天原复习题

天原复习题
1、站在转动的地球上观测单位质量空气所受到力有哪些？各作用力定义、表达式及意义
如何？
答：气压梯度力、地心引力、惯性离心力、地转偏向力及摩擦力。

（1）气压梯度力：作用于单位质量气块上的净压力，由于气压分布不均匀而产生.
1
G p
表达式：
拉普拉斯算子：i j k.
x y z
p为气压梯度，由气压分布不均匀造
成。

G的大小与ρ成反比，与▽p的大小成正比G的方向垂直等压线，由高压指向低压
（2）地心引力：地球对单位质量的空气块所施加的万有引力。

表达式：g0GM(r)
a2r
其中：G：万有引力常量，M：地球质量，a：空气块到地心的距离
大小：不变，常数方
向：
指向地
心。

（3）摩擦力：大气因具有粘性，当有相对运动时所受到的一种粘性
力。

指向速度的反方
向。

F 2u2v
j
2w
表达式：
z2
i z2
z2
k
) (
其中：为运动学粘滞系数，是比例常数，称为动力粘滞系数，为气块密度。

大气为低粘性流体，一般只在行星边界层（摩擦层）考虑摩擦作用，自由大气中则忽略摩
擦作用。

（4）、视示力：由旋转坐标系的加速作用而假想的力（惯性离心力、地转偏向力）
1.惯性离心力：
定义：观测者站在旋转地球外观测单位质量空气块所受到一个向心力的作用，但站在转动地
球上观测它的运动，发现它是静止的，这必然引入一个与向心力大小相同，方向相反的力，此力称为惯性离心
力。

表达式：C(R) 2R。

d 为地球自转角速度。

dt
大小：与纬圈半径成正比，即：与纬度成反比；方向：在纬圈平面内，垂直地轴指向外2.地转偏向力(科氏力）
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定义：观测者站在转动的地球上，观测单位质量空气块运动，发现在北半球有一个向右偏的力，在南半球它向左偏。

此力就称为地转偏向力（科里奥利力）。

表达式：A2V
地转偏向力的大小：（1）与相对速度|V|大小成正比（因角速度为常数）；当|V|=0时，A=0，只有在做相对运动时， A才存在。

（2）与速度夹角也成正比。

水平地转偏向力：大气中垂直运动一般也较
小，气块主要受x方向和y方向地转偏向力，即：水平地转偏向力的影
响。

地转偏向力方向：与垂直地轴和速度方向垂
直，只能改变气块的运动方向，不能改变其大小。

在不考虑w和Az的情况下，在北半球，地转偏向力指向运动方向右侧，在南半球，地
转偏向力指向运动方向左侧。

3.重力：地心引力与惯性离心力的合力。

表达式：
大小：随纬度增大而增大，因为惯性离心力大小与纬度成反比，重力大小与惯性力离心力成
反比。

方向：垂直地球表面指向内，原因是如果重力不与地球表面垂直，则在地表有分量，使气块移动至分量为零。

所以重力垂直于地表。

因地球为椭球体，重力与地面垂直，无指向赤道的分量。

重力在赤道最小，极地最大。

纬度
45度海平面的重力加速度为：g=9.806m/s2重力是垂直方向上的，而大气运动是准水平的；
科氏力始终垂直于速度方向，故只改变方向，不作功；所以，引起大气运动的最重要作用是：由于压力分布不均匀而产生的压力梯度力（热力作用引起的）。

2、地转偏向力与水平地转偏向力有何相同与不同？
地转偏向力的大小：（1）与相对速度|V|大小成正比（因角速度为常数）；当|V|=0时，A=0，只有在做相对运动时，A才存在。

（2）与速度夹角也成正比。

水平地转偏向力：大气中垂直运动一般也较小，气块主要受x方向和y方向地转偏向力，即：水平地转偏向力的影响。

地转偏向力方向：与垂直地轴和速度方向垂直，只能改变气块的运动方向，不能改变其大小。

在不考虑w和Az的情况下，在北半球，地转偏向力指向运动方向右侧，在南半球，地转偏向
力指向运动方向左侧。

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2、科氏力是怎样产生的，与速度的关系如何，南北半球有何区别？
定义：观测者站在转动的地球上，观测单位质量空气块运动，发现在北半球有一个向右偏的力，在南半球它向左偏。

