气象与气候学-5-大气环流--
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太阳辐射随纬度的不均匀分布(基本因子) 地球自转 海陆分布 大地形的影响
（1）太阳辐射随纬度的不均匀分布
太阳、地面和大气间物质能量交换的波长范 围0.15－120m 。
太阳辐射波长0.15－4m，习惯称短波辐射
地面、大气间（简称地－气系统）物质（辐 射）能量交换波长3－120m，习惯称长波辐射。
成几个闭合的高低压系统，并随季节而变动。
季节 冬季 夏季
陆地 蒙古高压、北美高压 印度低压、北美低压
海洋 阿留申低压、冰岛低压 夏威夷高压、亚速尔高压
永久性大气活动中心：常年存在的（海上的四个高低 压系统）
半永久性的大气活动中心：随季节出现的（陆地上的 四个高低压系统）
2、南半球40ºS以南，无论冬夏，等压线基本呈纬向 分布，而40ºS以北，冬季高压带环绕全球，夏季陆地是 低压系统，海洋则是高压系统。
• 阿留申低压；
半 • 亚洲高压(又名蒙古高压或西伯利高压)；
永 • 北美高压；
久 性
• 亚洲低压(又名印度低压或南亚低亚)； • 北美低压。
控制和影响我国天气、气候，对我国自然环境形成 具有十分重要作用的4个大气活动中心分别是：
• 2个永久性大气活动中心——海洋上（全年存在， 强弱势力不同） 北太平洋高压、阿留申低压。
⑤ 副极地不定风带：60°N(S) 特点：气旋多。
⑥ 极地东风带：60°N(S) —90°N(S) 特点：空气温度极低
⑦ 极地无风带：90°N(S) 特点：气温低，空气层结稳定
⑤全球大气环流——特点： • 赤道和两极间的温度差（热力因素），是形
成和维持全球大气环流的根本原因。 • 地转偏向力（动力因素）使赤道和两极间由
• 夏季：陆地是热源，空气受热上升，形成低 压；海洋是冷源，空气冷却下沉，形成高压。空 气从海洋吹向陆地，形成夏季风。
（3）海陆分布差异 ①复杂的地表性质增加了大气环流分布的紊
乱性。其中海洋、陆地间的热力差异对大气环流的 重大影响，使全球呈带状分布的各气压带、风带被 分割成多个独立的高、低压单体（中心）。
②高、低压中心（活动最频繁之地，常被称 作大气活动中心）随着季节变化呈时强时弱之势， 有时甚至出现合并现象。
全球1月份海平面平均气压图
全球 7月海平面平均气压图
（3）海陆分布差异
北半球8个大气活动中心
• 太平洋高压，有时分裂为两个，分别位于东、西太
永 平洋上；
久 性
• 大西洋高压； • 冰岛低压；
• 海洋--水汽源，大陆--水汽汇，对蒸发、湿度、 雾、降水有大的影响
海洋的气候学特性
1、海洋的热力状况 （1）海洋温度随纬度增高而降低； （2）低纬西部海温高于东部，中、高纬东部
海温高于西部（受寒、暖流的影响）； （3）北半球各纬度平均海温高于南半球相应
纬度； （4）全球平均海温（17.4℃）高于气温
2、热力作用： 冬季：高原面相对四周自由大气为冷源，气
流下沉，高原面上形成冷高压。 夏季：高原面相对四周自由大气为热源，气
流受热上升，高原面上形成暖低压。
青藏高原对大气环流的影响示意图
青 藏 高 原 对 大 气 环 流 的 影 响 示 意 图
实际大气环流状况
地面环流状况： 1、北半球因海陆相间分布，纬向分布的气压带被分
Descending Air
Ascending Air
COLD
High Pressure
THERMALLYDIRECT
CIRCULATION
WARM
Low Pressure
HADLEY CELL IS A THERMALLY-DIRECT CIRCULATION
N
Equator
S
极地高压带 赤道低压带
近地面的风带与气压带
近地面层大气环流ห้องสมุดไป่ตู้
The prevailing circulation of the atmosphere
Precipitation occurs in bands of surface
convergence (low pressure
regions)
HADLEY CELLS ARE THERMALLY DIRECT CIRCULATIONS
（3）是地球上CO2的贮存库：以缓解人类活动排放 CO2产生的温室效应有重要作用；
（4）洋流在高低纬度间的热量传输上起重要作用。
世界海陆分布
海陆分布与大气环流
•
由于海陆本身的物理性质的不同，使得同一
纬度的海陆间存在着热力差异.
