，又有联系，相互作用、相互补充，共同构成了大气环流总体。 大尺度的运动系统最为稳定，并可作为其他运动系统基础。 大气环流是指大范围的大气运动状态。其水平范围达数千千米，垂直尺度在10 千米以上，时间尺度在12 日以上。 大气环流反映了大气运动的基本状态，并孕育和制约着较小规模的气流运动。 大尺度环流是各种不同尺度的天气系统发生、发展和移动的背景条件，是各种规模系统形成和发展的基础。,一、大气环流的形成的主要因素 (一)太阳辐射的作用 (二)地球自转作用 (三)地表性质的作用 (四)地面的摩擦作用,（一）太阳辐射作用,在偏转力的作用下，理想的单一的经圈环流，既不能生成也难以维持,单圈环流-动力来自太阳辐射对大气的加热,(二) 地球自转作用 地球自转产生的偏转力迫使运动空气的方向偏离气压梯度力方向。 在北半球：气流向右偏转，结果使热力环流圈中自赤道高空流向极地的气流，随纬度增高，偏转程度增大，逐渐变成与纬圈相平行的西风。 自极地低空流向赤道的气流偏转成东风，而不能迳直到达赤道。,纬向风带的出现，阻挡着经向气流的逾越，引起某些地区空气质量的辐合和辐散，形成和维持一些地区的高压带或 低压带。 全球气压水平分布在热力和动力因子作用下，呈现出规则的纬向带状分布。 高低气压带交互排列（图4.34）。,气压带是经圈环流形成的必需条件。 因而说，地球自转是全球大气环流形成和维持的重要因子。,高纬环流圈，极地环流圈，也是一个直接热力环流圈，是三个环流圈中环流强度最弱的一个。 经向环流圈都有季节性移动。在北半球，夏季时向北移，冬季时向南移。 环流强度也有变化（冬季增强，夏季减弱），甚至不同经度上的瞬时经圈环流也有差异。,低纬环流圈，是一个直接热力环流圈（正环流圈），哈得莱环流圈。 中纬环流圈，是间接热力环流圈（逆环流圈），费雷尔环流圈。,三圈环流 状态,1，赤道暖空气上升，在气压梯度力作用下，由赤道上空向北（南风），受地转偏向力影响，由南风逐渐右偏成西南风，到30N附近上空偏转成了西风，使气流不能继续北流，而变成自西向东运动。 2，赤道上空，西南气流在30N附近上空堆积，产生下沉气流，使近地面气压升高，形成副热带高压带。 3，副热带高压带近地面，在气压梯度力作用下，大气由向南北流出。向南的一支流向赤道低压，在地转偏向力影响下，由北风逐渐右偏成东北风，称为东北信风 东北信风与南半球的东南信风在赤道附近辐合上升，在赤道与副热带之间形成了低纬环流圈。 4，近地面，从副热带高气压向北流的一支气流，在地转偏向力的作用下逐渐右偏成西南风即盛行西风。,三圈环流的形成过程-北半球,三圈环流的形成过程-续,5，从极地高气压带向南流的气流（北风）在地转偏向力影响下逐渐向右偏形成东北风，即极地东风。 6，较暖的盛行西风与寒冷的极地东风在60N附近相遇，形成锋面（极锋）。 暖而轻的气流爬升到冷而重的气流之上，形成了副极地上升气流。上升气流到高空，又分别流向南北，向南的一支气流在副热带地区下沉，于是在副热带地区与副极地地区之间构成中纬度环流圈; 7，向北的一支气流在北极地区下沉,是在副极地地区与极地之间构成了高纬度环流圈。 8，由于副极地上升气流到高空便向南北流出,使近地面的气压降低, 成了副极地低气压带,南半球同样存在着低纬、中纬、高纬三个环流圈。 近地面，全球共形成了7个气压带、6个风带。,气压带、风带,极地高气压带 极地东风带 副极地低气压带 西风带 副热带高气压带 信风带 赤道低气压带,（三）地表性质作用,地球表面是一个性质不均匀的复杂的下垫面：海洋、陆地，陆地上又有高山峻岭、低地平原、广大沙漠以及极地冷源，。 