此力就称为地转偏向力（科里奥利力）。

表达式：A2V
与速度关系：（1）与相对速度|V|大小成正比（因角速度为常数）；当|V|=0时，A=0，只有
在做相对运动
时，A才存在。

（2）与速度夹角也成正比。

南北半球区别：在不考
虑和A z的情况下，在北半球，地转偏向力指向运动方向右侧，在
南半球，地转偏向力指向运动方向左侧。

3、惯性离心力是如何产生的，如无地球自转，此力存在否？
定义：观测者站在旋转地球外观测单位质量空气块所受到一个向心力的作用，但站在转
动地球上观测它的运动，发现它是静止的，这必然引入一个与向心力大小相同，方向相
反的力，此力称为惯性离心力。

不存在。

4、重力方向如何？与等高面是否垂直？海平面上重力如何？
方向：垂直地球表面指向内
不是。

与等位势面垂直。

一般采用450纬度海平面的重力加速度值即g=9.8m/s2
d 、、V
5、解释dt t 的含义。

d是场变量的全导数，是固定点上随时间的变化率。

dt
是场变量的局地倒数，是运动中随时间的变化率。

t
V是气块的全速度，是三维微分矢量算子，V 是场平流变化。

6、大尺度系统运动遵循什么规律？
中纬度大尺度运动具有准定常/准水平/准地转平衡/准静力平衡特点
7、等位势面与等高面哪一个是水平面？为什么？
等位势面。

由于实际的重力加速度g是纬度和高度的函数，例如在赤道上g＝9．78米/秒2，在极地g＝9．83米/秒2，所以在不同纬度上物体改变相同的高度而位势却有不同的增量。

因
此，等位势面与等几何高度面不平行。

当物体在等位势面上移动时，位能不发生变化，不需要克服重力作功，等位势面处处与
重力方向垂直，所以等位势面是水平面。

故等高面不是水平面。

8、解释由什么会引起固定点温度变化？
由热力学能量方程的零级简化得，大尺度系统中的局地温度变化是由温度平流和非绝热
作用造成的结果。

在非绝热作用很小的情况下，温度变化主要是由温度平流引起的。

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T(u T v T)
t x y
9、“p”坐标系优越性表现在何处？
1.消去了密度，使方程简化
2、台站只分析等压面图，不分析等高面图，实际工作需要
10、在北半球大尺度系统运动中，做逆（顺）时针旋转，为什么对应是低（高）
压中心？
顺时针旋转对应高压中心，逆时针旋转对应低压中心。

证明：风顺时针旋转，水平地转偏向力指向速度的右侧，惯性离心力也指向速度的左侧，惯
性离心力为小量，为使三力平衡，水平气压梯度力必定指向速度的左侧，因为水平气压梯度力有高压指向低压，所以中心气压最高，为高压；
风逆时针旋转，水平地转偏向力指向速度的右侧，惯性离心力也指向速度的右侧，为使三
力平衡，水平气压梯度力必定指向速度的左侧，因为水平气压梯度力有高压指向低压，所以中心气压最低，为低压。

11、正压大气、斜压大气含义是什么？热成风的定义？公式？
正压大气：大气中密度的变化仅仅随气压而变化时，即P)，这种状态的大气称为正压大气
斜压大气：大气中的密度分布不仅随气压而且还随温度而变
时，即P,T)，这种状态的
大气称为斜压大
气。

