大氣環(huán)流的基本問題課件

大氣環(huán)流的基本問題課件1大氣環(huán)流的基本問題課件2大氣環(huán)流的基本問題課件3大氣環(huán)流的基本問題課件4大氣環(huán)流的基本問題課件5

大氣風暴:主要講授了三種典型的大氣風暴1.最大的風暴溫帶氣旋大氣環(huán)流的基本問題課件6

其突出特點是溫帶氣旋形成于一條鋒面上，在這里相鄰兩氣團之間絕大部分溫度對比集中形成一條狹窄的過渡層，按天氣圖尺度來看，實際上相當于一條溫度或密度的不連續(xù)線。

溫帶氣旋的經(jīng)典模型Bjerknes1919提出并經(jīng)他和Solberg（1921，1926）稍加修改過的氣旋基本模式Nextpage其突出特點是溫帶氣旋形成于一條鋒面上，在這里相鄰兩氣團之間7鋒面氣旋的空間結(jié)構(gòu)

鋒面氣旋的空間結(jié)構(gòu)82、中等強度的風暴臺風或颶風2、中等強度的風暴9大氣環(huán)流的基本問題課件10大氣環(huán)流的基本問題課件11大氣環(huán)流的基本問題課件123、最強的風暴龍卷風3、最強的風暴13Hardtner,Ks.June2,1929.Photo?1997KansasStateHistoricalSociety.

Aclassiccyclonewascapturedonfilm(left)asitstruckthetownofHardtner.Folksrememberedalightshowerthatfellmid-afternoononSunday,June2,1929.Themistmadewayforagianttornadothattwistedacombinebeyondrecognitionandburnedthebeardsoffwheat.

CredittoKansasStateHistoricalSociety.Hardtner,Ks.June2,1929.Pho14Wichita,KSApril26,1991.PhotobyKeithLathrumWichita,KSApril26,1991.Ph1524May1973,lookingNW.Zoomviewduringthetornado'smaturephase,showingawell-developeddebrisfan.Themainprecipitationareaistotherightandmiddlerear;andthesouthedgeofthewell-developedwallcloudcanbeseenatextremeleft.Filmsofthisstageshowscudtagsnearcloudbasemovingrapidlyfromlefttorightasthecirculationapproachedtown.Manytornadoesveerleftwardintheirfadingmomentsastheirparentcirculationsbecomedeeplyoccluded.Thisone,however,madeabroadlycurvingrightturn(southeastward)alongwiththeentirethunderstorm.UnionCityOK24May1973,lookingNW.Zoom16NearElDorado,KSMay26,1991.PhotobyTimMarshallNearElDorado,KSMay26,19917第一章大氣環(huán)流

高空環(huán)流云系特征低空東、西風帶第一章大氣環(huán)流18（1）

定義大氣環(huán)流指的是在全球范圍內(nèi)，水平尺度橫跨數(shù)千公里，垂直尺度延伸數(shù)十公里以上，時間尺度在105

S以上大氣的平均運動。所謂環(huán)流，指的是空氣沿一封閉的軌跡移動，或有沿著某一封閉軌跡循環(huán)運動的傾向。顯然，氣流沿經(jīng)圈方向的運動稱為經(jīng)圈（向）環(huán)流，沿緯圈方向移動稱為緯圈（向）環(huán)流。一般說來，大氣環(huán)流的異常變化必然會導致天氣、氣候的異常。4.1大氣環(huán)流的基本概念（1）定義4.1大氣環(huán)流的基本概念19（2）控制大氣環(huán)流的基本因子太陽輻射大氣環(huán)流形成與維持的基本能源是太陽輻射能地球自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生地轉(zhuǎn)偏向力，會影響大氣以及其它物體運動的方向；摩擦作用

消耗大氣中的動能，增加大氣與地球之間的能量交換；

地球表面的不均勻性對季風的形成與維持起著至關重要的作用。（2）控制大氣環(huán)流的基本因子20（1）風場的產(chǎn)生

風：空氣的水平運動；根據(jù)狀態(tài)方程，溫度變化會產(chǎn)生溫度梯度，由此引起氣壓場變化，氣壓梯度增大，氣壓場變化導致風場變化。后兩者遵循風壓定律。

4.2大氣運動的基本特性及其成因溫度場變化氣壓場變化產(chǎn)生風場（1）風場的產(chǎn)生4.2大氣運動的基本特性及其成因溫度場變化氣21（2）幾種不同類型的風季風——由海陸熱力差異的季節(jié)變化造成