• 冬季：陆地是冷源，空气冷却下沉，形成高 压；海洋是热源，空气受热上升，形成低压。空 气从陆地吹向海洋，形成冬季风
① 地转偏向力作用，使单圈热力环流中自极 地高压带地表流向赤道低压带的干冷空气不能直抵 赤道，而在60°纬度地表形成副极地低压带，并偏 转成东风（称极地东风），补偿极地上空流走空气 质量而形成极地环流。
② 自赤道高空高压带流向极地高空低压带的 暖湿气流，受随纬度增大的地转偏向力作用不能直 抵极地，而在30°纬度地带高空堆积并形成地表的 副热带高压带（动力高压带，也叫回归高压带）。
（14.3℃），海洋是大气的热源； （5）海水温度变化小于同纬度的大气和大陆。
海洋的气候学特性
2、海洋在气候形成中的作用
（1）海洋是大气运动的直接能源：海洋吸收了进入 地表的太阳辐射的80%，且其中的85%贮存在海洋表 层，这部分能量以长波有效辐射、潜热、和显热交换 形式输送给大气。
（2）既是大气巨大的热量贮存库，又是大气温度的 调节器；
As are (weak) polar cells
N 60
Latitude
Low
30 High
0 Low
Surface Pressure Systems
30 High
S 60 Low
FERREL CELLS ARE THERMALLY-INDIRECT CIRCULATIONS
Atmospheric Vertical Circulation
④全球形成3个环流圈,4个气压带、7个行星风系。
① 赤道无风带：5°N—5°S 特点：因对流强烈，云多，降水多，多对流雨。
② 信风带:5°N— 30°N 特点：风向、风速基本是稳定的
③ 回归线无风带：30°N(S) 特点：气流下沉，多晴天，空气干燥，沙漠多。
④ 盛行西风带：30°N(S) — 60°N(S) 特点：暖湿气流北上或南下，多锋面和气旋。
• 分布范围—各国类似地形区基本均有
(夏)T高－低压 (冬)T低－高压
青藏高原
自由大气
(夏)T低－高压 (冬)T高－低压
平原
1、动力的抬升作用： 抬升：空气运动在迎风坡被迫抬升，空气在
某一高度上堆积形成气压脊，越过山后下沉，形 成低压槽。
绕行：当气流厚度小或地形非常高大时，则 阻分成南北两支，北支流向高纬形成暖平流，高 空形成地形高压脊；而南支气流流向低纬地区， 形成冷平流，高空形成低压槽，两支气流在地形 东侧合二为一，继续东行。
（1）太阳辐射随纬度的不均匀分布(无地球自转)
• 35°N—35°S的低纬度，因辐射差额＞0（正 值区）而使大气净得热量并膨胀上升，形成赤道上 空大气层的高气压区和近地面大气层的低压区。
• 35°N以北和35°S以南的高纬度，因辐射差额 ＜0（负值区）而使大气净失热量并收缩下沉，形 成极地地表的高压区和高空的低压区。
T差形成的经向环流（3环流圈）转成纬向环流（7 个行星风系）。
• 地表性质均一条件下，大气环流的基本形式 以纬向环流（7个行星风系）为主。
• 大气环流以三圈四带七行星风系（纬向环流） 为主，同时也存在着经向环流，但比纬向环流弱， 这是大气环流的基本规律。
（3）海陆分布差异
• 海陆热力性质对比： 冬--海洋为热源, 陆地为冷源 夏--海洋为冷源，陆地为热源
• 辐射差额的分布现状是产生大气环流（空气 运动）和洋流（水流运动）的根本原因，并使全球 辐射的热能和温度常年保持近于平衡状态。
（2）地球自转作用
（2）地球自转作用
大气在自转的地球上运动，出现太阳东升西 落自然现象。
地转偏向力使运动空气偏离气压梯度力方向。 北半球空气向右偏，南半球空气向左偏。
• 2个半永久性大气活动中心——大陆上（某一季 节存在） 亚洲高压、亚洲低压。
4个大气活动中心活动情况和势力强弱，是天气 预报工作者和与之有关科研人员、工作人员关注的 研究重点。
（4）大地形作用
• 形成条件—大地形（山地与平原）间热力差异
• 形成季节—冬夏不同季节
• 形成区域—平原与高山相接的区域
-6
-6
-3
-2
-2 -6
极地高压带
（1）太阳辐射随纬度的不均匀分布
