局地大氣環(huán)流的深入剖析

局地大氣環(huán)流類型 全球性的大氣環(huán)流是在大范圍氣壓場影響下的大氣環(huán)流，與全球性的大氣環(huán)流相比，在小范圍內由于地形起伏，地表受熱不均等狀況等引起的氣流，叫局地環(huán)流，它不能改變大范圍的氣候，卻對小范圍的氣候影響很大，往往形成局地小氣候區(qū)。 1、海陸風 只局限于沿海，由于海洋和陸地的比熱不同，也可以說海陸熱力性質差異造成的，風向轉換以一天為一周期。如圖1所示：白天，陸地比海洋增溫... 更多

大氣環(huán)流指的是地球表面上大規(guī)模的空氣流動，以及與較小規(guī)模的海洋環(huán)流一起重新分配熱量和水汽的途徑。大規(guī)模的大氣環(huán)流即使年年有所不同，其基本結構頗能維持不變。然而，個別天氣系統(tǒng)，如中緯度低壓區(qū)、熱帶對流環(huán)流等，是在“隨機”情況下產生的，而且氣象通常只能在發(fā)生前一段短時間內被預測。大氣環(huán)流的發(fā)現(xiàn)

大氣環(huán)流的發(fā)現(xiàn)歷史經歷了一個漫長的過程。

1686年，英國人哈雷(Halley)在收集了各種航海資料，并親自進行了遠航科考之后，發(fā)表了信風理論。哈雷描述了熱帶信風的基本規(guī)律：赤道無風，赤道以北盛行東北信風，以南則為東南信風。同時，哈雷還繪制了南北緯30°間的信風分布圖。在著作中，哈雷還對信風的成因作了闡述。他認為，信風的成因是由于熱帶地方熱空氣上升。印度洋信風的形成是由于海陸溫度變化形成的。

哈雷的信風理論對后來的航海起了很大的指導作用。然而，哈雷的信風理論并非盡善盡美。哈雷的理論在不少區(qū)域并不適用。1735年，哈德萊提出了他關于信風環(huán)流的解釋。哈德萊修正了哈雷的理論，他首次考慮了地球自轉因素對大氣運動的影響。

在哈德萊的年代，觀測資料十分有限，沒有高空觀測資料，而且地轉偏向力在一百多年之后才被明確闡明并應用于氣象學，因此，哈德萊對信風的成因解釋得并不是十分清楚。但是，他對風與地球自轉關系的說明極富創(chuàng)造性，對氣象學理論的發(fā)展做了極大貢獻，也為日后氣象學家研究大氣環(huán)流奠定了基礎。為了紀念他的功績，人們至今仍把低緯環(huán)流稱作“哈得萊環(huán)流”。

地轉偏向力由法國物理學家科里奧利在1835年、法國數(shù)學家泊松在1839年歸納為數(shù)學形式。1843年，特雷西將其應用于氣象學解釋。

1856年，費雷爾第一次將地轉偏向力用于大氣環(huán)流成因的解釋上。1859年，費雷爾發(fā)表了《地球表面流體和固體的相對運動》，文中指出，由于地轉偏向力的影響，北半球低緯度地面的盛行風偏為東北風，南半球偏為東南風。費雷爾還首次提出中緯度地區(qū)也存在一個經向環(huán)流圈。因此，中緯環(huán)流圈也叫作“費雷爾環(huán)流”。

1888年，德國科學家亥姆霍茲認識到了摩擦力的重要性，進一步解釋了大氣環(huán)流的規(guī)律與成因。

20世紀20年代，挪威學派的代表人物瑞典科學家伯杰龍在前人研究的基礎上，正式提出了三圈環(huán)流理論，這是人類第一次從整體上看待全球的大氣運動。但是，需要說明的是，三圈環(huán)流理論并不是一個完美的理論，大氣環(huán)流中的一些現(xiàn)象如在高空的風向、風速和范圍等仍然沒有得到很好的解釋。

進入20世紀40年代，高空探測資料日益豐富，海洋上的資料空白得到了補充。20世紀60年代以后，在氣象衛(wèi)星的幫助下，科學家們對大氣環(huán)流的研究日益深入，理論日臻完善。大氣環(huán)流形成原因

大氣環(huán)流主要與太陽輻射、地球自傳運動、地表性質作用和地面摩擦作用相關。

1、太陽輻射作用

大氣運動需要能量，而能量幾乎都來源于太陽輻射的轉化。不同緯度得到的太陽輻射能不同，低緯地區(qū)因凈得熱量不斷增溫并膨脹上升，極地大氣因凈失熱量而不斷冷卻并收縮下沉。

