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大气运动 大气运动 大气运动理论上是三圈环流的形式： 1.单圈环流 假设地球表面是均匀一致的，并且没有地球自转运动，即空气的运动既无摩擦力，又无地转偏向力的作用。那么赤道地区空气受热膨胀上升，极地空气冷却收缩下沉，赤道上空某一高度的气压高于极地上空某一相似高度的气压。在水平气压梯度力的作用下，赤道高空的空气极地上空流去，赤道上空气柱质量减小，使赤道地面气压降低而形成低气压区，称为赤道低压；极地上空有空气流入，地面气压升高而形成高气压区，称为极地高压。于是在低层就产生了自极地流向赤道的气流补充了赤道上空流出的空气质量，这样就形成了赤道与极地之间一个闭合的大气环流，这种经圈环流称为单圈环流。 事实上地球时刻不停地自转着，假使地表面是均匀的，但由于空气流动时会受到地转偏向力的作用，环流变得复杂起来。 2.三圈环流 赤道上受热上升的空气自高空流向高纬，起初受地转偏向力的作用很小，空气基本上是顺着气压梯度力的方向沿经圈运行的。随着纬度的增加，地转偏向力作用逐渐增大，气流就逐渐向纬圈方向偏转，到30° N附近，地转偏向力增大到与气压梯度力相等，这时在北半球的气流几乎成沿纬圈方向的西风，它阻碍气流向极地流动。故气流在30°N上空堆积并下沉，使低层产生一个高压带，称为副热带高压带，赤道则因空气上升形成赤道低压带，这就导致空气从副热带高压带分别流向赤道和高纬地区。其中流向赤道的气流，受地转偏向力的影响，在北半球成为东北风，在南半球成为东南风，分别称为东北信风和东南信风。这两支信风到赤道附近辐合，补偿了赤道上空流出的空气，于是热带地区上下层气流构成了第一环流圈(Ⅰ)，称信风环流圈或热带环流圈。 三圈环流 极地寒冷、空气密度大，地面气压高，形成极地高压带。在北半球空气从极地高压区流出并向右偏转成为偏东风，副热带高压带流出的气流北上时亦向右偏转，成为中纬度低层的偏西风。这两支气流在60° N附近汇合，暖空气被冷空气抬升，从高空分别流向极地和副热带。在纬度60°N附近，由于气流流出，低层形成副极地低压带。流向极地的气流与下层从极地流向低纬的气流构成极地环流圈，这是第二环流圈(Ⅱ)；自高空流向副热带处的气流与地面由副热带高压带向高纬流动的气流构成中纬度环流圈，这是第三环流圈 (Ⅲ)。只受太阳辐射和地球自转影响所形成的环流圈，称为三圈环流。它是大气环流的理想模式。 由于下垫面条件不同，三圈环流的模式被打破，形成季风、海陆风、山谷风、焚风和峡谷风等。 所有这些运动，都是大气运动。 一、热力环流 1.形成成因：冷热不均。形成过程：地面受热不均→空气做垂直运动（受热上升，冷却下降）→同一水平面形成高、低气压中心，产生气压梯度（上升运动在近地面形成低压，高空形成高压。下降运动在近地面形成高压，高空形成低压）→大气做水平运动，形成风，热力环流形成。可见，大气运动首先是垂直运动，其运动原因是受热不均，其次是水平运动，其运动原因是同一水平面上有气压差。 2.高气压和低气压是指同一水平高度的气压状况，如下图中A′处的高气压是相对同一水平高度B′处和C′处的气压而言的。若A′处的高气压与近地面A处的低气压相比，气压值仍然小于近地面A处的气压值，原因是同一地点，气压值随高度的增加而递减。 3.一般情况下，在近地面气温高的地方则气压低，气温低的地方则气压高；近地面为低气压高空则为高气压，近地面为高气压高空则为低气压。