热成风定义：热成风：地转风随高度的改变量或铅直方向上两等压面上地转风的矢量关系，以V T表示。

公式：V T R ln p0k T。

f p1
12、地转偏差重要性表现在何处？
地转偏差定义：:实际风与地转风的矢量差称为地转偏差，地转偏差很小，但很重要：
（1）引起Vn的变化。

地转偏差对大气运动的演变有极为重要的作用。

地转偏差使空气微团穿t
越等压线引起质量的重新分布，造成风压场的变化，是天气系统演变的一个动力因子。

（2）可以引起辐散和辐合
h V g 0
V h DV g h V h h D h V g h V h h D.
地转偏差的辐散或辐合实际是水平风的辐散或辐合。

13、了解在自由大气中某个气层中，当风随高度增加呈逆时针旋转，该气层有冷平流，
当风随高度增加呈顺时针旋转，该气层有暖平流
P50
温度平流（冷平流、暖平流）示意图
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V h h T 0
当时，称为暖平流，夹角为锐角，风从高温吹向低温；
VV TT00
当时，称h为h冷h平h流，夹角为钝角，风从低温吹向高温。

第二章
1.气团的概念及分类。

锋，锋面，锋线，锋区含义是什么？
1.气团定义：大范围的空气团，在其内部气象要素的水平分布比较均匀，垂直分布基本
一致，在其控制的区域内，天气气候特征也大致相同。

2.尺度：水平方向数千公里，垂直范围可达几公里到十几公里，
3.气团控制的天气：水平方向：天气现象基本相同，温湿分布均匀；垂直方向：气象要
素分布相同（包括稳定度）
锋：是冷暖气团之间的狭窄、倾斜过渡地带。

此过渡带随高度往冷的方向倾斜，称为“锋”。

锋区：等压面或等高面上存在等温线密集带，此密集带随高度往冷的方向倾斜，称为“锋区”。

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锋面：当性质不同的两个气团，在移动过程中相遇时，它们之间就会出现一个交界区，近似看成一个面，叫做锋面。

锋线：锋面与地面相交而成的线，叫做锋线。

一般把锋面和锋线统称为锋。

2、请写出冷锋、暖锋、锢囚锋、冷性锢囚锋、暖性锢囚锋定义(空间结构及等温线分布 )
冷锋（上图）：锋面在移动过程中，冷气团起主导作用，推动锋面向暖气团一
侧运动暖锋（下图）：锋面在移动过程中，暖气团起主导作用，推动锋面向冷
气团一侧运动
准静止锋（下图）：是冷暖气团势力相当，使锋面呈来回摆动，这种锋的移动速度很小，
可近似看作静止
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锢囚锋（下图）：是冷锋追上暖锋，将地面空气挤至空中，地面完全为冷空气所占据，造成冷锋后面冷空气与暖锋前部的冷空气相接触的锋面。

A冷式锢囚锋
B暖式锢囚锋C中性锢囚锋
暖式锢囚锋：锋前冷气团比锋后冷气团更冷，其间的锢囚锋称暖式锢囚锋。

冷式锢囚锋：锋后冷气团比锋前冷气团更冷，其间的锢囚锋称冷式锢囚锋。

中性锢囚锋：锋前后冷、暖气团无大差别，其间锢囚锋称为中性锢囚。

3、锋在空间状态为什么会随高度往冷的方向倾斜，维持坡度？
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由于锋面处存在由冷气团指向暖气团的气压梯度力，使得冷气团向暖气团下方楔入，抬举暖气团，又由于科氏力的平衡作用，不至于使锋面变得水平，而呈现倾斜状态。

假设地球不转，两交界面在同一高度，冷空气气压大于暖空气，P L P N相交面出现气压
梯度，由dP gdz dP
g.因为L N，所以P L递减比P N快。

dz
最终：
但只要地球运动，就有地转偏向力，使V g右偏，最终使V g方向与锋线平行，A与G平衡，维持坡度。

4、锋区内等温线的特点？
水平方向：锋区内温度水平梯度大，两侧气团中温度水平分布均匀。

锢囚锋在高空图上有暖舌，暖舌两侧等温线密集。

垂直方向：锋区内温度垂直梯度小，逆温、等温或递减率小，两侧气团内温度随高度
递减冷暖气团温差越大，锋面逆温越强或过渡区越窄，通过锋区时等温线弯折越厉害
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5、锋面附近要素场的特征是什么？锋面附近气压场、变压场、风场特征如何？（以密度零级不连续模拟锋面）
以密度的零级不连续模拟锋面时，锋面附近风场气压场和变压场的特征
锋面有坡度、气象要素有突变：温度、气压、风、锋面附近天气变化剧烈。