的風(也有動力作用)；海陸風——海洋與陸地的熱力差異造成的晝夜風向相反的風；山谷風——由山谷熱力差異造成的晝夜風向相反的山谷環(huán)流；焚風——地形造成的一種典型的干熱風；布拉風——地形造成的一種典型的干冷風。（2）幾種不同類型的風22

海風（Daytime–SeaBreeze）

①海陸風

海風（Daytime–SeaBreeze）23陸風（Nighttime–LandBreeze）

陸風（Nighttime–LandBreeze）24海陸風的形成機理海陸風的形成機理25島嶼或者沿海城鎮(zhèn)午后容易產(chǎn)生雷陣雨的原因解釋島嶼或者沿海城鎮(zhèn)午后容易產(chǎn)生雷陣雨的原因解釋264.3全球范圍大氣環(huán)流的基本特征及其成因NS夏至冬至太陽太陽（1）4.3全球范圍大氣環(huán)流的基本特征及其成因NS夏至冬至太27地一氣系統(tǒng)的太陽短波射入輻射和長波輻射通量隨緯度變化的情況射入輻射射出輻射地一氣系統(tǒng)的太陽短波射入輻射和長波輻射通量隨緯度變化的情況射28由ECMWF分析資料計算的大氣溫度隨緯度變化的情況（0C）

緯度

summerwinter（2）由ECMWF分析資料計算的大氣溫度隨緯度變化的情29氣壓梯度和溫度梯度的南北配置等壓面；—等溫面；空氣運動的環(huán)流軌跡(3)環(huán)流的形成氣壓梯度和溫度梯度的南北配置30（4）Hadley環(huán)流理論模型，1735年單圈環(huán)流

（4）Hadley環(huán)流理論模型單圈環(huán)流31（5）

三圈環(huán)流三圈環(huán)流的建立熱帶Hadley環(huán)流圈直接環(huán)流圈；

Ferrel環(huán)流圈（中緯度環(huán)流圈）接環(huán)流圈極地Hadley環(huán)流圈直接環(huán)流圈（a）理論模型（5）三圈環(huán)流熱帶Hadley環(huán)流圈直32羅斯貝(Rossby）經(jīng)向三圈環(huán)流模式圖（6）羅斯貝(Rossby）經(jīng)向三圈環(huán)流模式圖（6）33（7）IdealizedCirculationforRotatingEarth極地環(huán)流圈費雷爾環(huán)流圈哈得萊環(huán)流圈赤道極地（7）IdealizedCirculationforR34（8）三圈環(huán)流觀測事實（利用實際資料分離出的實例，箭頭代表流線方向）（8）三圈環(huán)流觀測事實（利用實際資料分離出的實例，箭頭代表流35（9）經(jīng)向三圈環(huán)流以及與其相關的天氣系統(tǒng)（9）經(jīng)向三圈環(huán)流以及與其相關的天氣系統(tǒng)36（10）低空輻合、輻散帶與氣旋、反氣旋之間的關系溫帶氣旋發(fā)源地熱帶氣旋發(fā)源地副熱帶高壓發(fā)源地（10）低空輻合、輻散帶與氣旋、溫帶氣旋發(fā)源地熱帶氣旋發(fā)源地37左：6～8月平均；右：12～2月平均根據(jù)1971～2000年NCEP再分析資料制作單位：m·s-1（王慧提供，2004）平均緯向風（東西風）的經(jīng)向分布剖面圖左：6～8月平均；右：12～2月平均平均緯向風（東西38對流層冬季平均環(huán)流500hPa對流層中層平均高度場（1月）

