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1、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
2、。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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、,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
10、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
11、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
12、: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
13、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
14、，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)
15、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
16、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
17、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,(
18、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20
19、0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,
