天气学原理和方法第四章大气环流

1、4.1 大气平均流场特征与季节转换4.2控制大气环流的基本因子与大气环流的基本模型4.3极地环流概况4.4热带环流概况4.5西风带大型扰动4.6急流4.7东亚环流基本特征环流：空气沿一个封闭的轨迹运动，或有沿着某一封闭轨迹循环运动的倾向。经向环流：气流沿经圈方向运动（南北向）纬向环流：气流沿纬圈方向运动（东西向）大气环流：指全球范围的大尺度大气运行的基本状况，水平尺度在数千公里以上，垂直尺度在10公里以上，时间尺度在1-2日以上。是各种不同尺度的天气系统发生发展和移动的背景条件。尺度范畴尺度分类时间尺度空间尺度大气现象举例大尺度气候尺度年代100040000km全球变暖大气环流尺度季节、年季风

2、大气环流的尺度特征一、平均纬向风分量的经向分布低纬：东风带中高纬 ：西风带（冬季最大风速40m/s,30N ,200hPa 夏季最大风速16m/s,40N ,200hPa）极区：近地面：弱东风 对流层：西风 平流层(夏季） ：东风 冬季：对流层低层30N以南：偏北风 40N 以北：南风 ）对流层高层：低纬30N以南：南风 高纬 40N 以北：北风对流层中层：经向分量很弱 夏季：13-40N之间：低层北风 高层 南风低纬（近赤道）：低层 北风 高层 南风平均纬向风分量远远大于经向风v分量的纬向平均虽然很小，但依然存在，说明大气中存在空气的南北交换和热量输送中纬低纬1 对流层中部（500hPa）冬

3、季三槽：亚洲东岸 北美东部 欧洲东部三脊：阿拉斯加 西欧沿岸 青藏高原北部槽：北美（延伸 ）东亚（延伸） 地中海 孟加拉湾 青藏高原北部 东太平洋副热带高压：海上夏季：极区：极涡中纬：绕极西风四槽：勘察加半岛 北美东部 欧洲西海岸 贝加尔湖到青藏高原 减弱脊：减弱不清楚低纬：副热带高压大大加强：北太平洋 北大西洋非洲大陆西部出现闭合2 对流层底部（海平面气压场）冬季阿留申低压 冰岛低压亚洲冷高压 北美大陆高压 格陵兰大陆高压夏季亚洲大陆低压 冰岛低压太平洋副热带高压 大西洋副热带高压 格陵兰大陆高压一月份海平面气压场一月份海平面气压场阿留申低压 冰岛低压亚洲冷高压 北美冷高压 格陵兰高压太平洋

4、副热带高压 （夏威夷高压）大西洋副热带高压（亚速尔高压） 七月份海平面气压场七月份海平面气压场冰岛低压亚洲大陆低压 北美大陆低压 格陵兰高压太平洋副热带高压 （夏威夷高压）大西洋副热带高压（亚速尔高压） 半永久性大气活动中心阿留申低压 冰岛低压太平洋副热带高压 大西洋副热带高压 格陵兰高压季节性大气活动中心亚洲冷高压 亚洲大陆低压 北美冷高压 北美热低压四、大气环流的季节转换6 月 10月突变控制大气环流的基本因子：太阳辐射 地球自转 地球表面不均匀性地面摩擦一、太阳辐射作用 1 200hPa以下，无论冬夏，平均温度梯度由赤道指向两极 2 冬季南北温差大于夏季 3 夏季平流层温度梯度由极地指向

5、赤道，冷中心位于赤道 4 无论冬夏，低纬地区对流层顶高于中高纬，两者间有明显断裂（对流层顶的主要特征是气温的垂直递减率变小或成等温、甚至成逆温型）在如上的温度分布下，高层：极地位势高度低，而赤道位势高度高，由此产生由赤道指向极地的位势梯度，高层空气向极运动低层：极地冷空气下沉，质量堆积，低层产生由极地指向赤道的气压梯度，低层空气向赤道运动如此构成单圈环流：赤道上升，极地下沉， 高层南风，低层北风直接热力环流：由大气加热不均匀产生的，加热区上升，冷却区下沉的环流二、地球自转 单圈环流不考虑地球自转，但地球自转的情况下，空气受到柯氏力的作用，在北半球向右偏在南半球向左偏，形成经圈方向的三圈环流Ha

