天原笔记（4）大气环流
天原笔记（4）大气环流
根据《天气学原理和方法》课本总结，边复习边记下来，仅供参考，有缺漏或错误的请联系我改正，谢谢！
用最人话的人话讲天原，侧重经验性结论，公式推导部分较少，结构清晰，看着轻松
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文章目录
- 天原笔记（4）大气环流
- 系列文章链接汇总
- 第一章：大气运动的基本特征
- 第二章：气团与锋
- 第三章：气旋与反气旋
- 第四章：大气环流
- 第五章：天气形势及天气要素的预报
- 方程汇总篇
- 概述
- 一.平均纬向风和经向风分布
- 1. 平均纬向风的经向分布
- 低纬地区
- 中高纬地区
- 极区
- 2.平均经向风分量的经向分布
- 冬季
- 夏季
- 3.小结
- 二.平均水平环流
- 1.对流层中部
- 冬季
- 夏季
- 2.对流层底部
- 冬季
- 夏季
- 半永久性大气活动中心
- 季节性大气活动中心
- 3.小结
- 三. 控制大气环流的基本因子
- 1. 太阳辐射作用
- 太阳辐射分布
- 大气平均温度特征
- 直接热力环流圈
- 2.地球自转作用
- 哈德来环流
- 极地环流
- 费雷尔环流
- 小结
- 3.角动量交换（不是很理解）
- 4.地球表面不均匀性
- 海陆分布不均
- 地形影响
- 青藏高原热力作用
- 四.能量收支（WTF，没有理解只有照搬）
- 五. 极地环流概况
- 六. 热带环流概述
- 1.地面流场
- 2.平均经向垂直环流
- 七. 急流
- 1.概念
- 2.急流的基本特点
- 急流轴
- 急流的出口区和入口区
- 3.各种急流
- 极锋急流
- 副热带西风急流
- 热带东风急流
- 三者对比
系列文章链接汇总
第一章：大气运动的基本特征
大气运动的基本特征
第二章：气团与锋
气团与锋
第三章：气旋与反气旋
气旋与反气旋
第四章：大气环流
大气环流
第五章：天气形势及天气要素的预报
天气形势及天气要素的预报
方程汇总篇
方程汇总篇
概述
大气环流是指全球范围的大尺度大气运行的基本状况，水平尺度在数千千米以上，垂直尺度在10km以上，时间尺度在1-2日以上
一.平均纬向风和经向风分布
1. 平均纬向风的经向分布
低纬地区
- 风向：除了对流层低层有小范围弱西风，全部为东风
- 最大风速位置：平流层
- 范围：约占南北各30个纬度
- 季节变化：铅直向上冬季东风带迅速变窄，夏季变化小
中高纬地区
- 风向：对流层中冬夏均为西风
- 最大风速位置：200hpa附近，冬季位于30度附近，夏季位于40度附近
- 季节变化：冬强夏弱
极区
- 风向：近地面为弱东风，冬季从对流层到平流层为西风；夏季对流层中为西风，但大大减弱，平流层变为东风，和低纬东风相连
2.平均经向风分量的经向分布
冬季
- 北半球30N以下：低空盛行北风，高空盛行南风
- 北半球40N以上：低空盛行南风，高空盛行北风
夏季
- 在40N到13N之间盛行北风，高空盛行南风
3.小结
- 纬向风比经向风大得多，大气运动基本上是围绕纬圈运动
- 南北向也有空气交换，冬强夏弱
二.平均水平环流
1.对流层中部
冬季
- 中高纬度以极地低压（极涡，现分裂为两个中心）为中心地绕纬圈地西风环流
- 中高纬度西风带中有尺度很大的平均槽脊，三槽三脊（槽强脊弱）
- 北美和东亚大槽伸向较低纬度（在地中海、孟加拉湾和东太平洋都有比较明显的槽）
- 副高强度较小，中心都位于海上
夏季
- 极涡合并为一个，绕极涡的西风带明显北移，而且等高线变稀
- 四槽：
- 北美东部的大槽略微东移