• 假设无地转偏向力和地表性质均一，则水平气 压梯度力作用使赤道上空暖空气质量流向极地上空， 而极地地表冷空气质量补偿赤道地表输出的大气物 质能量，构成理想的热力单环流圈，使大气处在纬 度间应有的热量平衡之中。
（1）太阳辐射随纬度的不均匀分布
• 太阳辐射是产生和维持大气环流的直接原 动力。
100oE
-6 -6 -7
-7
-6
-6
-5
-7 -7
-8
-7 -5 -5
-7
-8 -7 -8 -7
Dec.,1982
-7
-7
-7
-6 -7 -7 -6-6 -7
-7
-7 -8 -6
-7 -7
-6
-6
-5
-6 -7
-7 -8 -8 -6 -6
-6
-7
-7
-6
-6
-7 -7
-7
-5-4
-6 -7
-5 -3 -4
③ 地表副热带高压带，在水平气压梯度力推 动下，分南北二支气流分别补偿副极地和赤道地表 流走的空气质量。
北支气流运行中形成西风（因高层与低层大 气均吹西风，称为盛行西风），构成中纬度环流圈 （费利尔环流）；
南支气流运动中形成北半球的东南风（因风 向常年守信而被称为东南信风）和南半球的东南信 风，构成低纬度环流圈（哈德莱环流）。
大气纬向环流
Walker Circulation
ENSO系统
ENSO概念 ENSO监测与诊断 机制与模拟 ENSO的气候影响 ENSO预测 1997/1998 El Nino
Pacific Oceans
-6 -7
-6 -6
50oN -7 25oN
0o -6 -6
25oS 50oS -7
January Seasonal changes in upper air (500mb level) atmospheric circulation
July Seasonal changes in upper air (500mb level) atmospheric circulation
空 气 的 运 动
大陆东岸
亚热带季风和季风性湿润气候 温带季风气候
大陆内部 温带大陆性气候
大陆西岸
地中海气候 温带海洋气候
顺时针 逆时针
1、中低纬海区形成以副热带为中心的反气旋型大洋环流， 大洋东岸是寒流，西岸为暖流。
2、北半球中高纬海区形成以副极地为中心的气旋型大洋 环流，大洋东岸为暖流，西岸为寒流。
3、南半球中高纬陆地面积小，形成连续的西风漂流。
气候类型
北回归线 南回归线
世界气候的分布
温带草原
热带地区 温带地区
热带雨林气候 热带草原气候 热带沙漠气候 热带季风气候
亚热带季风和季风性湿润气候 温带季风气候 地中海气候 温带海洋气候 温带大陆性气候
寒带地区 寒带气候
特殊气候 高原山地气候
亚欧大陆大陆东岸、内部、西岸的气候类型
N 60
Latitude
Low
Westerly
30
0
30
Surface Pressure Centers
High
Low
High
S 60
Low
N 60
Easterly
30
0
30
Surface Winds
S 60
④全球形成3个环流圈,4个气压带、7个行星风系。
哈德莱环流 费利尔环流 极地环流圈
赤道低压带 副热带高压带 副极地低压带 极地高压带
太阳辐射是地—气系统与大气增暖的主要 能量来源.热量平衡在世界各地有较大的差别。
The sun at its maximum. Science,2001
Vol.292:234
一天的日辐射曲线
地球——大气能量平衡图
北半球地表—大气各纬度辐射收支（辐射差额）分布
地—气系统各纬度的辐射收支
气象与气候学
张利平 武汉大学水利水电学院
内容简介
–绪论 –大气概述 –大气的热能和温度 –大气的水分 –大气的运动 –天气系统 –气候的形成 –气候带和气候型 –气候变化和人类活动对气候的影响
• 大气环流 • 气候的形成 • 气候的变化 • 气候变化对水文水资源的影响
大气经向环流
一、大气环流形成的主要因素
（1）太阳辐射随纬度的不均匀分布
太阳、地面和大气间物质能量交换的波长范 围0.15－120m 。
太阳辐射波长0.15－4m，习惯称短波辐射