（a）極渦無論冬夏季，都存在圍繞極地地區(qū)的低壓中心，稱極渦（極地渦旋）。環(huán)繞極渦的等高線，由地轉(zhuǎn)風關系，表示了氣流氣旋性的運動方向。這種以極地地區(qū)為中心的沿緯圈的西風帶呈現(xiàn)波動狀。但極渦中心并不正好在南北極。在冬季北半球，存在兩個極渦中心，其中一個較強的位于格陵蘭西部，另一個較弱的在東西伯利亞的北冰洋沿岸。在夏季北半球，只有一個極渦中心位于加拿大極區(qū)。對流層冬季平均環(huán)流500hPa對流層中層平均高度場（1月39北半球冬季對流層以極地為中心的沿緯圈的西風帶上有行星尺度的平均槽、脊系統(tǒng)。其中有三個明顯的槽：一是在140E的亞洲東岸（由鄂霍次克海向較低緯度的日本及中國東海傾斜），稱為東亞大槽；二是位于80W的北美大陸東岸（自大湖區(qū)向較低緯度的西南方傾斜），稱為北美大槽；三是在10－60E之間，烏拉爾山以西，由歐州北海向西南方向伸展的較弱的歐洲淺槽，是三個槽中最弱的一個。在三個槽之間有三個平均脊，分別位于阿拉斯加、西歐沿岸和貝加爾湖地區(qū)，脊的強度要比槽弱得多。（b）槽脊系統(tǒng)冬季北半球冬季對流層以極地為中心的沿緯圈的西風帶上有行星尺度的40500hPa對流層中層平均高度場（7月）槽脊系統(tǒng)對流層夏季平均環(huán)流500hPa對流層中層平均高度場（7月）槽脊系統(tǒng)對流層夏季41夏季北半球?qū)α鲗又胁康沫h(huán)流與冬季相比有顯著的不同。中高緯度的西風帶上由三槽三脊轉(zhuǎn)變?yōu)樗牟鬯募?。等高線變稀疏，其強度比冬季顯著減弱。北美大槽的位置由冬至夏沒有明顯變化，而東亞大槽即向東移20個經(jīng)度，到了勘察加半島以東附近，而烏拉爾山以西的淺槽到夏季已不存在。北美大槽和東亞大槽之間的距離加長，引起季節(jié)性的長波調(diào)整，形成兩個相對較弱的波動，在歐洲西岸和烏拉爾山以東附近地區(qū)各出現(xiàn)一個弱的淺槽，從而構(gòu)成了夏季四槽的形勢?？傮w而言，北半球?qū)α鲗又胁康沫h(huán)流可以歸納為“冬三夏四”環(huán)流形勢。

夏季夏季北半球?qū)α鲗又胁康沫h(huán)流與冬季相比有顯著的不同。42(c)海洋表面主要的洋流太平洋(c)海洋表面主要的洋流太平洋43瓦克環(huán)流瓦克環(huán)流444.4海洋上的ElNino

現(xiàn)象(1)4.4海洋上的ElNino現(xiàn)象(1)45(d)海洋上的Elnino

現(xiàn)象(2)Elnino(d)海洋上的Elnino現(xiàn)象(2)Elnino46海洋上的Elnino

現(xiàn)象：開始階段海洋上的Elnino現(xiàn)象：開始階段47海洋上的Elnino

現(xiàn)象：發(fā)展階段Elnino海洋上的Elnino現(xiàn)象：發(fā)展階段Elnino48TheimagebelowdisplaystheSeaSurfaceTemperature(SST)AnomaliesindegreesCelsiusforthemiddleofSeptember,1997.Bythistime,theclassicElNi?opatternhasalmostfullyripened,withmaximaabove+4degreesCelsius.Example：1997-1998ElNi?o

ThemostrecentElNi?oeventbeganinthespringmonthsof1997.InstrumentationplacedonBuoysinthePacificOceanafterthe1982-1983ElNi?obeganrecordingabnormallyhightemperaturesoffthecoastofPeru.Overthenextcoupleofmonths,thesestrengthoftheseanomaliesgrew.TheanomaliesgrewsolargebyOctober1997thatthisElNi?ohadalreadybecomethestrongestinthe50+yearsofaccuratedatagathering.TheimagebelowdisplaystheS49大氣環(huán)流的基本問題課件50Thankyou!Thankyou!51大氣環(huán)流的基本問題課件52大氣環(huán)流的基本問題課件53大氣環(huán)流的基本問題課件54大氣環(huán)流的基本問題課件55大氣環(huán)流的基本問題課件56

大氣風暴:主要講授了三種典型的大氣風暴1.最大的風暴溫帶氣旋大氣環(huán)流的基本問題課件57

其突出特點是溫帶氣旋形成于一條鋒面上，在這里相鄰兩氣團之間絕大部分溫度對比集中形成一條狹窄的過渡層，按天氣圖尺度來看，實際上相當于一條溫度或密度的不連續(xù)線。

溫帶氣旋的經(jīng)典模型Bjerknes1919提出并經(jīng)他和Solberg（1921，1926）稍加修改過的氣旋基本模式Nextpage其突出特點是溫帶氣旋形成于一條鋒面上，在這里相鄰兩氣團之間58鋒面氣旋的空間結(jié)構(gòu)

鋒面氣旋的空間結(jié)構(gòu)592、中等強度的風暴臺風或颶風2、中等強度的風暴60大氣環(huán)流的基本問題課件61大氣環(huán)流的基本問題課件62大氣環(huán)流的基本問題課件633、最強的風暴龍卷風3、最強的風暴64Hardtner,Ks.June2,1929.Photo?1997KansasStateHistoricalSociety.