地区间冷热不均引起空气的垂直运动，同一水平面上的气压差异导致大气的水平运动。 4.等压面凸起的地方是高压区，等压面下凹的地方是低压区。 二、近地面大气水平运动 1.水平气压梯度力是形成风的直接原因，它既决定风向，又影响风速。如下页图中A处的风速要大于B处，是因为A处等压线密集，气压梯度大，气压梯度力就大，所以风速就比B处要大一些。 2.摩擦力与风向方向相反，它既减小风速，也影响风向，摩擦力越大，风向与等压线之间的夹角越大。如右图中E箭头表示的风向就是受到摩擦力影响的风向，F箭头表示的风向在此气压场中不存在，因为它的方向与水平气压梯度力的方向相背。在沙漠地区人们利用麦草、稻草和芦苇等材料，在公路、铁路沿线流动沙丘上扎设方格状挡风墙，形成一定宽度和长度的沙障，就是为了增加地表面粗糙度而增大摩擦力，达到减小风速的目的。 三、全球性大气环流 1.由赤道地区热空气上升、极地地区冷空气下沉，可以知道低纬和高纬环流是热力原因形成的环流，中纬环流是动力因素形成的动力环流，所以赤道低气压带、极地高气压带是热力原因形成的，副热带高气压带和副极地低气压带为动力原因形成的。在学习中我们要善于根据热力环流原理，理解七个气压带和风带的形成原因和相关的气候现象。例如赤道地区终年高温，气流受热作上升运动，南北移后近地面空气密度减小形成低压，形成赤道低气压带，受其控制的地区，多对流雨，降水丰富。又如在赤道低气压带与副热带高气压带之间，由于存在气压差异，水平气压梯度力由副热带高气压带指向赤道低气压带，又由于地转偏向力的影响，往北半球的低纬地区吹就形成了东北信风，往南半球的低纬地区吹就形成了东南信风。由于信风由高纬（温度低的地区）流向低纬（温度高的地区），一般情况下降水稀少，但如果信风来自海洋，且有地形的抬升，也可能形成丰富的降水，如马达加斯加岛的东部地区、澳大利亚大陆的东北部沿海地区、巴西东南沿海地区等。 2.由于地球的公转运动，引起太阳直射点随季节而南北移动，导致气压带和风带在一年内也随太阳直射点作周期性的季节移动。气压带和风带在一年内有规律的南北移动，常使一些地区在不同季节出现完全不同的气候，如地中海气候地区和热带草原气候地区。 3.海陆分布使气压带和风带的分布变得复杂化。由于海陆热力性质的差异，使纬向分布的气压带被分裂为块状，形成一个个高、低气压中心。北半球1月份副极地低气压带被陆地上冷高压切断，如图甲所示，副极地低气压带仅保留在海洋上；7月份副热带高气压带被陆地上热低压切断，如图乙所示，副热带高气压带仅保留在海洋上。 4.亚洲东部季风环流最为典型。海陆热力性质的差异，导致冬夏间海陆气压中心的季节变化，从而形成季风环流。如下图就是不同季节海洋和陆地之间的季风环流（虚线箭头表示高空的大气运动方向）。南亚季风的成因除海陆热力性质差异外，还有气压带、风带的季节移动，即南半球的东南信风夏季随着赤道低气压带北移而向北越过赤道，在地转偏向力的影响下，形成西南季风。冬夏季风势力的强弱主要取决于水平气压梯度力的大小。 风就是指大气的水平运动。通过大气的运动，进行热量和水汽的输送，产生多种天气变化。 大气运动的能量来源于太阳辐射，同时由于地球的形状，造成各纬度获得的太阳辐射能多少不均，造成高低纬度间温度的差异，这是引起大气运动的根本原因。