地面、大气间（简称地－气系统）物质（辐 射）能量交换波长3－120m，习惯称长波辐射。
成几个闭合的高低压系统，并随季节而变动。
季节 冬季 夏季
陆地 蒙古高压、北美高压 印度低压、北美低压
海洋 阿留申低压、冰岛低压 夏威夷高压、亚速尔高压
永久性大气活动中心：常年存在的（海上的四个高低 压系统）
半永久性的大气活动中心：随季节出现的（陆地上的 四个高低压系统）
2、南半球40ºS以南，无论冬夏，等压线基本呈纬向 分布，而40ºS以北，冬季高压带环绕全球，夏季陆地是 低压系统，海洋则是高压系统。
• 阿留申低压；
半 • 亚洲高压(又名蒙古高压或西伯利高压)；
永 • 北美高压；
久 性
• 亚洲低压(又名印度低压或南亚低亚)； • 北美低压。
控制和影响我国天气、气候，对我国自然环境形成 具有十分重要作用的4个大气活动中心分别是：
• 2个永久性大气活动中心——海洋上（全年存在， 强弱势力不同） 北太平洋高压、阿留申低压。
⑤ 副极地不定风带：60°N(S) 特点：气旋多。
⑥ 极地东风带：60°N(S) —90°N(S) 特点：空气温度极低
⑦ 极地无风带：90°N(S) 特点：气温低，空气层结稳定
⑤全球大气环流——特点： • 赤道和两极间的温度差（热力因素），是形
成和维持全球大气环流的根本原因。 • 地转偏向力（动力因素）使赤道和两极间由
• 夏季：陆地是热源，空气受热上升，形成低 压；海洋是冷源，空气冷却下沉，形成高压。空 气从海洋吹向陆地，形成夏季风。
（3）海陆分布差异 ①复杂的地表性质增加了大气环流分布的紊
乱性。其中海洋、陆地间的热力差异对大气环流的 重大影响，使全球呈带状分布的各气压带、风带被 分割成多个独立的高、低压单体（中心）。
②高、低压中心（活动最频繁之地，常被称 作大气活动中心）随着季节变化呈时强时弱之势， 有时甚至出现合并现象。
全球1月份海平面平均气压图
全球 7月海平面平均气压图
（3）海陆分布差异
北半球8个大气活动中心
• 太平洋高压，有时分裂为两个，分别位于东、西太
永 平洋上；
久 性
• 大西洋高压； • 冰岛低压；
• 海洋--水汽源，大陆--水汽汇，对蒸发、湿度、 雾、降水有大的影响
海洋的气候学特性
1、海洋的热力状况 （1）海洋温度随纬度增高而降低； （2）低纬西部海温高于东部，中、高纬东部
海温高于西部（受寒、暖流的影响）； （3）北半球各纬度平均海温高于南半球相应
纬度； （4）全球平均海温（17.4℃）高于气温
2、热力作用： 冬季：高原面相对四周自由大气为冷源，气
流下沉，高原面上形成冷高压。 夏季：高原面相对四周自由大气为热源，气
流受热上升，高原面上形成暖低压。
青藏高原对大气环流的影响示意图
青 藏 高 原 对 大 气 环 流 的 影 响 示 意 图
实际大气环流状况
地面环流状况： 1、北半球因海陆相间分布，纬向分布的气压带被分
Descending Air
Ascending Air
COLD
High Pressure
THERMALLYDIRECT
CIRCULATION
WARM
Low Pressure
HADLEY CELL IS A THERMALLY-DIRECT CIRCULATION
N
Equator
S
极地高压带 赤道低压带
近地面的风带与气压带
近地面层大气环流ห้องสมุดไป่ตู้
The prevailing circulation of the atmosphere
Precipitation occurs in bands of surface
convergence (low pressure
regions)
HADLEY CELLS ARE THERMALLY DIRECT CIRCULATIONS
（3）是地球上CO2的贮存库：以缓解人类活动排放 CO2产生的温室效应有重要作用；
（4）洋流在高低纬度间的热量传输上起重要作用。
世界海陆分布
海陆分布与大气环流
•
由于海陆本身的物理性质的不同，使得同一
纬度的海陆间存在着热力差异.