对大气环流的影响：海陆间热力差异造成的冷热源分布、山脉的机械阻滞作用-热力和动力因素。,海洋与陆地 夏季，陆地为热源，海洋为相对冷源；冬季相反。 这种冷热源分布直接影响到海陆间的气压分布，使完整的纬向气压带分裂成一个个闭合的高压和低压。 冬-夏，海、陆间的热力差异引起的气压梯度驱动着海陆间的大气流动 这种随季节而转换的环流是季风形成的重要因素。,北半球，冬季，大陆是冷源，纬向西风气流流经大陆时，气流温度逐渐降低，直到大陆东岸降到最低，气流东流入海后，因海洋是热源，气温不断升温，直到海洋东缘温度升到最高。 即：大陆东岸成为温度槽，大陆西岸形成温度脊。,夏季时，温度场相反，大陆东岸为温度脊，大陆西岸为温度槽。 根据热成风原理，与温度场相适应的高空气压场则是，冬季大陆东岸出现低压槽，西岸出现高压脊，夏季时相反。 海陆东西相间分布对高空环流形势的建立和变化有明显影响。,地形起伏，尤其是大范围的高原和高大山脉 影响包括动力作用和热力作用两个方面: 大规模气流爬越高原和高山时，在迎风侧受阻，造成空气质量辐合，形成高压脊；在高山背风侧，利于空气辐散，形成低压槽。 东亚沿岸和北美东岸冬半年的高空大槽: 海陆温差 + 西风气流爬越青藏高原和落基山的动力减压； 如果地形过于高大或气流比较浅薄，则往往不能爬越绕流或分支背风面发生气流汇合。 地形对大气的热力影响。比如青藏高原在夏季时是热源，冬季时是冷源， 对南亚和东亚季风环流的形成、发展和维持的重要影响。,夏季极冰的冷源作用改变了太阳总辐射所形成的夏季经向辐射梯度，使对流层大气的夏季热源仍维持在低纬，冷源维持在高纬极区 影响大气环流运动。,（四） 地面摩擦力的作用,大气在自转的地球上运动着，与地球表面产生着摩擦作用，而摩擦作用使空气与转动的地球之间产生了转动力矩（即角动量）。 角动量在风带中产生、损耗以及在风带间的输送、平衡，对大气环流的形成和维持具有重要作用。 角动量使大气原环流向减弱，但漩涡或湍流作用又使这种角动量在大气中输送从而得到平衡，从而维持大气环流状态和地球的自转速度。 -书中内容可忽略,实际状况是 -,二、大气环流的平均状况 观测表明，大尺度环流的最显著特征： 水平向维持着静力平衡，即重力和垂直气压梯度力之间近似平衡，与此平衡相联系的是大气运动的准水平运动，垂直速度很小； 采用求平均的方法，找出大气环流的主要规律： 对时间求平均，滤去所取时间内环流随时间的变化，显现出大气环流中比较稳定存在的特征； 对空间求平均，滤去各经度间的环流差异，显现出各纬圈上环流的基本特征。,(一)平均纬圈环流 大气环流最基本的状态： 盛行着以极地为中心的旋转着的纬向气流，也就是东、西风带。 对流层的中、上层，除赤道地区有东风外，各纬度几乎全是一致的西风。,近地面平均环流(图34): 1.高纬地区：冬夏都是一个很浅薄的东风带，称极地东风带。其厚度和强度都是冬季大于夏季。 2 . 中纬度地区：从地面向上都是西风，称盛行西风带。 西风带在纬距上的宽度随高度而增大。西风风速自地面向上直到200百帕，差不多都是增加的，到对流层顶附近形成一个强西风中心。 北半球冬季西风风速最大值，约位于27N附近的200毫巴高度上，风速达40米秒；夏季最大值减弱到15-20米秒，位置向北移到42N附近的300-200毫巴之间。,3 . 低纬度地区：自地面到高空是深厚的东风层，称信风(或贸易风)带。 