温度场特征：水平方向：锋区内温度水平梯度大，两侧气团中温度水平分布均匀。

锢囚锋在高空图上有暖舌，暖舌两侧等温线密集。

应用：根据锋区内等温线密集度确定锋区强度、地面锋线位置，等压面上冷暖平流确定锋的类型
垂直方向：锋区内温度垂直梯度小，逆温、等温或递减率小，两侧气团内温度随高度递减。

冷暖气团温差越大，锋面逆温越强或过渡区越窄，通过锋区时等温线弯折越厉害
气压场特征：锋面两侧气压连续，密度不连续，气压梯度不连续：冷气团中气压梯度
大于暖气团中气压梯度
应用：等压线过锋面有气旋性弯曲，锋面处等压线有折角，指向
高压风场特征：
水平：锋线附近风场具有气旋性切变，地面摩擦作用可使这种气旋式切变更加明
显，并导致锋线附近强的风场辐合
垂直：暖锋附近风向随高度顺转，冷锋附近风向随高度逆转
变压场特征：变压是指某一点的气压随时间变化的大小。

冷锋、暖锋均是锋前变压代数
值小于锋后变压代数值。

暖锋前地面减压，冷锋后地面加压。

冷锋前暖锋后，静止锋附近：变压不明显。

6、风随高度顺（逆）转快与锋面的关系？
风随高度顺转，暖平流最强且热成风最大高度为高空暖锋区；
风随高度逆转，冷平流最强且热成风最大高度为高空冷锋区；
热成风很大而无明显平流，可能是静止锋。

7、如何在单站高空风分析图上判断测站上空，有无锋、锋的性质及其走向？
高空测风资料的应用（单站测风）：热成风方向大致代表锋的走向。

根据风向随高度的转变确定锋的性质。

原点与代表锋面的热成风的垂线代表锋的移向和速度风随高度顺转，暖平流最强且热成
风最大高度为高空暖锋区；风随高度逆转，冷平流最强且热成风最大高度为高空冷锋区；热成风很大而无明显平流，可能是静止锋。

8、锋生和锋消的定义是什么？
锋生：指密度不连续性形成的一种过程;或指已经有的一条锋面，其温度水平梯度加
大的过程。

锋消：指作用相反的过程。

第三章
1、涡度方程各项名称是什么？
,p?坐标中的垂直涡度方程：
d(f ) ( u v)(f )( u v).
dt y p xp x y
左端第一项：绝对涡度个别变化；右端第一项：涡度倾侧项；右端第二项：散度项。

2、涡度方程各项物理意义？
P114-115
3绝对涡度守恒条件是什么？
d(f )
当大气准水平无辐散时，有0.
dt
故水平无辐散大气中绝对涡度守恒。

4、动力因子、热力因子指的是什么？说明它们对天气系统各起
什么作用？
*动力因子（涡度因子）:相对涡度平流
温带气旋主要是在锋区发展起来的，有很大斜压性，温度场位相落后于高度场，高空槽前地面为气旋，槽后地面为反气旋。

结论：动力因子使得高空槽脊移动，地面气旋、反气旋加深发展。

*热力因子（温度平流）
热力因子间接作用：由于槽（脊）线处附近及低层地面都有冷（暖）平流，有降（增）温气柱收缩（膨胀），槽（脊）线处高度降低（增高），振幅加大，即曲率加大，槽前（后）
脊后（前）正（负）相对涡度平流输送增大，引起固定点正（负）相对涡度增大，同时在
地转偏
向力作用下，伴随水平辐散（合）加大，导致大量质量减少（增大），降压（升压），低层地面温带气旋（反气旋）加深发展。