- 东亚大槽东移（移动到勘察加半岛附近）
- 冬季欧洲西海岸的平均脊——>槽
- 冬季青藏高原北部伸向贝加尔湖地区的脊——>槽
- 副热带高压大大加强并北移，在北太平洋、北大西洋和非洲大陆西部各有一个闭合中心
- 槽的强度大大减弱
2.对流层底部
冬季
- 中高纬有冰岛低压和阿留申低压（半永久性大气活动中心）
- 大陆上为冷高压，以亚洲的冷高压最为强大，另外两个中心分别位于北美大陆和格陵兰大陆
- 平均大槽前，不断有气旋沿着槽前西南气流移动，进入地面的半永久性大气活动中心，使其一直存在
- 平均脊区前则与地面冷高压对应
夏季
- 亚洲热低压，北美热低压
- 冰岛低压位置不变强度减弱，阿留申低压强度大大减弱，变为大陆低压的一个低槽
- 副热带高压大大加强
半永久性大气活动中心
- 北半球冬夏均存在
- 冰岛低压，阿留申低压，太平洋副热带高压，大西洋副热带高压，格陵兰高压
- 半永久性大气活动中心除格陵兰冰原上的冷高压以外均出现在海洋上
季节性大气活动中心
- 季节性大气活动中心出现在陆地上
- 亚洲高压（蒙古高压或西伯利亚高压），亚洲热低压，北美冷高压，北美热低压
3.小结
冬三夏四
冬季三个长波槽：
- 东亚大槽
- 北美大槽
- 欧洲浅槽
夏季四个长波槽：
- 东亚大槽
- 北美大槽
- 欧洲西海岸槽
- 贝加尔湖西部槽
五个半永久性大气活动中心：
- 太平洋副高，大西洋副高（冬强夏弱，南北位移）
- 阿留申低压，冰岛低压（冬强夏弱）
- 格陵兰高压
四个季节性大气活动中心
- 冬季：亚洲冷高压和北美冷高压
- 夏季：亚洲热低压和北美热低压
三. 控制大气环流的基本因子
1. 太阳辐射作用
太阳辐射分布
- 在低纬度地区是太阳辐射能净得区
- 在高纬度地区是太阳辐射能净失区
- 为了维持大气能量平衡，赤道向极地输送能量
大气平均温度特征
- 对流层，低纬度地区为暖中心，向极地温度递减，冬季南北温差大于夏季
- 平流层，低纬度地区为冷中心，夏季由极地向赤道温度逐渐递减
直接热力环流圈
- 赤道地区，终年炎热，大气受热膨胀上升，两极地区终年严寒 , 大气冷却下沉
- 赤道地区低空低气压，高空高气压，极地地区低空高气压，低空低气压
- 高空气压梯度从赤道指向极地，低空气压梯度从极地指向赤道
- 上述情况形成了一个大气环流圈——直接热力环流
2.地球自转作用
哈德来环流
- 考虑地转偏向力的影响
- 赤道高空的空气有指向极地的气压梯度力——>空气向北运动——>受到地转偏向力影响向东偏移——>在30度附近变为西风——>30度发生辐合——>气流冷却下沉——>低空有从30度指向赤道的气压梯度——>气流向南运动——>受到地转偏向力影响成为东北风（东北信风）——>在赤道辐合——>又上升——> 哈德来环流
极地环流
- 高纬有从低纬指向高纬的气压梯度力——高空空气向极地运动——地转偏向力作用下形成西南风——在极地下沉——极地低空有指向低纬的气压梯度力——低层空气向低纬移动——地转偏向力作用下形成东北风——构成极地环流
费雷尔环流
- 从极地吹来的东北气流与哈德来环流下沉辐散而向北运动的西南气流相遇，在60度附近形成极锋
- 来自低纬的暖湿空气密度小——沿极锋锋面滑升——在对流层上部分流——向南的一支与哈德来环流高层来自赤道地区的暖湿气流相遇——形成副热带锋区
- 由此又形成了一个环流成为费雷尔环流，与直接环流的方向相反，称为间接环流圈
小结
- 低纬和高纬地区：高空为西风带，低空为东风带
- 中纬度地区：应该是东风带，但因为费雷尔环流相比其余两个环流很弱，实际上是带状的西风气流
- 极锋上空有极锋急流中心
- 副热带锋区上空又副热带西风急流中心