大气环流 大气环流（atmosphere，general circulation of） 大气大范围运动的状态。某一大范围的地区（如欧亚地区、半球、全球），某一大气层次（如对流层、平流层、中层、整个大气圈）在一个长时期（如月、季、年、多年）的大气运动的平均状态或某一个时段（如一周、梅雨期间）的大气运动的变化过程都可以称为大气环流。 大气环流是完成地球- 大气系统角动量、热量和水分的输送和平衡，以及各种能量间的相互转换的重要机制，又同时是这些物理量输送、平衡和转换的重要结果。因此，研究大气环流的特征及其形成、维持、变化和作用，掌握其演变规律，不仅是人类认识自然的不可少的重要组成部分，而且还将有利于改进和提高天气预报的准确率，有利于探索全球气候变化，以及更有效地利用气候资源。大气环流通常包含平均纬向环流、平均水平环流和平均径圈环流3部分。 ①平均纬向环流。指大气盛行的以极地为中心并绕其旋转的纬向气流，这是大气环流的最基本的状态，就对流层平均纬向环流而言，低纬度地区盛行东风，称为东风带（由于地球的旋转，北半球多为东北信风，南半球多为东南信风，故又称为信风带）；中高纬度地区盛行西风，称为西风带（其强度随高度增大，在对流层顶附近达到极大值，称为西风急流）；极地还有浅薄的弱东风，称为极地东风带。 ②平均水平环流。指在中高纬度的水平面上盛行的叠加在平均纬向环流上的波状气流（又称平均槽脊），通常北半球冬季为3个波，夏季为4个波，三波与四波之间的转换表征季节变化。 ③ 平均径圈环流。指在南北-垂直方向的剖面上，由大气经向运动和垂直运动所构成的运动状态。通常，对流层的径圈环流存在3 个圈：低纬度是正环流或直接环流（气流在赤道上升，高空向北，中低纬下沉，低空向南），又称为哈得来环流；中纬度是反环流或间接环流（中低纬气流下沉，低空向北，中高纬上升，高空向南），又称为费雷尔环流；极地是弱的正环流（极地下沉，低空向南，高纬上升，高空向北）。
季 风 由于大陆及邻近海洋之间存在的温度差异而形成大范围盛行的、风向随季节有显著变化的风系，具有这种大气环流特征的风称为季风。 季风是由海陆分布、大气环流、大陆地形等因素造成的，以一年为周期的大范围对流现象。亚洲地区是世界上最著名的季风区，其季风特征主要表现为存在两支主要的季风环流，即冬季盛行东北季风和夏季盛行西南季风，并且它们的转换具有暴发性的突变过程，中间的过渡期实短。一般来说，11月至翌年3月为冬季风时期，6~9月为夏季风时期，4~5月和10月为夏、冬季风转换的过渡时期。但不同地区的季节差异有所不同，因而季风的划分也不完全一致。 季风是大范围盛行的、风向随季节变化显著的风系，和风带一样同属行星尺度的环流系统，它的形成是由冬夏季海洋和陆地温度差异所致。季风在夏季由海洋吹向大陆，在冬季由大陆吹向海洋。 季风活动范围很广，它影响着地球上1／4的面积和1／2人口的生活。西太平洋、南亚、东亚、非洲和澳大利亚北部，都是季风活动明显的地区，尤以印度季风和东亚季风最为显著。中美洲的太平洋沿岸也有小范围季风区，而欧洲和北美洲则没有明显的季风区，只出现一些季风的趋势和季风现象。 冬季，大陆气温比邻近的海洋气温低，大陆上出现冷高压，海洋上出现相应的低压，气流大范围从大陆吹向海洋，形成冬季季风。冬季季风在北半球盛行北风或东北风，尤其是亚洲东部沿岸，北向季风从中纬度一直延伸到赤道地区，这种季风起源于西伯利亚冷高压，它在向南爆发的过程中，其东亚及南亚产生很强的北风和东北风。非洲和孟加拉湾地区也有明显的东北风吹到近赤道地区。东太平洋和南美洲虽有冬季风出现，但不如亚洲地区显著。 夏季，海洋温度相对较低，大陆温度较高，海洋出现高压或原高压加强，大陆出现热低压；这时北半球盛行西南和东南季风，尤以印度洋和南亚地区最显著。