结论：高空槽加深脊加强，地面气旋、反气旋前移。

5、温带气旋发展分哪几个阶段？
温带气旋生命史四个阶段：波动阶段、成熟阶段、锢囚阶段、消亡阶段。

6、气旋再生、气旋族、热低压、爆发性气旋的含义是什么？
*气旋再生：趋于消亡或已经消亡的气旋在一定的条件下又重新发展起来的过程。

*气旋族：在同一锋系上同时出现几个不同发展阶段的气旋序列，称为气旋族。

*热低压：一种无锋面气旋，由于近地面加热，一般只出现在近地面层（700hPa以下），3－4km就不明显的暖性低压系统，浅薄少移动。

通常可分为地方性热低压和锋前热低压。

*爆发性气旋：
7、北方气旋、南方气旋活动范围在什么地方？在我国境内它们各包
括哪些气旋？
北方气旋：
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(1)范围：45°—55°N，70°—140°E；以黑龙江、吉林与内蒙的交界地区产生最多；
伴随大风、降温；降水量小。

(2)种类：蒙古气旋、东北气旋、黄河气旋、黄海气旋
南方气旋：
(1)范围：25°—35°N，70°—140°E；多生成于我国的江淮流域、东海和日本南部海
面的广大地区；降水为主，量大，有时出现雷阵雨。

(2)种类：江淮气旋、东海气旋。

第四章
1、大气环流含义？
指大气具有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。

2、平均纬向风和平均经向风分布的主要特点？对流层中部平均水平环流的特点？
*平均纬向风分量的经向分布
夏季（7月份）
（1）低纬：低层小范围的西风；其他部分为东风；东风带在下部各占南北约30?
（2）中高纬：对流层为西风，强度较冬季弱；北半球最大风速中心在（200hPa；40?N）
冬季（1月份）
（1）铅直向上东风带迅速变窄（2）中高纬度对流层中西风较强（北半球尤其明显）；最大
风速中心在（200hPa；30?N）（3）北半球极区冬季从对流层到平流层均为西风
*平均经向风分量的经向分布（北半球）
夏季
（1）13?N-40?N低层盛行1m/s以下的北风分量（ 2）高空为较弱的南风（ 3）近赤道地区，
低层南风达 2.5m/s；高空为小于 2m/s的北风
冬季
（1）30°N以南对流层低层为较强的北风，最大3.5m/s，其上空（200-300hPa）同时有
明显的南风分量，最大风速 2.5m/s，中部风较弱（平直西风）。

（2）40°N以北低层平均为南风，高层则平均为北风，风速均不足1m/s。

*对流层中部平均水平环流的特点
(1)冬季：
a.中高纬度以极地低压（极涡）为中心的绕纬圈的西风环流；极涡分裂
成 2 个中心；
b.中高纬西风带中的大尺度平均槽脊,三槽三脊（脊弱槽强）;
c.低纬：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;d.副高强度较小，中心都位于海上.
(2)夏季：
a.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
b.四槽（弱）:北美东部的槽略微东
移;东亚大槽东移;（冬季）欧洲西海岸脊槽（冬季）青藏高原北部到贝湖的脊槽（脊不清楚）;c.副热带高压大大加强并北移，三个闭合中心：北太平洋北大西洋非洲大陆西部.
3、对流层底部水平环流的特点？半永久性大气活动中心和季节性大气活动中心有哪些？
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冬季：
a.中高纬冰岛低压和阿留申低压
b.大陆上为冷高压
c.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）
夏季：
a.亚洲大陆低压，风系发生变化
b.冰岛低压比冬季弱很多，阿留申低压减弱为低槽
c.副高大大加强，北太平洋副热带高压最强，脊线约在东太平洋洋面40?N.
*半永久性大气活动中心
冰岛低压，阿留申低压，太平洋副高（夏威夷高压），大西洋副高（亚速尔高压），格林兰高压；
在北半球，冬夏均存在的系统，对广大地区的天气和气候有重大影响，它们的变化可以体现
大气环流的变化。

*季节性大气活动中心
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；
季节性系统，在一定季节中经常存在。

