大气环流和局地环流

大气环流和局地环流

大气环流：大范围的大气运动的基本状态，其水平尺度在几千公里以上，垂直尺度在10公里以上，时间尺度在1～2天以上。如西风带，东风带，永久性气旋、反气旋。大气环流反映了大气的基本运动状态，决定了天气过程，甚至决定了气候的形成及其变化。

一. 大气环流的形成的主要因素

1. 太阳辐射作用

(1)太阳辐射能量在地球不同地区、纬度的分布以及经向温度梯度的形成。

(2)对流层低层和高层经向气压梯度的形成与单一热力环流模式的形成。

2. 地球自转作用

(1)地球自转作用与三圈环流的形成哈德莱环流、费雷尔环流、极地环流

(2)近地面层和高空风带的形成

(3)赤道辐合带、极锋、副热带锋区与副热带高压、西风急流的形成

3. 地表性质的作用

(1) 海陆分布的影响

a. 海陆的热力差异

夏季：海洋为冷源，大陆为热源

冬季：海洋为热源，大陆为冷源

b. 低层高低压中心的形成与季节变化

夏季：海洋上高压加强，大陆为低压控制

冬季：大陆为冷高压控制，海洋上低压发展

c. 高空纬向环流的形成与季节变化

冬季：西风气流经过大陆，温度降低，到东岸降到最低，形成温度槽，而经过海洋时，温度升高，到海洋东部升到最高，形成温度脊。与此相适应的高空气压场是大陆东岸低压槽，海洋东部高压脊。

夏季:与冬季相反，大陆东岸为温度脊，海洋东部温度槽相应气压场为：大陆东部高压脊，海洋东部低压槽。

(2) 地形状况的影响

a. 动力作用

阻挡作用：迎风坡产生高压脊；背风坡气压槽。

扰流作用：气流分支，青藏高原南侧形成低槽，北侧，高压脊。

b. 热力作用

青藏高原夏季为热源，冬季冷源。

(3) 地面摩擦作用

a.西风带，大气给予地球角动量，东风带获得角动量。

b.东风带通过水平输送和垂直输送将角动量输送给西风带。

c.水平输送又分平均经圈环流和大型涡旋输送。

二. 大气平均环流

1. 平均纬向环流

对流层上层：基本为西风带

近地面层：极地附近为极地东风，低纬为东北信风带，中高纬为偏西风。

2. 平均水平环流

(1) 对流层中上层

500hpa：有叠加在平均纬向环流上的一系列槽脊。

冬季：东亚大槽，北美大槽，欧洲浅槽，三槽之间为三脊，分别位于阿拉斯加，西欧沿岸，青藏高原北部，脊比槽弱。极地上空全年为极涡，冬季强于夏季。低纬度全年都有副高存在，冬季远弱于夏季；在地中海，孟加拉湾，东太平洋有较明显的槽。

夏季：西风带北移，中高纬出现四个槽，青藏高原北部的脊变为槽，北美大槽略微东移，东亚大槽东移到堪察加半岛，欧洲西岸的的脊变为槽。槽的强度减弱，脊也很弱。低纬度槽增加。

300hpa：大致与500hpa相似

(2) 海平面平均气压场

无论冬夏，赤道附近为低压带，气压纬圈分布，南半球明显

冬季：蒙古高压，北美高压，冰岛低压，阿留申低压。副高较弱，位置偏南。

夏季：亚洲低压，北美低压；副高加强北移，海洋上有北太平洋高压和北大西洋高压；原冰岛低压，阿留申低压减弱，几乎消失。

永久性活动中心：常年存在，强度范围随季节变化，多在海上。季节性活动中心：季节性存在，多出现于大陆。

3. 平均经圈环流

强度较弱，随季节南北移动。

4. 急流

定义：出现在对流层中上层的强而窄的风速带，最大风速中心在对流层上部，风速大于30m/s，在急流轴上有几个最大风速中心。环绕地球，其水平尺度达1万公里以上，宽度几百公里以上，厚度几公里。一般呈东西项，有很强的水平和垂直风速切变。

急流轴：急流中心强度最大区域。急流轴风速不均，存在数个强风中心，而且有分支汇合现象。

急流的形成：对应行星锋区，由热成风以及地球角动量的北向输送造成。

急流的分类：

a. 极锋急流与极锋对应，并随之发生季节性的位置变化，冬季位置偏南，大约40－60度，夏季偏北，且强度夏弱于冬。

b. 副热带急流（南支急流）与副热带锋区对应，其稳定且强大的特征与哈德莱环流有关，哈德莱环流的地球角动量的北向输送起到很重要的作用，并随哈德莱环流的强度和位置变化而变化。夏季偏北，且较弱。因副热带锋区在中下层很弱，急流的风速垂直切变在对流层上部最大，与极锋急流相反。冬季急流大致位于20－30度。

c. 热带东风急流

主要出现在北半球亚洲及非洲，夏季赤道东风带北移，在对流层顶风速达到急流标准。大致位于10-20度，最强东风位于阿拉伯海上空。

三. 大气环流的变化

大气环流的变化包括结构、位置、强度的变化，从时间上可分为季节性的环流调整和调整期间的中短期变化。

1. 大气环流的季节性调整

成因：季节交替，地表热力特性发生变化，大气环流随发生显著变化，盛行天气过程也发生改变。

表现：在中高纬度一般以西风结构的变化表示环流的季节变化。在500hpa体现为槽脊的增减，强度的改变以及西风强弱位置的变化。在对流层顶则体现为高空急流的变化。

时间分布特征：冬季（12－4月）和夏季（6－8月）环流形势相对稳定，而在此之间，环流在半球甚至全球范围发生调整，具有显著变化甚至突变的性质，在亚洲尤其明显。

2. 中短期变化

成因：在西风带纬向环流和经向环流相互转换时发生，表现为各种天气系统的发生，发展和消亡。

纬向环流型：500hpa环流平直，槽脊弱。

经向环流型：500hpa多大的槽脊发展，南北气流交换强烈。西风环流指数：表示经向，纬向环流特征以及他们的交替变化，用纬向和经向环流指数来综合表示环流特征。

a. 纬向环流指数（西风指数）在所取范围内地转风的西风分量的总平均值。

b. 经向环流指数在所取范围内地转风的南北分量的总平均值。

四. 局地环流

在大范围气压背景场的气压梯度较小时，在海岸、山谷等地区存在以日为周期的地方性环流。

1. 海陆风

定义：在沿海地区白天，近地面层风从海上吹向陆地，高层风从陆地吹向海洋，夜间则完全相反。这种风向具有明显的日变化的风系称为海陆风环流，低层白天由海洋吹向陆地的风称之为海风，夜间由陆地吹向海洋的为陆风。

产生：由海陆之间的热力差异造成，白天陆热海冷，夜间相反，在科氏力科忽略时所产生的一种小范围热力环流。

海陆风转换时间：由地区和天气条件而定。一般在上午陆风转为海风，午后海风最强，日落后转为陆风。阴天到中午才出现海风。

特点：海风的强度和垂直、水平范围都大于陆风。这是由于白天增温快，湍流混合强，增温厚度大，而夜间冷却在地面层。

2. 山谷风

定义：在山区，白天风从山谷吹向山坡，夜间从山坡吹向谷地。

形成：与海陆风类似，由山坡与谷地之间的热力差异造成。白天山坡增热比谷地同高度上空气快，而夜间山坡辐射冷却，降温快于同高度谷地上空的空气，因此形成具有很强日变化的热力环流。