西南季风大部分源自南印度洋，在非洲东海岸跨过赤道到达南亚和东亚地区，甚至到达我国华中地区和日本；另一部分东南风主要源自西北太平洋，以南或东南风的形式影响我国东部沿海。 夏季风一般经历爆发、活跃、中断和撤退4个阶段。东亚的季风爆发最早，从5月上旬开始，自东南向西北推进，到7月下旬趋于稳定，通常在9月中旬开始回撤，路径与推进时相反，在偏北气流的反击下，自西北向东南节节败退。 影响我国的夏季风起源于三支气流：一是印度夏季风，当印度季风北移时，西南季风可深入到我国大陆；二是流过东南亚和南海的跨赤道气流，这是一种低空的西南气流；三是来自西北太平洋副热带高压西侧的东南季风，有时会转为南或西南气流。 季风每年5月上旬开始出现在南海北部，中间经过3次突然北推和4个静止阶段，5月底至6月5—10日到达华南北部，6月底至7月初抵达长江流域，7月上旬中至20日，推进至黄河流域，7月底至 季风地区享有得天独厚的气候，那里的降水多半来自夏季风盛行时期。我国古代利用季风实施航海活动，取得过辉煌的成就。明代郑和下西洋，除了第一次夏季启航秋季返回外，其余六次都是在冬半年的东北季风期间出发，在西南季风期间归航。这充分说明了古人对风活动规律已经有了深刻的认识。 由于大陆和海洋在一年之中增热和冷却程度不同，在大陆和海洋之间大范围的、风向随季节有规律改变的风，称为季风。形成季风最根本的原因，是由于地球表面性质不同，热力反映有所差异引起的。由海陆分布、大气环流、大地形等因素造成的，以一年为周期的大范围的冬夏季节盛行风向相反的现象。 季风，在我国古代有各种不同的名称，如信风，黄雀风，落梅风。在沿海地区又叫舶风，所谓舶风即夏季从东南洋面吹至我国的东南季风。由于古代海船航行主要依靠风力，冬季的偏北季风不利于从南方来的船舶驶向大陆，只有夏季的偏南季风才能使它们到达中国海岸。因此，偏南的夏季风又被称作舶风。当东南季风到达我国长江中下游时候，这里具有地区气候特色的梅雨天气便告结束，开始了夏季的伏旱。北宋苏东坡《船舶风》诗中有，“三时已断黄梅雨，万里初来船舶风”之句。在诗引中他解释说：“吴中(今江苏的南部)梅雨既过，飒然清风弥间；岁岁如此，湖人谓之船舶风。是时海舶初回，此风自海上与舶俱至云尔。”诗中的“黄梅雨”又叫梅雨，是阳历六月至七月初长江中下游的连绵阴雨。“三时”指的是夏至后半月，即七月上旬。苏东坡诗中提到的七月上旬梅雨结束，而东南季风到来的气候情况，和现在的气候差不多。 现代人们对季风的认识有了进步，至少有三点是公认的，即： （1）季风是大范围地区的盛行风向随季节改变的现象，这里强调“大范围”是因为小范围风向受地形影响很大； （2）随着风向变换，控制气团的性质也产生转变，例如，冬季风来时感到空气寒冷干燥，夏季风来时空气温暖潮湿； （3）随着盛行风向的变换，将带来明显的天气气候变化。 季风是大范围盛行的、风向有明显季节变化的风系。随着风向的季节变化，天气和气候也发生明显的季节变化。“季风”一词来源于阿拉伯语“mawsim”，意为季节。中国古称信风，意为这种风的方向总是随着季节而改变。 英国E·哈雷认为季风是由于海陆热力性质的不同和太阳辐射的季节变化而产生的以一年为周期的大型海陆直接环流。冬季，大陆比海洋冷，大陆上为冷高压，近地面空气自大陆吹向海洋；夏季，大陆比海洋暖，大陆上为热低压，近地面空气自海洋吹向大陆。20世纪50年代以来，在有了比较多的高空气象资料后，有人指出行星风系的季节位移也是形成季风的一个主要原因。此外，并不是所有具有海陆差异的地区都有季风，还有其他一些物理因子在季风形成中起作用。