假設地球表面性質均一并沒有地轉偏向力，則氣壓梯度力的作用將使赤道和極地之間構成一個大的理想的直接熱力環(huán)流圈。太陽輻射對大氣系統(tǒng)加熱不均是大氣產生大規(guī)模運動的根本原因，而大氣在高低緯間的熱量收支不平衡是產生和維持大氣環(huán)流的直接原動力。

2、地球自傳運動作用

大氣是在自轉的地球上運動著，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，結果使直接熱力環(huán)流圈中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;同樣，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。

可見，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，因而形成了幾乎遍及全球(赤道地區(qū)除外)的緯向環(huán)流。因而地球自轉是全球大氣環(huán)流形成和維持的重要因子。

3、地表性質作用

地球表面有廣闊的海洋、大片的陸地，陸地上又有高山峻嶺、低地平原、廣大沙漠以及極地冷源，因此是一個性質不均勻的復雜的下墊面。

從對大氣環(huán)流的影響來說，海陸間熱力性質的差異所造成的冷熱源分布和山脈的機械阻滯作用，都是重要的熱力和動力因素。海洋與陸地的熱力性質有很大差異。夏季，陸地上形成相對熱源，海洋上成為相對冷源;冬季，陸地成為相對冷源，海洋卻成為相對熱源。

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。同時，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。

海陸和地形的共同作用，不僅使低層大氣環(huán)流變得復雜化，而且也使中高層大氣環(huán)流有在特定地區(qū)出現(xiàn)平均槽、脊的趨勢。

4、地面摩擦作用

大氣在自轉地球上運動著，與地球表面產生著相對運動。相對運動產生著摩擦作用，而摩擦作用和山脈作用使空氣與轉動地球之間產生了轉動力矩(即角動量)。角動量在風帶中的產生、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。大氣環(huán)流的特征

大氣環(huán)流大氣環(huán)流主要表現(xiàn)為，全球尺度的東西風帶、三圈環(huán)流(哈得萊環(huán)流、費雷爾環(huán)流和極地環(huán)流)、定常分布的平均槽脊、高空急流以及西風帶中的大型擾動等。

大氣環(huán)流既是地-氣系統(tǒng)進行熱量、水分、角動量等物理量交換以及能量交換的重要機制，也是這些物理量的輸送、平衡和轉換的重要結果。太陽輻射在地球表面的非均勻分布是大氣環(huán)流的原動力。大氣環(huán)流構成了全球大氣運動的基本形勢，是全球氣候特征和大范圍天氣形勢的主導因子，也是各種尺度天氣系統(tǒng)活動的背景。

大氣環(huán)流從全球平均的緯向環(huán)流看，在對流層里，最基本的特征是：

大氣大體上沿緯圈方向繞地球運行，在低緯地區(qū)常盛行東風，稱為東風帶，又稱為信風帶北半球為東北信風，南半球為東南信風。中緯度地區(qū)則盛行西風，稱為西風帶，其所跨的緯度比東風帶寬，西風強度隨緯度增加，最大風出現(xiàn)在30°-40°上空的200百帕附近，稱為行星西風急流。在極地附近，低層存在較淺薄的弱東風，稱為極地東風帶。大氣環(huán)流與氣候條件

1、平均緯向環(huán)流

平均緯向環(huán)流指大氣盛行的以極地為中心并繞其旋轉的緯向氣流，這是大氣環(huán)流的最基本的狀態(tài)，就對流層平均緯向環(huán)流而言：

低緯度地區(qū)盛行東風，稱為東風帶(由于地球的旋轉，北半球多為東北信風，南半球多為東南信風，故又稱為信風帶);

中高緯度地區(qū)盛行西風，稱為西風帶(其強度隨高度增大，在對流層頂附近達到極大值，稱為西風急流);

極地還有淺薄的弱東風，稱為極地東風帶。

2、平均水平環(huán)流

平均水平環(huán)流指在中高緯度的水平面上盛行的疊加在平均緯向環(huán)流上的波狀氣流(又稱平均槽脊)，通常北半球冬季為三個波，夏季為四個波，三波與四波之間的轉換表征季節(jié)變化。

3、平均徑圈環(huán)流

平均徑圈環(huán)流指在南北-垂直方向的剖面上，由大氣經向運動和垂直運動所構成的運動狀態(tài)。通常，對流層的徑圈環(huán)流存在三個圈：

低緯度是正環(huán)流或直接環(huán)流(氣流在赤道上升，高空向北，中低緯下沉，低空向南)，又稱為哈得來環(huán)流;

中緯度是反環(huán)流或間接環(huán)流(中低緯氣流下沉，低空向北，中高緯上升，高空向南)，又稱為費雷爾環(huán)流;

極地是弱的正環(huán)流(極地下沉，低空向南，高緯上升，高空向北)。