• 冬季：陆地是冷源，空气冷却下沉，形成高 压；海洋是热源，空气受热上升，形成低压。空 气从陆地吹向海洋，形成冬季风
① 地转偏向力作用，使单圈热力环流中自极 地高压带地表流向赤道低压带的干冷空气不能直抵 赤道，而在60°纬度地表形成副极地低压带，并偏 转成东风（称极地东风），补偿极地上空流走空气 质量而形成极地环流。
② 自赤道高空高压带流向极地高空低压带的 暖湿气流，受随纬度增大的地转偏向力作用不能直 抵极地，而在30°纬度地带高空堆积并形成地表的 副热带高压带（动力高压带，也叫回归高压带）。
（14.3℃），海洋是大气的热源； （5）海水温度变化小于同纬度的大气和大陆。
海洋的气候学特性
2、海洋在气候形成中的作用
（1）海洋是大气运动的直接能源：海洋吸收了进入 地表的太阳辐射的80%，且其中的85%贮存在海洋表 层，这部分能量以长波有效辐射、潜热、和显热交换 形式输送给大气。
（2）既是大气巨大的热量贮存库，又是大气温度的 调节器；
As are (weak) polar cells
N 60
Latitude
Low
30 High
0 Low
Surface Pressure Systems
30 High
S 60 Low
FERREL CELLS ARE THERMALLY-INDIRECT CIRCULATIONS
Atmospheric Vertical Circulation
④全球形成3个环流圈,4个气压带、7个行星风系。
① 赤道无风带：5°N—5°S 特点：因对流强烈，云多，降水多，多对流雨。
② 信风带:5°N— 30°N 特点：风向、风速基本是稳定的
③ 回归线无风带：30°N(S) 特点：气流下沉，多晴天，空气干燥，沙漠多。
④ 盛行西风带：30°N(S) — 60°N(S) 特点：暖湿气流北上或南下，多锋面和气旋。
• 分布范围—各国类似地形区基本均有
(夏)T高－低压 (冬)T低－高压
青藏高原
自由大气
(夏)T低－高压 (冬)T高－低压
平原
1、动力的抬升作用： 抬升：空气运动在迎风坡被迫抬升，空气在
某一高度上堆积形成气压脊，越过山后下沉，形 成低压槽。
绕行：当气流厚度小或地形非常高大时，则 阻分成南北两支，北支流向高纬形成暖平流，高 空形成地形高压脊；而南支气流流向低纬地区， 形成冷平流，高空形成低压槽，两支气流在地形 东侧合二为一，继续东行。
（1）太阳辐射随纬度的不均匀分布(无地球自转)
• 35°N—35°S的低纬度，因辐射差额＞0（正 值区）而使大气净得热量并膨胀上升，形成赤道上 空大气层的高气压区和近地面大气层的低压区。
• 35°N以北和35°S以南的高纬度，因辐射差额 ＜0（负值区）而使大气净失热量并收缩下沉，形 成极地地表的高压区和高空的低压区。
T差形成的经向环流（3环流圈）转成纬向环流（7 个行星风系）。
• 地表性质均一条件下，大气环流的基本形式 以纬向环流（7个行星风系）为主。
• 大气环流以三圈四带七行星风系（纬向环流） 为主，同时也存在着经向环流，但比纬向环流弱， 这是大气环流的基本规律。
（3）海陆分布差异
• 海陆热力性质对比： 冬--海洋为热源, 陆地为冷源 夏--海洋为冷源，陆地为热源
• 辐射差额的分布现状是产生大气环流（空气 运动）和洋流（水流运动）的根本原因，并使全球 辐射的热能和温度常年保持近于平衡状态。
（2）地球自转作用
（2）地球自转作用
大气在自转的地球上运动，出现太阳东升西 落自然现象。
地转偏向力使运动空气偏离气压梯度力方向。 北半球空气向右偏，南半球空气向左偏。
• 2个半永久性大气活动中心——大陆上（某一季 节存在） 亚洲高压、亚洲低压。
4个大气活动中心活动情况和势力强弱，是天气 预报工作者和与之有关科研人员、工作人员关注的 研究重点。
（4）大地形作用
• 形成条件—大地形（山地与平原）间热力差异
• 形成季节—冬夏不同季节
• 形成区域—平原与高山相接的区域
-6
-6
-3
-2
-2 -6
极地高压带
（1）太阳辐射随纬度的不均匀分布