例如，大地形（如青藏高原）的热力和动力积重难返及南半球越赤道而来的气流，对夏季风的活动均有很大影响。 季风形成的原因，主要是海陆间热力环流的季节变化。夏季大陆增热比海洋剧烈，气压随高度变化慢于海洋上空，所以到一定高度，就产生从大陆指向海洋的水平气压梯度，空气由大陆指向海洋，海洋上形成高压，大陆形成低压，空气从海洋海向大陆，形成了与高空方向相反气流，构成了夏季的季风环流。在我国为东南季风和西南季风。夏季风特别温暖而湿润。 冬季大陆迅速冷却，海洋上温度比陆地要高些，因此大陆为高压，海洋上为低压，低层气流由大陆流向海洋，高层气流由海洋流向大陆，形成冬季的季风环流。在我国为西北季风，变为东北季风。冬季风十分干冷。 不过，海陆影响的程度，与纬度和季节都有关系。冬季中、高纬度海陆影响大，陆地的冷高压中心位置在较高的纬度上，海洋上为低压。夏季低纬度海陆影响大，陆地上的热低压中心位置偏南，海洋上的副热带高压的位置向北移动。 当然，行星风带的季节移动，也可以使季风加强或削弱，但不是基本因素。至于季风现象是否明显，则与大陆面积大小、形状和所在纬度位置有关系。大陆面积大，由于海陆间热力差异形成的季节性高、低压就强，气压梯度季节变化也就大，季风也就越明显。北美大陆面积远远小于欧亚大陆，冬季的冷高压和夏季的热低压都不明显，所以季风也不明显。大陆形状呈卧长方形，从西欧进入大陆的温暖气流很难达到大陆东部，所以大陆东部季风明显。北美大陆呈竖长方形，从西岸进入大陆的气流可以到达东部，所以大陆东部也无明显季风。大陆纬度低，无论从海陆热力差异，还是行星风带的季风移动，都有利于季风形成，欧亚大陆的纬度位置达到较低纬度，北美大陆则主要分布在纬度30°以北，所以欧亚大陆季风比北美大陆明显。 世界上季风明显的地区主要有南亚、东亚、非洲中部、北美东南部、南美巴西东部以及澳大利亚北部，其中以印度季风和东亚季风最著名。有季风的地区都可出现雨季和旱季等季风气候。夏季时，吹向大陆的风将湿润的海洋空气输进内陆，往往在那里被迫上升成云致雨，形成雨季；冬季时，风自大陆吹向海洋，空气干燥，伴以下沉，天气晴好，形成旱季。 亚洲地区是世界上最著名的季风区，其季风特征主要表现为存在两支主要的季风环流，即冬季盛行东北季风和夏季盛行西南季风，并且它们的转换具有暴发性的突变过程，中间的过渡期很短。一般来说，11月至翌年3月为冬季风时期，6～9月为夏季风时期，4～5月和10月为夏、冬季风转换的过渡时期。但不同地区的季节差异有所不同，因而季风的划分也不完全一致。 季风活动范围很广，它影响着地球上1／4的面积和1／2人口的生活。西太平洋、南亚、东亚、非洲和澳大利亚北部，都是季风活动明显的地区，尤以印度季风和东亚季风最为显著。中美洲的太平洋沿岸也有小范围季风区，而欧洲和北美洲则没有明显的季风区，只出现一些季风的趋势和季风现象。 冬季，大陆气温比邻近的海洋气温低，大陆上出现冷高压，海洋上出现相应的低压，气流大范围从大陆吹向海洋，形成冬季季风。冬季季风在北半球盛行北风或东北风，尤其是亚洲东部沿岸，北向季风从中纬度一直延伸到赤道地区，这种季风起源于西伯利亚冷高压，它在向南爆发的过程中，其东亚及南亚产生很强的北风和东北风。非洲和孟加拉湾地区也有明显的东北风吹到近赤道地区。东太平洋和南美洲虽有冬季风出现，但不如亚洲地区显著。 夏季，海洋温度相对较低，大陆温度较高，海洋出现高压或原高压加强，大陆出现热低压；这时北半球盛行西南和东南季风，尤以印度洋和南亚地区最显著。西南季风大部分源自南印度洋，在非洲东海岸跨过赤道到达南亚和东亚地区，甚至到达我国华中地区和日本；另一部分东南风主要源自西北太平洋，以南或东南风的形式影响我国东部沿海。 夏季风一般经历爆发、活跃、中断和撤退4个阶段。东亚的季风爆发最早，从5月上旬开始，自东南向西北推进，到7月下旬趋于稳定，通常在9月中旬开始回撤，路径与推进时相反，在偏北气流的反击下，自西北向东南节节败退。