6、dley 环流的形成赤道上空向北流动的气流，在柯氏力的作用下向右偏转，在30N左右转为西风，并在此处辐合，质量堆积，地面气压升高，并且冷却下沉，下沉气流辐散，其中向南的一支在柯氏力影响下右偏，转为东北风，此风系稳定，称为东北信风，在南半球为东南信风，两支信风在赤道汇合上升，从而构成直接环流圈，称为Hadley环流Hadley cell东北信风（NE trade wind）：北半球Hadley环流圈中低层向南的气流，在柯氏力作用下向右偏而形成的一支稳定的风系。东南信风（SE trade wind）：南半球Hadley环流圈中低层向北的气流，在柯氏力作用下向左偏而形成的一支稳定的风系。赤道辐合带（

7、热带辐合带）：赤道附近东北信风和东南信风汇合的地带，简称ITCZ(intertropical convergence zone)极地环流圈的形成极地能量亏损，温度低，密度大，从而使气压随高度递减增大，高空有较低纬度指向极地的气压梯度，而低层有极地指向较低纬度的气压梯度。则低层空气有指向较低纬度运动，在柯氏力作用下右偏成为东北风，高层南风在柯氏力作用下右偏成为西南风，构成极地环流圈Ferrel 环流的形成Hadley环流中在30N下沉辐散的气流中，向北流动的气流，与极地环流圈中上升支汇合，在高空辐散，其中有一支向南运动。这样在Hadley环流圈和极地环流圈之间存在一个与直接环流圈相反的环流，为间

8、接环流圈，也称Ferrel 环流圈。极锋：极地环流圈中低层向南的东北风与Hadley环流圈中下沉辐散而向北运动的西南风相遇，干冷与暖湿气流相遇而形成的锋区。副热带锋区：Hadley环流圈中高层向北运动的暖湿气流与极地环流圈中上升，辐散向南的一支气流相遇而形成锋区。在对流层上部明显，有副热带急流与之对应。地面和高空流场分布 低纬地面 极地 中纬 西风带 低纬高空 高纬 中纬 西风带东风带西风带气压场分布东北信风东南信风东北季风西南季风赤道辐合带极锋锋区副热带锋区三、角动量交换由于地面摩擦和山脉作用，极地和热带东风带得到西风角动量，中高纬西风带损耗西风角动量而大气内部通过非定常扰动以及Hadley

9、 环流和Ferrel环流输送角动量给中纬度大气，使得东风带和西风带得以长期存在四、地球表面的不均匀性 海陆分布对大气环流的影响 海陆热力差异造成冬季大陆东岸有大槽西岸有脊形成 地形的影响 大地形的动力作用，使气流发生明显的分支、绕流和汇合 上山和下山对槽脊的影响五、能量收支两极是能汇，赤道和低纬是能源极地：66.5N以北和66.5S以南地区，是大气中的冷源北极环流平均概况冬季：极涡有两个中心，分别位于格陵兰西、亚洲东北，极地为槽区夏季：极涡一个中心位于极点地面：冬季有一闭合低压 夏季为高压极地温度分布特点：垂直方向：冬季2km以下有强烈逆温 夏季逆温减弱地面温度年变化显著：冬季-30C 以下

10、夏季 0C左右层结稳定极地环流异常：极地为暖性反气旋或暖脊控制，使极涡分裂南下，位置偏南，寒潮多而强热带：南北半球的副热带高压脊线之间的区域，约占地球表面积的一半一、平均环流特征 地面流场 冬季：两支偏东气流（信风） 赤道辐合带随季节有南北位移： 大西洋 西非 太平洋东部 5-10N 印度洋 西太平洋 10S 夏季：西南季风 东北信风加强北移 赤道辐合带北抬一月份全球风场分布七月份全球风场分布2 气压场冬季：亚洲大陆冷高压，海洋上副热带高压 南半球大陆为热低压控制 赤道为赤道低压带夏季：亚洲非洲为热低压 海洋上副热带高压 强大北抬 南半球大陆为冷高压 赤道低压带向北移动季风：稳定的盛行风随季节

