第四章大气环流
大气环流包含着及其丰富的内容,对这个名词从不同角度着眼有着不同的含意。一般来说,大气环流是指全球范围的大尺度大气运动的基本状况。这种大范围大气运动的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,这么大范围的大气运动的基本状态,是各种不同尺度天气系统发生、发展和移动的背景条件。
第一节大气平均环流特征与季节交换
一平均纬向风分量的经向分布
二平均经向风分量的经向分布
三平均水平环流
(一) 对流层中部(500hpa)
(二) 对流层底部
四大气环流的季节转换
第二节控制大气环流的基本因子与大气环流的基本模型
大气环流是以稳定的平均状态长期维持着。那么是什么形成并维持着大气环流呢?经研究发现,其主要因子是太阳辐射、地球自转、地球表面不均匀(海陆分布不均)和地面摩擦。
一太阳辐射作用
二地球自转
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,但地球自转使直接热力环流圈一分为三,形成著名的三圈经向环流。
(一) 低纬哈得来环流圈的形成
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。离开赤道后,在地转偏向力的作用下向北的风速逐渐减小,在30°N附近辐合,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转为东北风,称东北信风(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,构成北半球哈得来环流。
(二) 极地环流的形成
极锋的定义
因为在低层的东北气流(来自极地和高纬)一般比较干冷, 来自低纬的西南气流一般比较暖湿,这两者相遇便形成了北半球的主要锋区,通常称为极锋。
(三) 间接环流(费雷尔环流)的形成
副热带锋区的定义
在对流层中上部哈得来环流中来自赤道的暖湿气流与间接环流高空的较干冷的北风气流之间形成副热带锋区。
三角动量交换
(一)角动量变化方程
(二)大气内部角动量的水平输送
(三)大气内部角动量的垂直输送
四地球表面的不均匀性
(一)海、陆分布对大气环流的影响
(二)地形影响
五能量收支
第三节极地环流概况
一北极环流的平均情况
(一) 1月
(二) 7月
二极地气旋活动路径
三极地近地面气温垂直分布的特点
(一) 冬季
(二) 极地地面温度年变化十分显著
(三) 极地地区大气层结稳定
四极地环流的异常
第四节热带环流概况
一 平均环流特征
(一) 地面流场
(二) 对流层上部平均流场
二 平均经向垂直环流
三 平均纬向垂直环流
沃克环流的定义:
数个纬向环流圈中,最主要的结构是在印度尼西亚和西太平洋暖洋面上的上升运动及其东西两侧的下沉运动,与印度尼西亚的对流区相联系的纬向环流圈叫作"沃克环流",它横跨太平洋。
第五节西风带大型扰动
一. 概述
1. 中高纬度对流层环流特征:
中高纬度的平均经向环流(费雷尔环流)很弱,平均水平环流在对流层盛行西风称为西风带。
2. 西风带环流变化的主要特征:
①.主要特征:纬向环流<======>经向环流
②.原因:
二. 环流指数与指数循环
1. 环流指数(西风指数)
Rossby把35°~55°之间的平均地转西风定义为西风指数
实际工作中把两个纬度带之间的平均位势高度差作为西风指数I
高指数→纬向环流
低指数→经向环流
2. 指数循环
西风环流的中期变化主要表现为高低指数交替循环的变化过程,称为指数循环。
①超长波:波长在一万公里以上,绕地球一圈可有1~3个波,生命史10天以上
,属于中长期天气过程。
②长波:也称罗斯贝波,行星波。波长3000~10000公里,全纬圈约为3~7个波,振幅10~20纬距,平均移速10个经距/日以下,有时很慢,呈准静止,甚至向西倒退。
③短波:波长和振幅均较小,移动快,平均移速为10~20经度/日,生命史也短,多数仅出现在对流层的中下部,往往迭加在长波之上。
①制作时间平均图
②制作空间平均图
③绘制平均高度廓线图
④分析长波的结构和特性
①公式推导:
假定大气运动是正压和水平无辐散的,流型具有正弦波形式且宽度很大,南北无变异,根据绝对涡度守恒原理,应用小扰动方法,可以求得波动移速。
绝对涡度守恒
展开上式,得:
()
利用小扰动法,令
()
其中表示纬向基本气流速度,为常数, 为经向扰动速度,是微量。这里假定纬向扰动速度,经向平均速度。故:
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