信 风 中国古代文献中有“信风”这个词，指的是“随时令变化，定期定向而来的风，即季候风”。查《辞源》“信风”条可以看到这个解释及引用文献。所以，信风这个词可以是泛指，也可以是如这里现代气象学中的专指trade wind的意思。 西方古代商人们常借助信风吹送，往来于海上进行贸易，这一点导致Trade wind 有时候被译成“贸易风”，但这是望文生义，是不对的。Trade这个词并非现代英语中贸易的意思，而是来自中古英语，相当于path、track的意思。所以，trade wind原意是“在常轨上的风”的意思。网上的英文维基百科有trade wind条，解释了这个问题。另可查The American Heritage Dictionary of the English Language: Fourth Edition. 2000。 当航海探险家麦哲仑带领船队第一次越过南半球的西风带向太平洋驶去的时候，发现一个奇怪的现象：在长达几个月的航程中，大海显得非常顺从人意。开始，海面上一直徐徐吹着东南风，把船一直推向西行。后来，东南风渐渐减弱，大海变得非常平静。最后，船队顺利地到达亚洲的菲律宾群岛，这其实也是依赖信风的帮助。 信风的形成与地球三圈环流有关，太阳长期照射下，赤道受热最多，赤道近地面空气受热上升，在近地面形成赤道低气压带，在高空形成高气压，高空高气压向南北两方高空低气压方向移动，在南北纬30度附近遇冷下沉，在近地面形成副热带高气压带。此时，赤道低气压带与副热带高气压带之间产生气压差，气流从“副高”流向“赤低”。在地转偏向力影响下，北半球副热带高压中的空气向南运行时，空气运行偏向于气压梯度力的右方，形成东北风，即东北信风。南半球反之形成东南信风。在对流层上层盛行与信风方向相反的风，即反信风。信风与反信风在赤道和南北纬20～35°之间构成闭合的垂直环流圈，即哈德莱环流。由于副热带高压在海洋上表现特别明显，终年存在，在大陆上只冬季存在。故在热带洋面上终年盛行稳定的信风，大陆上的信风稳定性较差，且只发生在冬半年。两个半球的信风在赤道附近汇合，形成热带辐合带。信风是一个非常稳定的系统，但也有明显的年际变化。有人认为，东太平洋信风崩溃，可能对赤道海温激烈上升有影响，是厄尔尼诺形成的原因。其增强、减弱是有规律的，厄尔尼诺时信风大为减弱，致使赤道地区的纬向瓦克环流也减弱。反厄尔尼诺时，信风增强，瓦克环流增强并向西扩展。 南北半球上的信风带会随着季节的变化而发生有规律的南北移动。如北半球太平洋上的东北信风带，每年3月份位于北纬5°—25°,到了9月份，整个风带向北移动到北纬 10°—30°，到第二年3月份，整个风带又退回到北纬5°—25°附近 。这样，在信风带活动范围的特定区域内，就会出现信风周期性的变化现象。 有副热带高气压带吹向赤道地区的定向风叫信风。在地球自转偏向力的作用下，风向发生偏离，北半球形成东北信风；南半球形成东南信风。终年吹着信风的地带，叫信风带。 |
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