• 假设无地转偏向力和地表性质均一，则水平气 压梯度力作用使赤道上空暖空气质量流向极地上空， 而极地地表冷空气质量补偿赤道地表输出的大气物 质能量，构成理想的热力单环流圈，使大气处在纬 度间应有的热量平衡之中。
（1）太阳辐射随纬度的不均匀分布
• 太阳辐射是产生和维持大气环流的直接原 动力。
100oE
-6 -6 -7
-7
-6
-6
-5
-7 -7
-8
-7 -5 -5
-7
-8 -7 -8 -7
Dec.,1982
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-7
-7 -8 -6
-7 -7
-6
-6
-5
-6 -7
-7 -8 -8 -6 -6
-6
-7
-7
-6
-6
-7 -7
-7
-5-4
-6 -7
-5 -3 -4
③ 地表副热带高压带，在水平气压梯度力推 动下，分南北二支气流分别补偿副极地和赤道地表 流走的空气质量。
北支气流运行中形成西风（因高层与低层大 气均吹西风，称为盛行西风），构成中纬度环流圈 （费利尔环流）；
南支气流运动中形成北半球的东南风（因风 向常年守信而被称为东南信风）和南半球的东南信 风，构成低纬度环流圈（哈德莱环流）。
大气纬向环流
Walker Circulation
ENSO系统
ENSO概念 ENSO监测与诊断 机制与模拟 ENSO的气候影响 ENSO预测 1997/1998 El Nino
Pacific Oceans
-6 -7
-6 -6
50oN -7 25oN
0o -6 -6
25oS 50oS -7
January Seasonal changes in upper air (500mb level) atmospheric circulation
July Seasonal changes in upper air (500mb level) atmospheric circulation
空 气 的 运 动
大陆东岸
亚热带季风和季风性湿润气候 温带季风气候
大陆内部 温带大陆性气候
大陆西岸
地中海气候 温带海洋气候
顺时针 逆时针
1、中低纬海区形成以副热带为中心的反气旋型大洋环流， 大洋东岸是寒流，西岸为暖流。
2、北半球中高纬海区形成以副极地为中心的气旋型大洋 环流，大洋东岸为暖流，西岸为寒流。
3、南半球中高纬陆地面积小，形成连续的西风漂流。
气候类型
北回归线 南回归线
世界气候的分布
温带草原
热带地区 温带地区
热带雨林气候 热带草原气候 热带沙漠气候 热带季风气候
亚热带季风和季风性湿润气候 温带季风气候 地中海气候 温带海洋气候 温带大陆性气候
寒带地区 寒带气候
特殊气候 高原山地气候
亚欧大陆大陆东岸、内部、西岸的气候类型
N 60
Latitude
Low
Westerly
30
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Surface Pressure Centers
High
Low
High
S 60
Low
N 60
Easterly
30
0
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Surface Winds
S 60
④全球形成3个环流圈,4个气压带、7个行星风系。
哈德莱环流 费利尔环流 极地环流圈
赤道低压带 副热带高压带 副极地低压带 极地高压带
太阳辐射是地—气系统与大气增暖的主要 能量来源.热量平衡在世界各地有较大的差别。
The sun at its maximum. Science,2001
Vol.292:234
一天的日辐射曲线
地球——大气能量平衡图
北半球地表—大气各纬度辐射收支（辐射差额）分布
地—气系统各纬度的辐射收支
气象与气候学
张利平 武汉大学水利水电学院
内容简介
–绪论 –大气概述 –大气的热能和温度 –大气的水分 –大气的运动 –天气系统 –气候的形成 –气候带和气候型 –气候变化和人类活动对气候的影响
• 大气环流 • 气候的形成 • 气候的变化 • 气候变化对水文水资源的影响
大气经向环流
一、大气环流形成的主要因素