第三章 大气环流与大洋环流(一)

第3章大气环流与大洋环流引言

第1节大气运动的驱动力

第2节大气环流的特征

第3节表层大洋环流

第4节深层大洋环流

第5节海洋－大气相互作用

引言

（一）风与大气的运动

1.风的定义

大气在水平方向上的运动称为风。

2.风的产生

不同地点之间气压的差别产生风。

3.风的尺度

局地尺度的大气运动——地方性的风 海陆尺度的大气运动——季风环流 行星尺度的大气运动——大气环流

（二）风的表述与测量1.风向：风吹来的方向。 风的16方位

仪器测定：风向标

设置高度：10m

2.风速：通常以km·h-1

或m·s-1为单位。

仪器测定：风速表

目视测定：风力等级

风的观测旗形树

（三）大气环流（atmospheric circulation）1.全球风的分布

根据1978年9月14日卫星雷达散射仪测量的太平洋表面风海流运动推测的风的分布。 低纬度地区为偏东风

中纬度地区为东北风和东南风

中高纬地区为西风，并形成许多风的旋涡

2.本质：地球上能量和物质传输的形式 地表与大气之间能量和物质传输； 低纬与高纬之间能量和物质传输； 海洋和陆地之间能量和物质传输。

3.根本原因：地表冷热源的不均匀分布 地表是热源，大气是热汇；

低纬地区是热源，高纬地区是热汇； 海洋和陆地为季节性的热源和热汇。

4.作用

驱动海水运动，产生表层大洋环流；

影响大气中化学成分和污染物质的扩散； 形成地球上水、热状况组合的空间分异; 影响陆地生物群落和自然景观的分布； 影响人类生活习惯和文化特征的形成。

大气圈通过大气环流使地球上各个大陆和大洋中的生物、人类与非生物环境联系成一个整体——地球表层系统。

作用：使空气沿着力的方向由高压向低压作加速运动，是形成风的原动力。

气压梯度与风速的关系

3.单一气压梯度力作用下的空气运动

地面高压区，空气辐散，形成下降气流；

地面低压区，空气辐合，形成上升气流。

4.高、低气压区的形成与海陆热力环流（1）成因

地面对空气的加热不均（热力原因） 空气的运动（动力原因）

（a白天，b夜晚，横线示等压面）

（二）地转偏向力

1.定义：由于地球自转而产生的使相对于地面运动的空气偏离气压梯度力方向的力。

2.本质：它是人们利用时刻在变化着的地球坐标系去衡量沿宇宙空间方向运动的物体时所产生的视偏差。

3.方向：在北半球，垂直于运动方向向右偏离；在南半球，垂直于运动方向向左偏离。

4.量值

随纬度的升高而增大，在赤道为0，在极地最大。

随物体运动速度的增大而增大。

单位质量物体的水平地转偏向力为：

ϕ

ωsin

A=

2v

地球上地转偏向力的分布

5.地转风的形成

在自由大气中，当水平气压梯度力和水平地转偏向力达到平衡时，空气沿着等压线做匀速直线运动，称为地转风。

在北半球，背风而立，高压在右，低压在左。

行星尺度的大气环流具有准地转风的性质。

4.梯度风的形成

在自由大气中的圆形闭合气压场的条件下，当水平气压梯度力、水平地转偏向力和惯性离心力达到平衡时，形成梯度风。

在北半球，低气压中的梯度风是沿闭合等压线按反时针方向吹的，高气压中的梯度风则是沿闭合等压线按顺时针方向吹的；在南半球，低气压和高气压中梯度风的方向与北半球正好相反。

（四）摩擦力

1.定义

近地表运动的空气与地面之间产生的阻碍空气运动的力。

2.方向：与运动方向相反。

3.大小：与空气运动速度和摩擦系数（与地面的粗糙程度有关）成正比，作用随高度的上升而减弱。

=

kv

R−

4.气旋和反气旋

摩擦力降低近地面层的风速，削弱水平地转偏向力的作用，使风向与等压线成一定的交角。

在北半球，从高压区流出的空气呈顺时针方向旋转，形成反气旋；向低压区流入的空气呈逆时针方向旋转，形成气旋。

在南半球正好相反，反气旋呈逆时针方向旋转，气旋呈顺时针方向旋转。

第2节大气环流的特征

为什么通常用气压场表示大气环流状况？ 大气环流基本上呈准水平运动；

具有准地转风的性质——与等压线平行。观察大气环流的视角

同一水平面上的大气运动状况

大致沿东西方向运动的纬向环流状况

大致沿南北方向运动的经圈环流状况

一、平均水平环流

（一）低层大气水平环流（海平面）1.气压场总体特征

气压沿纬向呈带状或单体状分布

赤道低压带（热力成因，永久性）

副热带高压带（动力成因，永久性）

副极地低压带（动力成因，永久性）

极地高压带（热力成因，永久性）

从冬季（1月）至夏季（7月），南、北半球的气压带向北移动，反之，向南移动。

2. 1月气压场特征

赤道附近为低压区

北半球两个副热带高压单体，停留在海洋上

大西洋：亚速尔高压

太平洋：夏威夷高压

大陆上为热力成因的冷高压（半永久性）欧亚大陆：蒙古高压

北美大陆：北美高压

北半球两个副极地低压单体，位于海洋上

大西洋：冰岛低压

太平洋：阿留申低压

南半球三个副热带高压单体

南太平洋高压，南大西洋高压，印度洋高压

南半球形成环绕纬圈的副极地低压带