天气学原理教程圈环流的建立与大气环流的形成和维持课件.ppt

1、 4.2 控制大气环流的基本因子与控制大气环流的基本因子与 大气环流的基本模型大气环流的基本模型 4.2.1 4.2.1 热力驱动的环流热力驱动的环流-单圈环流单圈环流4.2.2 4.2.2 旋转地球上的环流旋转地球上的环流三圈环流三圈环流 Hadley(1720)提出赤道和高纬度极地之间的热力差异提出赤道和高纬度极地之间的热力差异是地球上大规模风系形成的根本原因。这就是著名的是地球上大规模风系形成的根本原因。这就是著名的HadleyHadley环流理论环流理论的基本思想。的基本思想。热力驱动了风热力驱动了风，即大气环流得以形成及维持的最终，即大气环流得以形成及维持的最终原动力，来自于太阳辐射

2、的热量分布不均匀，是大气环原动力，来自于太阳辐射的热量分布不均匀，是大气环流理论极为重要的基本观点。流理论极为重要的基本观点。4.2.1 2.1 热力驱动的环流热力驱动的环流-单圈环流单圈环流 在低纬度地区有热量的净收入，而在高纬度地区在低纬度地区有热量的净收入，而在高纬度地区有热量的净支出，热量的净收支不均匀的分布是随纬有热量的净支出，热量的净收支不均匀的分布是随纬度变化的。因此大气温度的纬度分布必然取决于热量度变化的。因此大气温度的纬度分布必然取决于热量净收支随纬度变化的规律。净收支随纬度变化的规律。1.Hadley环流环流称纯热力驱动的大气环流为称纯热力驱动的大气环流为Hadley环流。

3、环流。辐射收支的辐射收支的纬度变化纬度变化根据热力学第一定理，辐射加热的根据热力学第一定理，辐射加热的不均匀将产生大气温度的变化。不均匀将产生大气温度的变化。地一气系统的太阳短波辐射和长波辐射通量随纬度变化的情况地一气系统的太阳短波辐射和长波辐射通量随纬度变化的情况射入辐射射入辐射射出辐射射出辐射2.2.温差造成的热力对流温差造成的热力对流热力驱动的环流的形成热力驱动的环流的形成 大气温度的变化表现为低纬度地区大气温度高于高纬度大气温度的变化表现为低纬度地区大气温度高于高纬度地区，高层大气温度低于低层大气。在地一气系统接收太阳地区，高层大气温度低于低层大气。在地一气系统接收太阳辐射随纬度变化的

4、分布状况下，辐射随纬度变化的分布状况下，低纬低层大气为热源低纬低层大气为热源，高层高层和极地大气为热汇（冷源）和极地大气为热汇（冷源）。实际大气中热力驱动的对流现象实际大气中热力驱动的对流现象夏日因热力强迫形成的对流云（或所谓的对流单体）夏日因热力强迫形成的对流云（或所谓的对流单体）沿海地区的海陆风沿海地区的海陆风城市热岛效应城市热岛效应城区城区气温高气温高郊区郊区气温低气温低郊区郊区气温低气温低城市城市“热岛效应热岛效应”城市风城市风4.2.2 4.2.2 旋转地球上的环流旋转地球上的环流 在转动的地球上，大气由于受到地球重力的在转动的地球上，大气由于受到地球重力的作用，必定随地球转动。事实

5、上，地球大气有别作用，必定随地球转动。事实上，地球大气有别于单纯受热力驱动流体的根本特征是大气的层结于单纯受热力驱动流体的根本特征是大气的层结性和旋转性。地球上的性和旋转性。地球上的实际大气是重力层结、旋实际大气是重力层结、旋转性、热力共同作用的结果转性、热力共同作用的结果，并进而制约了热力，并进而制约了热力驱动的驱动的HadleyHadley环流。环流。（a a）理论模型理论模型FerrelFerrel环流圈环流圈极地极地HadleyHadley环流圈环流圈热带热带HadleyHadley环流圈环流圈极锋极锋副热副热带锋带锋（b b）三圈环流观测事实三圈环流观测事实（利用实际资料分离出的实例

6、，箭头代表流线方向）（利用实际资料分离出的实例，箭头代表流线方向）总结：总结：三圈环流三圈环流东北信风东北信风东南信风东南信风东北季风西南季风东北季风西南季风赤道辐合带赤道辐合带极锋锋区极锋锋区副热带锋区副热带锋区形形成成原原因因摩擦作用摩擦作用(大气运动的大气运动的角动量平衡角动量平衡)cos)(22cos)(zazauM相对角动量相对角动量地转角动量地转角动量一）地球大气系统中绝对角动量分布状态1、地球角动量，为西风角动量，其大小随纬度增高减小，赤道最大，极地最小2、低层相对角动量 弱 极地东风带具有东风角动量 强 Question Question 角动量从东风带向西风带的输送通过什么角

7、动量从东风带向西风带的输送通过什么机制完成？机制完成？角动量的角动量的水水平输送平输送扰动扰动xzMvdxdzM pdpvuvrvuvu00cos角动量的角动量的垂直垂直输送输送经圈环流经圈环流 coscos22uurMur2 地形的影响地形的影响 大地形的动力作用，使气流发生大地形的动力作用，使气流发生明显的分支、绕流和汇合明显的分支、绕流和汇合 上山和下山对槽脊的影响上山和下山对槽脊的影响（绝对（绝对涡度守恒原理）涡度守恒原理）H为气柱为至对流为气柱为至对流层定的高度层定的高度0Hfdtd气柱上山，气柱上山，H减小，辐散，减小，辐散，f不变，则气旋性涡度减小，不变，则气旋性涡度减小，反气旋

8、性涡度增大，气柱下山，气旋性涡度增大反气旋性涡度增大，气柱下山，气旋性涡度增大地形动力的影响地形动力的影响（1 1）对流层中下层西风经过青藏高原时，分为两支，北支）对流层中下层西风经过青藏高原时，分为两支，北支在在40400N N以北甘肃一带形成高压或贝加尔湖高压脊。南支西风以北甘肃一带形成高压或贝加尔湖高压脊。南支西风经高原南侧形成孟加拉湾低槽，槽前西南气流向北侵袭我国。经高原南侧形成孟加拉湾低槽，槽前西南气流向北侵袭我国。两支气流在两支气流在1101100E E以东汇合。在南支气流的北侧，我国的西南以东汇合。在南支气流的北侧，我国的西南地区，低层常形成一个个低涡，即地区，低层常形成一个个低

9、涡，即西南涡西南涡，西南涡东移到，西南涡东移到1101100E E以东时，成为诱导地面气旋生成的一个重要原因。以东时，成为诱导地面气旋生成的一个重要原因。（2 2）对流层低层、高原北边缘有时接连出现由西往东偏南）对流层低层、高原北边缘有时接连出现由西往东偏南方向移动的闭合小高压，其直径约为几百到一千公里。通常方向移动的闭合小高压，其直径约为几百到一千公里。通常把这种高压称为把这种高压称为兰州高压兰州高压。这些高压是形成江淮切变线的天。这些高压是形成江淮切变线的天气系统之一。江淮切变线经常伴有地面静止锋，在条件合适气系统之一。江淮切变线经常伴有地面静止锋，在条件合适时亦可能有地面气旋生成。时亦可能有地面气旋生成。青藏高原青藏高原青藏高原青藏高原五、能量收支五、能量收支（P164 图4.19）