11、发生显著变化的气流称为季风。信风辐合带：两支信风汇合的地带（气压场上为信风槽）季风辐合带：季风与信风（或赤道偏西风）汇合的地带（季风槽） 对流层上部平均流场 冬季：热带对流层 强西风 副热带 西风急流，上有三槽：孟加拉湾 非洲西海岸 太平洋东部 夏季： 热带对流层高层：三个反气旋中心位于北美 波斯湾 青藏高原 东风急流二、平均经向垂直环流Hadley环流三、平均纬向垂直环流对流层上部 东半球 东风 西半球 西风对流层下部 东半球 西风 西半球 东风Walker（沃克）环流：与印度尼西亚的对流区相联系的纬向环流圈，横跨赤道太平洋，上升支位于印度尼西亚，下沉支位于赤道东太平洋一、急流的概念急流使指

12、一股窄而强的气流带，中心在对流层上部，风俗必须大于或等于30m/s ，风速水平切变量级为每100公里5m/s ，垂直切变量级每公里5-10m/s。急流中心长轴为急流轴，其上可以有一个或多个风速极大值中心，急流轴呈准水平，轴线多呈东西向，水平长度达上万公里，水平宽度几百公里，厚度几公里。二、急流基本特点急流左侧风速具有气旋性切变，有偏差风辐合急流右侧风速具有反气旋性切变，有偏差风辐散在直线西风急流入口区，空气质点沿流线方向加速，有沿流线方向的加速度，有偏南的非地转风，同时空气质点在急流轴附近增量最大，因此：急流入口区左侧辐合，右侧辐散急流出口区左侧辐散，右侧辐合三、极锋急流结构特点最大风速出现在

13、对流层顶断裂处，风速垂直切变在对流层中下部达到最大。位置随极锋而南北变动比较大四、副热带西风急流特点最大风速中心在中纬度对流层顶和热带对流层顶断裂处，风速垂直切变最大出现在对流层上部风向和地理位置稳定，冬强夏弱五、热带东风急流特点，风速7月急流一月急流一、海陆和高原对东亚环流和天气系统活动的影响 海陆热力差异造成东亚季风特点 对流层底部：蒙古冷高压 阿留申低压 印度低压太平洋副热带高压东亚 冬季干冷的冬季风 夏季暖湿的夏季风 雨量集中对流层中层：东亚500hPa槽脊位置冬夏季相反高空基本气流： 30N 以北 西风 30N 以南 偏东风高原季风复杂性近地面 冬季为冷高压夏季为热低压因此近地面风系

14、不同400hPa以上为西风，南北两侧有急流 夏季北侧西风急流加强南侧转为东风急流垂直方向：季风环流：印度西南季风沿高原爬坡上升，与高原上空辐散气流汇合，主要部分向南流去并下沉，最南可达南半球，随东南信风一起向北越赤道转为西南气流，北上构成闭合环流。对高原和临近地区天气有重要影响 青藏高原地形对东亚天气和环流的影响 绕流和分支在高原北部形成地形脊南部形成地形槽切变线 暖湿气流的输送 气流在上山和下上过程中对高空槽脊强度有影响二、我国各季环流概况和主要天气过程 冬季 我国在西风气流控制下，亚洲大陆平均槽在140E，平均脊在90E，蒙古冷高压强劲 高空槽比较强湿地面气旋才会发展而破坏冷高压，同时引导冷空气南下，性呈强冷空气爆发或寒潮。东亚大槽完成以次新陈代谢过程。 南支槽输送暖湿气流，形成华南 昆明静止锋2 春季 南支西风急流3、6月减弱北移 北支槽稳定 西风带槽脊无大变化，但强度减弱 我国上空为西风气流控制，么每个国高压减弱西移，阿留申低压减弱东移 ，我国东北出现低压，鄂霍茨克海出现高压，印度低压范围扩大，印度西南季风开始建立，副热带高压加强西伸，低纬度天系系统开始活跃