第4章 大气环流

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三、角动量交换
转动惯量与角速度乘积 ：
单位质量的空气绕地轴旋转的绝对角动量
地球角动量
相对角动量
（一）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， 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， 随纬度增高减小，赤道最大，极地最小
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2、低层相对角动量
弱 极地东风带——具有东风角动量
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2、北半球海平面平均气压场特征
北半球有５个半永久性的大气活动中心—海洋系统 ①北半球有５个半永久性的大气活动中心 海洋系统 太平洋副高和大西洋副高：夏强冬弱， 太平洋副高和大西洋副高：夏强冬弱，南北位移 阿留申低压和冰岛低压： 阿留申低压和冰岛低压：冬强夏弱 格陵兰高压
北半球有４个季节性大气活动中心—大陆系统 ②北半球有４个季节性大气活动中心 大陆系统 冬季：亚洲冷高压、 冬季：亚洲冷高压、北美冷高压 夏季：亚洲热低压、 夏季：亚洲热低压、北美热低压
东亚大槽—140°E ° 东亚大槽 北美大槽— 北美大槽 70°w ° 欧洲浅槽— 欧洲浅槽 40°E °
夏季四个长波槽： 夏季四个长波槽：
东亚大槽— 东亚大槽 160°-180°E ° ° 北美大槽— 北美大槽 60°w ° 欧洲西海岸槽—0°-10°E 欧洲西海岸槽 ° ° 贝加尔湖西部槽—90°E 贝加尔湖西部槽 °
冬季中低纬有5个西风带槽： 冬季中低纬有 个西风带槽： 个西风带槽
东亚、北美、孟加拉湾、地中海、 东亚、北美、孟加拉湾、地中海、东太平洋
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③低纬度
低纬度为副热带高压控制—冬弱夏强， 低纬度为副热带高压控制 冬弱夏强，随季 冬弱夏强 节南北位移
冬季副高弱——其范围在 °N以南 其范围在20° 以南 冬季副高弱 其范围在 夏季副高强——其范围在 °N以南 其范围在40° 以南 夏季副高强 其范围在
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四、大气环流的季节转换
1、北半球大气环流的季节特点 、 月为冬季环流型： ①11月～５月为冬季环流型： 月
西风带三个长波槽，西风急流强位置偏南， 西风带三个长波槽，西风急流强位置偏南，东亚 南北两支西风急流
②７月～９月为夏季环流型： 月为夏季环流型：
西风带四个长波槽，西风急流弱偏位置北， 西风带四个长波槽，西风急流弱偏位置北，东亚 一支西风急流
PM
(纬向有效位能 纬向有效位能) 纬向有效位能
KM
Ferrel环流 （冷升暖降） 环流 冷升暖降）
纬向动能） （纬向动能）
发展槽脊南 北热量输送
斜槽对角动量的输送 （反串级 输送） ）
暖升冷降） 热力扰动环流（暖升冷降）
PE
(涡动有效位能 涡动有效位能) 涡动有效位能 扰动摩擦损耗
KE
（涡动动能） 涡动动能）
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2 高原的热力作用 a 南亚高压形成 高层高 ①夏季为热源 低层低压 上升气流， 上升气流，高温高湿 b 夏季高原南侧转为东风急流 ②冬季为相对冷源 低层高压 高原南多西风急流适应
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五、能量收支（平衡） 能量收支（平衡）
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Q（太阳辐射） （太阳辐射）
流
平均摩擦损耗
维持பைடு நூலகம்向环
Hardely环流（暖升冷降） 环流 暖升冷降）
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２、两次季节突变
月突变——冬季环流型转为夏季环流型 ①6月突变 月突变 冬季环流型转为夏季环流型
月突变——夏季环流型转为冬季环流型 ②10月突变 月突变 夏季环流型转为冬季环流型
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第2节 节 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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控制大气环流的基本因子
太阳辐射 地球自转 地表非均匀（海陆与地形） 地表非均匀（海陆与地形） 地面摩擦
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大气环流是指全球范围的大尺度大气运行的 大气环流是指全球范围的大尺度大气运行的 基本状况
水平尺度——数千公里以上 数千公里以上 水平尺度 垂直尺度——10公里以上 垂直尺度 公里以上 时间尺度——几天 时间尺度 几天
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第1节 节 大气平均流场特征与季节转换
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一、平均纬向风分量的经向分布
1、低纬度为东风带 、低纬度为东风带—— 30°N~ 30°S ° ° 2、中高纬为西风带 、 3、极区近地面为弱东风带 、
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②. 角动量水平输送的特征 a）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 b）非定常扰动对角动量水平输送最大值出现在 度 ）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 c）冬季哈得莱环流较强对角动量输送显著 ） d）费雷尔环流较弱，但水平输送方向与哈得莱环流相 ）费雷尔环流较弱， 反
2 高空的东亚大槽、北美大槽是海陆温差和高 高空的东亚大槽、
大山脉共同作用的结果
