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[科普知识] 控制大气环流的基本因子与大气环流的基本模型

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发表于 2008-11-23 00:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
一、太阳辐射作用
   太阳辐射能是大气环流形成的基本能源
    1、太阳辐射能在整个地球表面分布不均匀,随纬度增大而减小。其中低纬度(40°N~40°S)是太阳辐射能净得区;中高纬(40°N~北极、40°S~南极)是太阳能净失区
    2、大气的平均温度特征
    对流层中,低纬为暖中心,向极地温度逐渐递减,冬季南北温差大于夏季。平流层中,低纬为冷中心,夏季温度由赤道向极地逐渐升高。
3、温度分布不均匀必然产生热力环流
    假定:地球不旋转、地球表面性质一样。
    对流层中低纬暖,高纬冷,使空气在赤道上升,极地下沉,在南北温差的作用下,高空为赤道吹向极地的南风;在气压梯度力作用下,低层为极地吹向赤道北风——构成直接热力环流圈

二、地球自转作用
    地转偏向力随纬度变化
   1。北半球对流层大气环流模式
    三圈经向环流: 极地环流圈,费雷尔环流圈,哈德莱环流圈。
   2。低层三风四带(见图1)
    三风:极地东风(东北风),中纬西风(西南风),低纬东风(东北信风)。
    四带:极地高压带,副极地低压带,副热带高压带,赤道低压带。
   3、高空主要为西风带      
   二条行星锋区:极锋和副热带锋

三、角动量交换
    绝对角动量=地球角动量+相对角动量
(1)地球大气系统中绝对角动量分布状态
1。地球角动量,为西风角动量,其大小随纬度增高减小,赤道最大,极地最小
2。低层相对角动量
   极地东风带——具有东风角动量
   中纬西风带——具有西风角动量;低纬东风带——具有东风角动量
(2)地球大气系统中绝对角动量守恒
   a 低纬东风带由于摩擦和山脉的作用从地球获得西风角动量
   b 中纬西风带由于摩擦和山脉的作用失去西风角动量      
实际上:地球旋转为常数,东、西风带长期维持,即两者相互补偿,达到平衡,从而证明了角动量守恒。
(3)角动量的两种输送方式
   a. 大气内部角动量水平输送
   由于实际大气在中高纬地区多为东北-西南向槽脊,所以中纬度的扰动水平输送主要是向北输送西风角动量
   b.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
    1。海平面的气压场:“半永久性大气活动中心”、“季节性大气 活动中心”是海陆温差结果      
      冬季:海洋暖——阿留申低压,冰岛低压强大;大陆冷——蒙古冷高压,北美冷高压,格陵兰高压。
      夏季:海洋冷——太平洋副高,大西洋副高强大;大陆暖——亚洲热低压,北美热低压。
    2。高空的东亚大槽、北美大槽是海陆温差和高大山脉共同作用的结果       
    东亚大槽:冬季——欧亚大陆东海岸温度低+青藏高原背风坡动力作用;夏季——大槽东移离开大陆东岸+青藏高原背风坡动力作用。
    北美大槽:冬季——北美大陆东海岸温度低+落基山脉背风坡动力作用;夏季——大槽略东移离开东海岸+落基山脉背风坡动力作用。
(二)地形影响——青藏高原
   1。高原的动力作用
     ①冬季极锋的西风急流在东亚明显分为南北两支,在高原东侧形成“北脊南槽”(见图3)。
       高原北部脊区——我国北方晴天多,孟加拉湾低槽——我国南方阴雨多。
     ②在高原东侧形成特殊天气系统,比如:东亚大槽,500hpa 长江中下游风场辐合线,700hpa 江淮切变线,700hpa 西南涡。
   2。高原的热力作用
     夏季为热源,冬季为相对冷源。

五、能量收支
中纬度大尺度大气运动的能量循环过程
1 由于太阳辐射的纬度差异,通过热带加热,极地冷却产生平均全位能(纬向位能)       
2 通过中纬度斜压扰动(斜压不稳定长波)对感热的输送使其基本气流的有效位能转化为涡动有效位能。       
3 通过中纬度斜压经向扰动形成的暖升冷降,使涡动有效位能转化为涡动动能。涡动动能一部分由于摩擦而损耗。
4 通过中纬度大型扰动对角动量的输送,使涡动动能转化为基本气流的动能(纬向动能)               
5 平均经圈环流的净作用使基本气流的有效位能转化为基本气流的动能(纬向动能)               
6 纬向动能维持大气平均环流(处于稳定、平衡转态),并由于摩擦而有一定损耗。

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发表于 2008-11-23 00:52 | 显示全部楼层
谢谢TOM了。
 楼主| 发表于 2008-11-23 19:20 | 显示全部楼层

不客气。
    由于角动量输送对于大气环流的运动和演变非常重要,所以接下来补充一下角动量如何是在大气中输送的。
    先说水平输送的特点。
    第一,水平输送有3种模式:平均经向环流——三圈经向环流;定常扰动 ——平均长波槽脊;非定常扰动——天气尺度的槽脊、气旋(或者反气旋)。
    其特征是:(1)非定常扰动对角动量水平输送远大于定长扰动和平均经向环流;
              (2)非定常扰动对角动量水平输送最大值出现在30度纬度附近;
              (3)冬季哈得莱环流较强对角动量输送显著;
              (4)费雷尔环流较弱,但水平输送方向与哈得莱环流相反。(见图1)
    而对于槽脊水平输送角动量的方式分为3种(见图2)
    第一,对称槽。
    槽前对u角动量向北输送=槽后对u角动量向南输送,因此无南北净输送。
    第二,东北——西南向的倾斜槽。
    槽前对u角动量向北输送>槽后对u角动量向南输送,因此有u角动量向北净输送。
    第三,西北——东南向的倾斜槽。同理有u角动量向南净输送。

    接下来叙述一下垂直输送的特点(见图3)
    第一,哈得莱环流有净余的Ω角动量,向上输送—— 补偿了高空西风带;费雷尔环流有净余的Ω角动量,向下输送——补偿了低层西风带。所以平均经圈环流对角动量的垂直输送是主要的。
    第二,扰动的垂直运动是上升、下沉互补出现。由于高层u角动量大于低层u角动量,所以扰动的垂直运动总是向下净输送u角动量。
    第三,向上、向下对角动量的垂直输送平衡。
    所以可以总结出:水平输送与垂直输送共同作用,大气角动量收支平衡,东西风带长期维持,地球角动量收支平衡,地球转动角动量速度是常数
发表于 2008-12-7 14:28 | 显示全部楼层
谢谢楼主,把天原上的这节内容系统总结了
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