3.角动量交换（不是很理解）
- 地球大气系统中绝对角动量守恒——地球自转角速度为常量，东西风带长期维持
- 角动量输送的两种方式：大气内部角动量水平输送，大气内部角动量的垂直输送
4.地球表面不均匀性
海陆分布不均
- 海的比热比陆地大得多——冬季海是热源，夏季海是冷源
- 半永久性大气活动中心的变化以及季节性大气活动中心是海陆差异的结果
地形影响
青藏高原热力作用
详细请看该网页的总结
四.能量收支（WTF，没有理解只有照搬）
- 平均而言，两极有能量亏损，赤道和低纬有能量盈余——产生了水平温度梯度——纬向有效位能——形成了三圈环流和东西风带
- 地形起伏和海路差异——形成了平均槽脊（大型扰动）
- 直接热力环流在较暖纬度上升，较冷纬度下沉——将纬圈有效位能转化为纬圈动能——维持东西风带
- 平均槽及及其伴随发生的非定常大型扰动的对感热输送——纬圈有效位能转化为扰动的有效位能
- 统一纬圈的大型扰动中弱较暖的空气上升，较冷的空气下沉——扰动有效位能转换为扰动动能——维持大型扰动
- 大型扰动脊和槽轴水平走向为东北西南走向——对角动量的输送把扰动动能转换为纬向动能——维持东西风带
- 费雷尔环流中冷空气被迫上升，暖空气被迫下沉——提高大气质量中心——将纬向动能转换为纬向有效位能
- 摩擦作用使动能转换为热能
五. 极地环流概况
- 极地气压系统冬强夏弱
- 极地地面温度年变化十分显著
- 极地地区大气层结稳定
六. 热带环流概述
1.地面流场
- 主要风系是信风和季风
- 主要环流系统为副热带高压，赤道低压，赤道辐合带
- 两支信风汇合的地方叫做信风辐合带
- 把信风和极锋汇合的地方叫做季风辐合带
2.平均经向垂直环流
- 各个季节都是哈德来环流
- 北半球冬强夏弱，上升支冬季位于5S，夏季位于10N附近（度），春秋位于赤道附近
- 赤道什么季节都是上升气流，副热带地区都是下沉气流
七. 急流
1.概念
-急流是指一股强而窄的气流带，急流中心最大风速在对流层的上部必须大于等于30m/s
- 急流中心是急流轴，轴线上可以有一个或多个风速的极大值中心
- 急流的水平长度达上万千米，常环绕地球，水平宽度为几百千米，厚度几千米
- 在一定纬度的急流中心最大风度越强，急流的水平宽度越宽，长度越长
2.急流的基本特点
急流轴
- 急流轴左侧：有气旋性切变
- 急流轴右侧：有反气旋性切变
- 因为急流轴上风速比两侧快，内摩擦运动对于两侧来说向前，对急流轴来说向后
- 地转偏差方向与摩擦力方向垂直，且向左
- 分析可知急流轴左侧有偏差风辐合，右侧有偏差风辐散
急流的出口区和入口区
- 出口区都要减速，急流轴上负的加速度大，两侧负的加速度小
- 地转偏差指向加速度的左侧，大小与加速度成正比
- 出口区左侧，入口区右侧：辐散
- 出口区右侧，入口区左侧：辐合
3.各种急流
- 极锋急流
- 副热带西风急流
- 热带东风急流
极锋急流
- 急流轴下方有温度水平梯度很大的锋区——存在密集等温线带——地转风随高度增加很快——锋区上空热成风强于周围——形成急流
- 最大风速出现在对流层顶断裂处，此处为斜压性最强处的上空
副热带西风急流
- 哈德来环流上层支携带地球角动量——向北移动时转换为相对角动量——大气中西风不断增大
- 最大风速中心出现在对流层上部哈德来环流和费雷尔环流汇合的中纬度对流程顶与热带对流层顶之间的断裂处附近
热带东风急流
- 夏季亚洲地区在海陆对比和青藏高原热源效应的作用下，东风激流最强且稳定
- 盛夏最强的平均东风位于阿拉伯海上空
三者对比
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