Aclassiccyclonewascapturedonfilm(left)asitstruckthetownofHardtner.Folksrememberedalightshowerthatfellmid-afternoononSunday,June2,1929.Themistmadewayforagianttornadothattwistedacombinebeyondrecognitionandburnedthebeardsoffwheat.

CredittoKansasStateHistoricalSociety.Hardtner,Ks.June2,1929.Pho65Wichita,KSApril26,1991.PhotobyKeithLathrumWichita,KSApril26,1991.Ph6624May1973,lookingNW.Zoomviewduringthetornado'smaturephase,showingawell-developeddebrisfan.Themainprecipitationareaistotherightandmiddlerear;andthesouthedgeofthewell-developedwallcloudcanbeseenatextremeleft.Filmsofthisstageshowscudtagsnearcloudbasemovingrapidlyfromlefttorightasthecirculationapproachedtown.Manytornadoesveerleftwardintheirfadingmomentsastheirparentcirculationsbecomedeeplyoccluded.Thisone,however,madeabroadlycurvingrightturn(southeastward)alongwiththeentirethunderstorm.UnionCityOK24May1973,lookingNW.Zoom67NearElDorado,KSMay26,1991.PhotobyTimMarshallNearElDorado,KSMay26,19968第一章大氣環(huán)流

高空環(huán)流云系特征低空東、西風帶第一章大氣環(huán)流69（1）

定義大氣環(huán)流指的是在全球范圍內(nèi)，水平尺度橫跨數(shù)千公里，垂直尺度延伸數(shù)十公里以上，時間尺度在105

S以上大氣的平均運動。所謂環(huán)流，指的是空氣沿一封閉的軌跡移動，或有沿著某一封閉軌跡循環(huán)運動的傾向。顯然，氣流沿經(jīng)圈方向的運動稱為經(jīng)圈（向）環(huán)流，沿緯圈方向移動稱為緯圈（向）環(huán)流。一般說來，大氣環(huán)流的異常變化必然會導致天氣、氣候的異常。4.1大氣環(huán)流的基本概念（1）定義4.1大氣環(huán)流的基本概念70（2）控制大氣環(huán)流的基本因子太陽輻射大氣環(huán)流形成與維持的基本能源是太陽輻射能地球自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生地轉(zhuǎn)偏向力，會影響大氣以及其它物體運動的方向；摩擦作用

消耗大氣中的動能，增加大氣與地球之間的能量交換；

地球表面的不均勻性對季風的形成與維持起著至關重要的作用。（2）控制大氣環(huán)流的基本因子71（1）風場的產(chǎn)生

風：空氣的水平運動；根據(jù)狀態(tài)方程，溫度變化會產(chǎn)生溫度梯度，由此引起氣壓場變化，氣壓梯度增大，氣壓場變化導致風場變化。后兩者遵循風壓定律。

4.2大氣運動的基本特性及其成因溫度場變化氣壓場變化產(chǎn)生風場（1）風場的產(chǎn)生4.2大氣運動的基本特性及其成因溫度場變化氣72（2）幾種不同類型的風季風——由海陸熱力差異的季節(jié)變化造成

的風(也有動力作用)；海陸風——海洋與陸地的熱力差異造成的晝夜風向相反的風；山谷風——由山谷熱力差異造成的晝夜風向相反的山谷環(huán)流；焚風——地形造成的一種典型的干熱風；布拉風——地形造成的一種典型的干冷風。（2）幾種不同類型的風73

海風（Daytime–SeaBreeze）

①海陸風

海風（Daytime–SeaBreeze）74陸風（Nighttime–LandBreeze）

陸風（Nighttime–LandBreeze）75海陸風的形成機理海陸風的形成機理76島嶼或者沿海城鎮(zhèn)午后容易產(chǎn)生雷陣雨的原因解釋島嶼或者沿海城鎮(zhèn)午后容易產(chǎn)生雷陣雨的原因解釋774.3全球范圍大氣環(huán)流的基本特征及其成因NS夏至冬至太陽太陽（1）4.3全球范圍大氣環(huán)流的基本特征及其成因NS夏至冬至太78地一氣系統(tǒng)的太陽短波射入輻射和長波輻射通量隨緯度變化的情況射入輻射射出輻射地一氣系統(tǒng)的太陽短波射入輻射和長波輻射通量隨緯度變化的情況射79由ECMWF分析資料計算的大氣溫度隨緯度變化的情況（0C）