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（二）地形影响——青藏高原 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 在高原东侧形成“北脊南槽” 支，在高原东侧形成“北脊南槽” ②高原东侧形成特殊天气系统
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
３、温度分布不均匀必然产生热力环流。
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二、地球自转作用
地转偏向力， 随纬度变化 地转偏向力，f随纬度变化
1、北半球对流层大气环流模式 、 三圈经向环流： 三圈经向环流：
极地环流圈——强 强 极地环流圈 费雷尔环流圈——弱 费雷尔环流圈 弱 哈德莱环流圈——强 哈德莱环流圈 强
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2、低层三风四带 、 三风： 极地东风（东北风) 三风： 极地东风（东北风 中纬西风（西南风) 中纬西风（西南风 低纬东风（东北信风） 低纬东风（东北信风）
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扰动的垂直运动是上升、 ②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 角动量， 角动量大于低层u角动量 由于高层 角动量大于低层 角动量，所以扰动的垂直 运动总是向下净输送u角动量 运动总是向下净输送 角动量
计算表明，向上、 ③计算表明，向上、向下对角动量的垂直输送平衡
水平输送与垂直输送共同作用， 平衡， ④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， 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
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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 海平面的气压场： 活动中心” 心”、“季节性大气 活动中心”是海陆温差 结果
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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。
2、大气的平均温度特征 、
(1) 对流层中，低纬为暖中心，向极地温度逐渐递 对流层中，低纬为暖中心， 冬季南北温差大于夏季。 减，冬季南北温差大于夏季。 (2) 平流层中，低纬为冷中心，夏季温度由赤道向 平流层中，低纬为冷中心， 极地逐渐升高。 极地逐渐升高。
1、大气内部角动量水平输送 、 ①. u角动量水平输送三种形式： 角动量水平输送三种形式： 角动量水平输送三种形式 平均经向环流——三圈经向环流 三圈经向环流 平均经向环流 定常扰动 ——平均长波槽脊 平均长波槽脊 非定常扰动——天气尺度的槽脊、（反）气 天气尺度的槽脊、（ 非定常扰动 天气尺度的槽脊、（反 旋
1、北半球 、北半球500hPa平均环流特征 平均环流特征
极区为极涡控制—冬强夏弱 ①极区为极涡控制 冬强夏弱
冬季2个低涡中心：格陵兰西部、 冬季 个低涡中心：格陵兰西部、东西伯利亚 个低涡中心
夏季1个低涡中心： 夏季 个低涡中心：极区 个低涡中心
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②中高纬
中高纬是以极涡为中心的环绕纬圈的西风环流—冬强夏弱， 中高纬是以极涡为中心的环绕纬圈的西风环流 冬强夏弱， 冬强夏弱 西风带中有“冬三夏四”的平均长波槽。 西风带中有“冬三夏四”的平均长波槽。 冬季三个长波槽： 冬季三个长波槽：
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③. 槽脊输送角动量的方式 a 对称槽 槽前对u角动量向北输送 槽前对 角动量向北输送 槽后对u角动量向南输送 槽后对 角动量向南输送 两者相等 无南北净输送 b 东北 东北——西南向的倾斜槽 西南向的倾斜槽 槽前对u角动量向北输送大于槽后对 角动量向北输送大于槽后对u角动量向 槽前对 角动量向北输送大于槽后对 角动量向 南输送 有u角动量向北净输送 角动量向北净输送 c 西北 西北——东南向的倾斜槽 东南向的倾斜槽 有u角动量向南净输送 角动量向南净输送 但实际大气在中高纬地区多为东北－西南向槽脊， 但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
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第5节 西风带大型扰动
1. 2. 3. 4.
环流指数与指数循环 西风带长波 阻塞高压 切断低压
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一、环流指数与指数循环
环流指数（西风指数） 环流指数（西风指数） Rossby把３５° ５５° Rossby把３５°～５５°之间的平均地 转西风定义为西风指数 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 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 势高度差作为西风指数Ｉ 高指数→西风强， 高指数→西风强，纬向环流 低指数→西风弱， 低指数→西风弱，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。 环的变化过程， 数交替循环的变化过程，称为指数循环。
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2，大气内部角动量的垂直输送 ， ① 哈得莱环流有净余的Ω角动量，向上输送 哈得莱环流有净余的 角动量，向上输送—— 补 角动量 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 角动量， 费雷尔环流有净余的 角动量，向下输送 补 偿了低层西风带
平均经圈环流对角动量的垂直输送是主要的