雷环(Ch10lecture|图文|百度文库)

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Ch10、大气环流和海洋环流1. 全球纬向风分布， 2. 热带辐合带， 3. 哈德雷环流， 4. 费雷尔环流， 5. 季风， 6. 风生洋流， 7. 温盐环流, 8. 海气耦合和沃克环流1本章参考书:1. Meteorology Today, C.D. Ahrens (Chapter 9, 6th or 7th edition),2. Atmospheric Science: An Introductory Survey, John M. Wallace and P.V. Hobbs (Chapter 8),3. An Introduction to Dynamic Meteorology, J.R. Holton (Chapter 1 and 2, 3rd edition)4. Introduction to Circulating Atmosphere, Ian N. James, Cambridge University Press, 1994.2全球大气和海洋环流在前面我们学习了龙卷、强风暴、台风和气旋等天气系统， 这些从小到大的天气系统都是区域性的。这一章我们学习空间尺度可以和地球的尺度相比较的大气运 动系统，也称为行星尺度大气环流或全球大气环流。

一般 来说环流指的是闭合的流场，全球环流则指的是闭合环流 圈的空间尺度很大，可以和行星的尺度相比较。海洋大气是密切相关的。风驱动海洋流动形成风生环流，海 洋环流也会反过来影响大气运动，海洋和大气环流耦合在 一起共同影响全球气候变化。所以，这一章我们除了学习 大气环流，也将学习海洋环流。在下一章，我们将更详细 地学习大气和海洋环流是如何影响全球气候的。31、全球纬向风分布纬向风指的是大气风场的纬向（东-西）分 量，通常用u来表示。相应地，南北方向 的分量称为经向风，用v来表示，垂直分 量用w表示。地面风场和高空风场的分布既相似，也不 完全一样。412-2和6-8月平均近地面风场DJF在北半球，我们通常 用12-2月份的平均 代表冬季、6-8月份 的平均代表夏季。右图所示的是近地面风的分布，箭头代表气流的方向。无论是冬季或夏季，中高纬度一般吹西风，热带吹东风。为什么？JJA51和7月平均的500mb 等压面上高 度场和流场等值线为500 hpa等压面上的等高线，箭头表示气流方向。 热带为东风，中高纬度为西风。6平均的纬向风随高度和纬度的分布如果我们对纬向风分量在纬圈上作平均，可以得到纬向风随高度和纬度的变化。

在对流层，热带为东风，中高纬度为西风。在平流层，冬半球是西风，夏半球是东风。其中的粗实线是东风和西风的分界线。7纬向平均温度场分布对流层大气吸收地球的长波辐射，赤道地区温度高，两极温度最低。在平流层，臭氧吸收太阳紫外辐射，夏半球极地温度高，冬半球极地温度最低。气压梯度力和科氏力的平衡造成平流层夏半球吹东风、冬半球吹西风。8热带地区为什么是东风？ 热带地区是东风意味着大气运动比地球自转慢 ，这是可以理解的。地球自转带动大气运动， 所以，大气运动的速度最多只能等于地球的自 转速度，也就是风速为零。 如果赤道地区是西风，说明大气运动的速度比 地球旋转还要快，这需要其他物理过程提供能 量才行。 在金星、木星和土星上，赤道地区确实是存在 西风的。这种现象称为超级旋转，也就是比地 球的自转还要快。92、热带辐合带(Inter-tropical convergence zone, ITCZ)热带东北信风和东南信ITCZ风在赤道附近地区形成的辐合区。右图所示的是太平洋地 区近地面气流的流线 ，可以清楚地看出在 赤道地区有一个辅合 带。中高纬度地区有 涡旋。10从降水量看热带辐合带上图，1月份降水；下图 ，7月份降水。

热带地区有一个带状的降 水区，该降水带对应 热带辐合带。在热带 太平洋东部和大西洋 ，辐合带很窄。在西 太平洋和印度洋，降 水区由于季风的作用 而相对宽阔。113、哈德雷环流(Hadley Circulation)在18世纪，航海已相当发达， 根据多年航海的经验，人们 已知道在赤道的北侧存在东 北信风，赤道的南侧存在东 南信风。1875年，英国气候学家Hadley 根据地面观测到的热带信风 推测，由于热带地区较热， 空气上升，在大气高层向两 极流去，在极地变冷下沉， 在地面向赤道流去，构成一 个闭合的单圈环流。12单圈环流假想 (G. Hadley, 1735)单圈环流是哈德雷根据热力作 用的结果提出来的，并没 有考虑地球的自转作用。如果没有地球自转，大气在经 圈方向的环流并是单圈的 。但由于地球自转，经圈环流并 不是单圈的。13三圈环流由于地球的自转，当大气自 赤道流向高纬度时，科氏 力的作用使得气流逐渐偏 向东，再加上辐射形成的 南北温度梯度的限制，哈 德雷环流只能在大约南北 纬30度的地方下沉。在20世纪20年代人们提出了 旋转地球上三圈环流的理 论模型:144、费雷尔环流 （Ferrel Circulation）与哈德雷环流相反，费雷尔环流在较冷的 地方上升（大约南北纬60度的地方）， 在较热的地方下沉（大约南北纬30度的 地方），这说明费雷尔环流并不是由热 力因素驱动的。

15费雷尔环流在第8章，我们学习了锋 面和气旋，我们知道冷 锋是由于冷气团南下推 动暖气团上升形成的。平均来说，锋面和气旋的 多发区是在大约南北纬 60度的地方。在那里由 于锋面的作用，南边来 的暖气团平均来说呈上 升运动。所以，费雷尔 环流是动力驱动的。16费雷尔环流和锋面气旋关系示意图锋面气旋附近暖空气上升。17极区环流和哈德雷环流一样，极区环流在较暖的地 方上升，在较冷的地方下沉，也是由于 热力驱动的环流。18根据观测资料计算出的三圈环流（来自李大玮）19经圈环流模型的历史演变从哈德雷的单圈环流到现在的三 圈环流经历了一个漫长的过 程。1735年，Hadley提出了单圈环流 的假说。但是，在随后的近 半个世纪里，人们并不知道 它的存在。Immaneul Kant（1756）和John Dalton（1793）又分别提出了 类似的环流模型和解释。很 久之后，Dalton才发现并指出 他的环流模型在半个世纪前 已经由Hadley提出了。201837年， Heindrich Wilhelm Dove 提出了不同版本的单圈环流Dove注意到了在中纬 度，地面风并不总是 偏北风，所以， Hadley环流不可能延 伸到极地，他提出 Hadley环流只能到达 副热带，但他没有关 注中高纬度的经向环 流。

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