緯度

summerwinter（2）由ECMWF分析資料計算的大氣溫度隨緯度變化的情80氣壓梯度和溫度梯度的南北配置等壓面；—等溫面；空氣運動的環(huán)流軌跡(3)環(huán)流的形成氣壓梯度和溫度梯度的南北配置81（4）Hadley環(huán)流理論模型，1735年單圈環(huán)流

（4）Hadley環(huán)流理論模型單圈環(huán)流82（5）

三圈環(huán)流三圈環(huán)流的建立熱帶Hadley環(huán)流圈直接環(huán)流圈；

Ferrel環(huán)流圈（中緯度環(huán)流圈）接環(huán)流圈極地Hadley環(huán)流圈直接環(huán)流圈（a）理論模型（5）三圈環(huán)流熱帶Hadley環(huán)流圈直83羅斯貝(Rossby）經(jīng)向三圈環(huán)流模式圖（6）羅斯貝(Rossby）經(jīng)向三圈環(huán)流模式圖（6）84（7）IdealizedCirculationforRotatingEarth極地環(huán)流圈費雷爾環(huán)流圈哈得萊環(huán)流圈赤道極地（7）IdealizedCirculationforR85（8）三圈環(huán)流觀測事實（利用實際資料分離出的實例，箭頭代表流線方向）（8）三圈環(huán)流觀測事實（利用實際資料分離出的實例，箭頭代表流86（9）經(jīng)向三圈環(huán)流以及與其相關的天氣系統(tǒng)（9）經(jīng)向三圈環(huán)流以及與其相關的天氣系統(tǒng)87（10）低空輻合、輻散帶與氣旋、反氣旋之間的關系溫帶氣旋發(fā)源地熱帶氣旋發(fā)源地副熱帶高壓發(fā)源地（10）低空輻合、輻散帶與氣旋、溫帶氣旋發(fā)源地熱帶氣旋發(fā)源地88左：6～8月平均；右：12～2月平均根據(jù)1971～2000年NCEP再分析資料制作單位：m·s-1（王慧提供，2004）平均緯向風（東西風）的經(jīng)向分布剖面圖左：6～8月平均；右：12～2月平均平均緯向風（東西89對流層冬季平均環(huán)流500hPa對流層中層平均高度場（1月）

（a）極渦無論冬夏季，都存在圍繞極地地區(qū)的低壓中心，稱極渦（極地渦旋）。環(huán)繞極渦的等高線，由地轉(zhuǎn)風關系，表示了氣流氣旋性的運動方向。這種以極地地區(qū)為中心的沿緯圈的西風帶呈現(xiàn)波動狀。但極渦中心并不正好在南北極。在冬季北半球，存在兩個極渦中心，其中一個較強的位于格陵蘭西部，另一個較弱的在東西伯利亞的北冰洋沿岸。在夏季北半球，只有一個極渦中心位于加拿大極區(qū)。對流層冬季平均環(huán)流500hPa對流層中層平均高度場（1月90北半球冬季對流層以極地為中心的沿緯圈的西風帶上有行星尺度的平均槽、脊系統(tǒng)。其中有三個明顯的槽：一是在140E的亞洲東岸（由鄂霍次克海向較低緯度的日本及中國東海傾斜），稱為東亞大槽；二是位于80W的北美大陸東岸（自大湖區(qū)向較低緯度的西南方傾斜），稱為北美大槽；三是在10－60E之間，烏拉爾山以西，由歐州北海向西南方向伸展的較弱的歐洲淺槽，是三個槽中最弱的一個。在三個槽之間有三個平均脊，分別位于阿拉斯加、西歐沿岸和貝加爾湖地區(qū)，脊的強度要比槽弱得多。（b）槽脊系統(tǒng)冬季北半球冬季對流層以極地為中心的沿緯圈的西風帶上有行星尺度的91500hPa對流層中層平均高度場（7月）槽脊系統(tǒng)對流層夏季平均環(huán)流500hPa對流層中層平均高度場（7月）槽脊系統(tǒng)對流層夏季92夏季北半球?qū)α鲗又胁康沫h(huán)流與冬季相比有顯著的不同。中高緯度的西風帶上由三槽三脊轉(zhuǎn)變?yōu)樗牟鬯募?。等高線變稀疏，其強度比冬季顯著減弱。北美大槽的位置由冬至夏沒有明顯變化，而東亞大槽即向東移20個經(jīng)度，到了勘察加半島以東附近，而烏拉爾山以西的淺槽到夏季已不存在。北美大槽和東亞大槽之間的距離加長，引起季節(jié)性的長波調(diào)整，形成兩個相對較弱的波動