季节性大气活动中心出现在陆地上，半永久性大气活动中心除格林兰冰原上的冷高以外均出现在海洋上。

4、控制大气环流的基本因子有哪些？
太阳辐射、地球自转、地球表面不均匀(海陆和地形)和地面摩擦.
5、书中p154,图4.12(a)要求会画会解释.
太阳辐射：太阳辐射能纬度分布不均，造成对流层南北温差的存在，赤道暖而两极冷。

若地面性质一致，而且地球不旋转，会出现从赤道上升在极地下沉的直接热力环流圈。

但实际上由于地球自转形成著名的三圈经向环流。

地球自转：由于辐射能收支不平衡造成南北温度差异出现直接热力环流圈，但由于地球自转产生柯氏力，使直接热力环流圈一分为三，形成著名的三圈经向环流。

Hadley环流的形成：由于太阳辐射，在对流层内赤道暖，极地冷。

根据静力平衡（静力方
程）高层必有指向极地的水平气压梯度力存在。

空气离开赤道后，在地转偏向力的作用下向东偏转且向北的风速逐渐减小，在30°N附近辐合，下沉到近地面，一部分向北作水平运动，一部分向南作水平运动。

向南作水平运动的空气在地转偏向力作用下转为东北风，因为这支风系很稳定，称为东北信风。

同理，在南半球有东南信风。

这样在赤道近地面辐合（赤
道辐合带）上升，构成北半球Hadley环流。

Ferrel环流的形成：哈得来环流圈高层在30°N附近辐合下沉至地面，一支暖湿气流向北
运动，在地转偏向力作用下转为向东运动，低层盛行西风。

暖湿气流在极锋上滑升，有上升
运动，在高层有一支气流向南运动，在地转偏向力作用下转为向西运动，高层盛行东风（与实际不符，实际为西风）。

且向南的风速逐渐减小，在30°N附近辐合下沉，构成费雷尔环流。

东北信风（NEtradewind）：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（SEtradewind）：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（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(intertropicalconvergencezone)
极地环流圈的形成
由于太阳辐射纬度分布不均，极地冷，根据静力平衡（静力方程）高层必有较低纬度指向极地的水平气压梯度力存在。

在北半球空气块自北纬60°附近上空向北运动，在地转偏向力的作用下向东偏转，高空盛行西风，且向北的风速逐渐减小，在极地辐合下沉到近地面，其中一部分向南作水平运动，同时在地转偏向力作用下向西运动，盛行东风。

这支向南的气流是干冷气流，与哈得来环流圈高层辐合下沉至地面而向北运动的暖湿气流相遇，有
锋生，在地面上有极锋。

暖湿气流在极锋上滑升，有上升运动，构成极地环流。

6、极锋锋区与副热带锋区两者有何不同？
a.极锋定义：来自极地和高纬的低东北气流，一般比较干冷，与来自低纬的暖湿西南气
流相遇形成的锋区。

b.副热带锋区：在对流层中上部哈德来环流中，来自赤道的暖湿气
流与间接环流高空的较干冷北风气流之间形成的锋区。

区别极锋副热带锋
1.60°N30°N
2.中低层高层
3.低层-地面有锋或锋线低层-地面无锋或锋线
7、信风与季风的含义是什么？
季风是一种与年循环相联系的现象，是大气环流季节变化的一种最典型表现。

所谓典
型：冬、夏盛行风向相反；夏季：地面低层从凉的海洋吹向热的大陆；冬季：从冷大
陆吹向暖的海洋；夏季风必须潮湿，冬季风必须干燥。

东北（南）信风（ NE（SE）tradewind）：北（南）半球Hadley环流圈中低层向南（北）的气流，在柯氏力作用下向右（左）偏而形成的一支稳定的风系。

8、低维地区主要的风系和主要的环流系统？
低层—地面：东北（南）信风（NE（SE）tradewind）：北（南）半球Hadley环流圈中低层向南（北）的气流，在柯氏力作用下向右（左）偏而形成的一支稳定的风系。

0-30°S/N：哈德莱环流圈（直接热力环流圈）
赤道上空向北流动的气流，在柯氏力的作用下向右偏转，在30oN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
9、什么是赤道辐合带？。