从冬到夏，东风带北移，范围扩展，强度增大；夏到冬，风带南移，范围缩小，强度减弱。 信风带(北半球)自下而上向南倾斜，因而下层像楔子一样，向北伸入西风带的下方。,平均经圈环流是指在南北向的垂直剖面上，由风速的平均北、南分量和平均垂直分量共同组成的平均环流圈。 在大气运动满足准静力平衡和准地转平衡的条件下，除低纬度以外，这两个分量都是很小的，因而经圈环流同纬圈环流相比，要弱得多。,(二)平均经圈环流,北半球三个经向环流圈: 1. 低纬环流圈, 哈得莱(Hadley) 环流圈，是一个直接热力环流圈(正环流圈)； 2. 中纬度环流圈, 费雷尔(Ferrel)环流圈，是间接热力环流圈(逆环流圈)； 3. 高纬环流圈, 极地环流圈，也是一个直接热力环流圈，是三个环流圈中环流强度最弱的一个。,(三)平均水平环流 平均水平环流是指纬向气流受到扰动(山脉阻挡和海陆分布不均等)而发展起来的槽、脊和高、低压环流。在北半球，对流层中、高层西风带上存在着大尺度的平均槽、脊。 1月份500百帕图上西风带有三个平均槽，它们是位于亚洲东岸140E附近的东亚大槽和北美东岸70- 80W附近的北美大槽，以及乌拉尔山脉西部自欧洲白海向西南倾斜的欧洲浅槽，在三槽之间并列着三个脊，脊的强度比槽弱得多。 7月份西风带显著北移，槽脊的位置也有很大变动，东亚大槽东移入海；原欧洲浅槽已不存在，变为脊，而在欧洲西岸和贝加尔湖地区各出现一个浅槽；北美大槽位置少动。,对流层上层300百帕平均图上(图4-38)的环流形势与中层500百帕大体相似，只是西风范围更扩大，风速更增强。冬季三槽形势非常清楚；夏季时槽、脊明显减弱。 在副热带地区有深厚的高压带，其位置、范围、强度都随季节有变化。,世 界 1 月 平 均 气 压 场,世 界 7 月 平 均 气 压 场,归纳- (1)赤道低气压带：在赤道及其两侧，是太阳高度角最大的地带，这里受太阳光热最多，地面增温也高，接近地面的空气受热膨胀上升，空气减少，气压降低。这样在南北纬5之间的地区，就形成了一个低气压带一赤道低气压带。 (2)副热带高气压带：由赤道低气压带上升的气流，由于气温随高度而降低，空气渐重，在距地面4-8公里处大量聚集，转向南北方向扩散运动，同时还受重力影响，故气流边前进，边下沉，各在南北纬30附近沉到近地面，使低空空气增多，气压升高，形成了南北两个副热带高气压带，它是因为空气聚积，由动力原因形成的，属暖性高压。 (3)极地高气压带：在地球南北两极及其附近是纬度最高的地区，这里的太阳高度角最小，接受的太阳光热也最少，终年低温，空气冷重下沉，地面空气多，气压较高，形成南北两个极地高气压带，它是由热力原因形成的冷高压。 (4)副极地低气压带：这个气压带在南北纬60附近，由于这个地带处于副热带高气压带和极地高气压带之间，是一个相对的低压带。,延伸思考：一般条件下， 气温高的地方，因近地面大气受热膨胀，到高空堆积起来，使高空空气密度增大，那里的气压比同一水平面上周围的气压都高，形成高气压，于是空气便从高气压向周围气压低的地方扩散，这样气温高的地方，空气质量就减少了，地面上随承受的压力就减低，形成低气压； 气温低的地方空气收缩下沉，高空空气密度减小，形成低气压，这是周围的空气就会来补充，使气温低的地方空气柱的大气质量增多，地面气压因而增高，成为高气压。 热力原因形成空气中的高压和低压： 近地面空气受热，气压下降，空气冷却，气压升高。 高空气压的高低与地面气压经常是相反的。 