4.4 大气环流(2)

二、大气环流平均状况

大气运动状态千变万化。为了从这些随时间和空间不断变化的复杂环流状态中找出大气环流的主要规律，通常采用求平均的方法，即对时间求平均，滤去所取时间内环流随时间的变化，显现出大气环流中比较稳定的特征，对空间求平均，滤去各经度间的环流差异，显现出各纬圈上环流的基本特征。

（一）平均纬向环流

大气环流最基本的状态是盛行着以极地为中心的旋转的纬向环流，也就是东、西风带。对流层的中上层，除赤道地区有东风外，各纬度几乎是一致的西风，而且西风跨越的纬距随着高度在扩大。这是对流层中、上层由低纬指向高纬的经向温度所决定的。

近地面层的纬向环流分布见图4·34，特征如下：

（1）高纬地区：冬夏季都是一层很浅薄的东风带，称极地东风带。主要分布在北大西洋低压和北太平洋低压的向极一侧，其厚度、强度都是冬季大于夏季。

（2）中纬地区：从地面向上都是西风，称盛行西风带。西风带在纬距上的宽度随高度而增大。西风风速自地面向上直至200hPa，差不多是增加的，到对流层顶附近形成一个强西风中心。北半球冬季西风风速大于夏季。由于经常受到随基本气流向东移动的高压和低压的影响，西风的风向和强度会发生很大变化；而且巨大的大陆面积、不规则的地形以及气压型式的季节变化往往又使西风气流变得不十分清楚。南半球由于广阔的海洋抑制了静止气压系统的发展，西风风速比北半球要强，风向也更为稳定。

（3）低纬地区：自地面到高空是深厚的东风层，称热带东风带或信风带。它是纬向风带中风向最为稳定、风速较大（平均风速4—8m/s）、活动范围广阔（几乎占全球的一半）的风带。

此外，北半球夏季，在南亚和非洲出现西风系统，称赤道西风带，其厚度从2—3km（非洲）到5—6km（印度洋）。 

（二）平均水平环流

水平环流是指纬向环流受到扰动（主要是地球表面海陆分布以及地面摩擦和大地形作用所引起）后发展起来的槽、脊和高、低压环流。

在北半球对流层中，高层的平均水平环流形式是西风带上存在着大尺度的平均槽、脊。1月份500hPa等压面图上西风带有三个平均槽，即位于亚洲东岸140°E附近的东亚大槽、北美东岸70°—80°W附近的北美大槽，和乌拉尔山西部的欧洲浅槽。在三槽之间并列着三个脊，脊的强度比槽弱得多。7月份，西风带显著北移，槽脊的位置也发生很大变动，即东亚大槽东移入海，原欧洲浅槽已不存在，并变为脊，而欧洲西岸和贝加尔湖地区各出现一个浅槽，北美大槽位置基本未动。

对流层上层300hPa平均图上（图略）的环流形势与中层500hPa平均图大体相似，只是西风范围更扩大，风速更增强。冬季时，三槽形势非常清楚。夏季时，槽、脊明显减弱。在副热带地区有深厚的高压带，其位置、范围、强度都随季节有变化。

在中高纬的对流层低层，由于地表海陆性质差异和地表起伏不平所引起的热力、动力变化，使环流沿纬圈的不均匀性更加显著，水平环流在月平均海平面气压分布图上主要表现为一个个巨大的高、低压系统。1月份北半球中高纬度沿纬圈有两个大低压，一个在北太平洋的阿留申群岛附近，中心强度为1000hPa左右。另一个在北大西洋的冰岛附近，中心强度为997hPa。还有两个冷高压，一个是欧亚大陆上的强大西伯利亚高压，中心强度为1035hPa。另一个是北美大陆上的北美（加拿大）高压，中心强度1020hPa。副热带的高压有两个主要中心，一个在太平洋，一个在大西洋，范围甚小，强度较弱。南半球副热带高压分裂成三个高压中心，分别位于南太平洋、印度洋和南大西洋上，中心气压值都在1018hPa左右。而在澳大利亚大陆、非洲南部和南美南部分别形成几个小低压，中心气压值在1006—1009hPa。

7月份，北半球大陆上发展了两个低压，即亚洲南部低压和北美西南部低压，中心强度分别为997hPa和1011hPa。原在海洋上势力很强的阿留申低压和冰岛低压仍然存在，但强度已大为减弱，甚至几乎消失了，而海洋上的北太平洋高压（夏威夷高压）、北大西洋高压（亚速尔高压）强度增强，范围扩大，位置北移，中心气压值增至1027hPa左右。南半球高压带几乎环绕全球，中心气压值可超过1020hPa。