因为气温高的地方，空气上升后在高空堆积，密度增大，形成高压；气温低的地方，空气下降后，在高空密度减小形成低压。,北半球冬季气压中心,高气压区： 西伯利亚高压 北美高压 大西洋高压 势力弱 太平洋高压 尚存,阿留申低压位于北纬50度-70度之间的白令海和北太平洋地区，属于副极地低压带的一部分； 由于冬季大陆冷却快，于是在北半球副极地地区大陆出现了冷高压，亚洲的西伯利亚高压，美洲的加拿大高压，这两个冷高压将北半球副极地低压带切断，于是便形成了两个低压中心,低气压区： 阿留申低区 冰岛低压,冬季时全球的气压带风带向南移动，冰岛是副极地低气压带在海洋上的残留。由于海陆热力性质差异，在亚欧大陆形成了冷高压，即亚洲高压或蒙古高压，把副极地低气压带切断，在大西洋残存部分在冰岛附近，称冰岛低压。 这里有北大西洋暖流经过，气温比其他地方高，所以低压的范围大，纬度比其他地区高一点。,夏季 高压区： 太平洋高压 大西洋高压 势力强 低压区： 南亚低压 北美低压 阿留低压 势力大减 冰岛低压 似消失,气旋 北（南）半球，大气中水平气流呈逆(顺)时针旋转的大型涡旋。在同高度上，气旋中心的气压比四周低，又称低压。,反气旋 在北半球，反气旋区气流自中心向外作顺时针方向旋转，南半球作反时针方向旋转。在天气图中，反气旋是等压线呈闭合、气压值自中心向外递减的高压区，故又称高压。,气旋加强： 低压随高度加强,(四) 急流 急流是指风速30米秒以上的狭窄强风带。在天气图上经常观察到狭窄而弯曲的急流带。急流是大气环流中的一个重要特征。 (西风急流) 急流环绕地球自西向东弯弯曲曲延伸几千公里，水平宽度约上千公里，垂直厚度有几百公里到十几公里。急流中心强度最大区，称急流轴，急流轴是准水平的。 急流轴南北两端存在着强大的水平风速切变(每百公里5米秒，甚至达20-40米/秒)；上、下方向也存在着强大的垂直风速切变(每公里5-10米秒，最大达10米秒)。 一般情况下，急流中心风速可达50-80米秒；强急流中心风速达100-150 +米秒。根据现有资料，位于东亚海上和日本上空的急流强度最大，冬季曾达150-180米秒，甚至达200米秒。在同一条急流轴上，风速分布并不均匀，可有一个或几个强风中心。,（1）温带急流：又称极锋急流，位于南北半球中高纬度地区的上空，与极锋相联系的西风急流。 平均高度在冬季约810km，夏季约911km，平均厚度约310km。 南北位置经常变动，冬季平均位于4060N 间，甚至伸展到更低纬度（图442）。夏季平均位置北移到70N附近。 中心最大风速一般4555m/s，甚至达105m/s。一般是冬季强、夏季弱。急流轴有明显的分支和汇合现象。,（2）副热带急流：又称南支西风急流。 位于200hPa 上空副热带高压的北缘，同副热带锋区相联系，是一支相当强大而稳定的急流。 急流轴位于2532N 的1113km 的高空，位置比较稳定，夏季向高纬推移1015 个纬距。 冬季中心最大风速约5060m/s，强中心风速可增至100150m/s，甚至可达200m/s。夏季风速减半。其分支、汇合现象以东亚最清楚。,（3）热带东风急流： 主要出现在夏季北半球亚洲、非洲副热带对流层顶附近（100150hPa）处的一支急流。 盛夏其平均位置在北纬1020间，最大风速平均3040m/s，个别达50m/s，风向稳定，强中心在阿拉伯海上空。,思考： 1、大气环流形成的主要因素有哪些？ 2、试述风与气压的关系？ 3、是思考能由风压定律理解急流风速风向吗？ 4、全球三圈环流和气压带形成的机理,