以上冬、夏季在平均气压图上出现的大型高、低压系统，称为大气活动中心。其中北半球海洋上的太平洋高压、大西洋高压、阿留申低压、冰岛低压常年存在，只是强度、范围随季节有变化，称为常年活动中心。而陆地上的南亚低压（印度低压）、北美低压、西伯利亚高压、北美高压等只是季节性存在，称为季节性活动中心。活动中心的位置和强弱反映了广大地区大气环流运行的特点，其活动和变化对其附近甚至全球的大气环流、对高低纬间、海陆间水分热量交换，对天气、气候形成演变起着重要影响。 

（三）平均经圈环流

是指在南北向沿经圈的垂直剖面上，由风速的平均北、南分量和垂直分量构成的平均环流圈。在大气运动满足静力平衡和准地转平衡条件下，除低纬度以外，上述风速的南北分量和垂直分量都很小，因而经圈环流同纬圈环流相比要弱得多。从图4·39可见，北半球有三个经向环流圈，即①低纬环流圈，是一个直接热力环流圈（正环流圈），是G.哈得莱（G.Hadley）最先提出的，故又称哈得莱环流圈。②中纬环流圈，是间接热力环流圈（逆环流圈），是  W.费雷尔（W.Ferrel）最先提出的，故又称费雷尔环流圈。③高纬环流圈，又称极地环流圈，也是一个直接热力环流圈，是三个环流圈中环流强度最弱的一个。 

经向环流圈都有季节性移动。在北半球，夏季时向北移，冬季时向南移。环流强度也有变化（冬季增强，夏季减弱），甚至经度上的瞬时经圈环流也有差异。例如中纬度地区各个经度上并不都是逆环流圈，而往往沿整个纬圈有正、逆环流圈相间出现。又如东亚的夏季环流同平均情况的差别就更大了。图4·40是1958年7月75°—110°E平均经圈环流状况，气流沿青藏高原南坡上升，升到高空又折向南流，流到低纬下沉，下沉气流在低空又向北流向青藏高原，这就组成了一个闭合的经向环流圈，称南亚季风环流圈，它同低纬哈得莱环流圈的环流方向恰恰相反，这个环流圈的形成显然同青藏高原面夏季是热源有关。

此外，在赤道地区的东西方向上，还存在着几个纬向热力直接环流圈，称沃克（Walker）环流圈（图4·41），它是由于赤道地区存在着大尺度的东西向热力差异引起的。这些环流的强度都是很弱的，而且经常有变化。当出现大的变化时，不仅对赤道地区环流有影响，而且同中纬度环流，甚至高纬度环流遥相关。引起天气、气候的异常。

（四）急流

是指风速30m/s以上的狭窄强风带。是大气环流中的一个重要特征。

在天气图上观察到的急流带环绕地球自西向东弯曲延伸达几千千米，水平宽度约上千千米，垂直厚度达几千米到十几千米。急流中心强度最大区称急流轴。急流轴是准水平的，其南北两端存在着强大的垂直风速切变（每千米 5—10m/s）。一般情况下，急流中心风速可达 50—80m/s，强急流中心风速达100—150m/s或更大。根据现有资料，位于东亚海洋上和日本上空的急流强度最大，冬季偶尔达150—180m/s，甚至达200m/s。在同一条急流轴上，风速分布并不均匀，有一个或几个强风中心。急流轴线在有的地方出现分支，有的地区出现汇合。

急流区大多与对流层上层水平温度梯度很大的锋区相对应，因而也和天气系统的发生、发展有密切关系。在对流层上层已经发现有下列几种急流。

（1） 温带急流：又称极锋急流，位于南北半球中高纬度地区的上空，是与极锋相联系的西风急流。急流的平均高度在冬季约8—10km，夏季约9—11km，平均厚度约3—10km。急流的位置经常在变动，冬季平均位于40°—60°N间，甚至伸展到更低纬度。夏季平均位置北移到70°N附近。温带急流的中心最大风速一般45—55m/s，甚至达105m/s。一般是冬季强、夏季弱。急流轴有明显的分支和汇合现象。

（2）副热带急流：又称南支西风急流，位于200hPa上空副热带高压的北缘，同副热带锋区相联系，是一支相当强大而稳定的急流。急流轴位于25—32°N的11—13km的高空，位置比较稳定，夏季向高纬推移10—15个纬距。冬季中心最大风速约50—60m/s，强中心风速可增至100—150m/s，甚至可达200m/s。夏季风速减半。其分支、汇合现象以东亚最清楚。

3.热带东风急流：主要出现在夏季北半球亚洲、非洲副热带对流层顶附近（100—150hPa）处的一支急流，盛夏其平均位置在北纬10°—20°间，最大风速平均30—40m/s，个别达50m/s，风向稳定，强中心在阿拉伯海上空。

由上可知，大气环流基本上是纬向环流中包含着经圈环流，纬向主流上又叠着涡旋运动。这种不同运动形式之间相互联系、相互制约着，形成一个整体的环流体系。

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