大氣環(huán)流新預(yù)報員課件

1中國天氣（一）—大氣環(huán)流中國氣象局培訓(xùn)中心氣象業(yè)務(wù)培訓(xùn)部宋燕博士教授Email:songyan@2一、大氣環(huán)流概論1.概念：

圍繞地球的大氣在全球范圍展開的環(huán)流運動統(tǒng)稱為大氣環(huán)流，即地球大氣對太陽輻射響應(yīng)的綜合結(jié)果,即大氣環(huán)流就是大范圍的大氣運動狀態(tài)。一般大氣環(huán)流指全球范圍內(nèi)，水平尺度橫跨數(shù)千公里，垂直尺度達(dá)數(shù)十公里以上，時間尺度在105s(1.5天)以上的平均運動。

34環(huán)流：空氣沿一封閉的軌跡運動，或有沿著某一封閉軌跡循環(huán)運動的傾向。氣流沿經(jīng)圈方向運動稱為經(jīng)圈（向）環(huán)流，沿緯圈方向移動稱為緯圈（向）環(huán)流。56地球大氣按照溫度分層：中層平流層對流層8－10－12km50km500km熱層外逸層85km極地中緯度赤道72.尺度

水平尺度：有某大地區(qū)（例如歐亞地區(qū)）、某半球或全球范圍的大氣環(huán)流

垂直尺度：有對流層、平流層、中層或整個大氣圈的大氣環(huán)流

時間尺度：一至幾天、一月、一季、半年、一年的直至多年平均的大氣環(huán)流?？臻g尺度大氣環(huán)流概論8

當(dāng)體現(xiàn)這種總體行為的時間尺度需以年代為標(biāo)尺時，屬于氣候和氣候變化所研究的領(lǐng)域；當(dāng)時間尺度需要以天為標(biāo)尺時，空間尺度局限于個別的天氣系統(tǒng)區(qū)域范圍，則正是天氣學(xué)研究的范疇；而全球范圍內(nèi)大氣環(huán)流的時間尺度則需以年和季節(jié)度量。 大氣環(huán)流是造成有利于或不利于某個天氣系統(tǒng)盛行于某地的“環(huán)流背景”。93.根本動力 大氣運動的根本能源是太陽輻射能，地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)使地球表面產(chǎn)生溫度的差異，太陽輻射能在地球上的非均勻分布，是大氣環(huán)流的原動力。104.熱力環(huán)流原理

由于這種環(huán)流是因溫度分布不均而產(chǎn)生的，所以稱為熱力環(huán)流。由此可以看出，在地球表面上只要有冷、熱的差異就會產(chǎn)生環(huán)流。

ABheatABheat11對比：低壓環(huán)流的形成12對比：低壓環(huán)流的形成極地極地13一圈環(huán)流

在地球上的極地和赤道之間、陸地與海洋之間都存在著熱力的差異，因此均可形成熱力環(huán)流。14（1）風(fēng)場的產(chǎn)生

風(fēng)：空氣的水平運動；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(fēng)場根據(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(dǎo)致風(fēng)場變化。遵循風(fēng)壓定律。

15（2）幾種不同類型的風(fēng)季風(fēng)——由海陸熱力差異的季節(jié)變化造成的風(fēng)(也有動力作用)；海陸風(fēng)——海洋與陸地的熱力差異造成的晝夜風(fēng)向相反的風(fēng)；山谷風(fēng)——由山谷熱力差異造成的晝夜風(fēng)向

相反的山谷環(huán)流；焚風(fēng)——地形造成的一種典型的干熱風(fēng)；布拉風(fēng)——地形造成的一種典型的干冷風(fēng)。16海陸風(fēng)17海陸風(fēng)的形成原理海風(fēng)陸風(fēng)18Monsoonalcirculation(summer)19Monsoonalcirculation(Winter)20山谷風(fēng)

谷風(fēng)山風(fēng)21焚風(fēng)焚風(fēng)定義：暖空氣越過高山下沉，而在局地吹起的干燥的熱風(fēng)。

焚風(fēng)效應(yīng)過山前：當(dāng)氣流經(jīng)過山脈時，沿迎風(fēng)坡上升冷卻，在所含水汽達(dá)飽和之前按干絕熱過程降溫；達(dá)飽和后，按濕絕熱直減率降溫，并因發(fā)生降水而減少水分。過山后：空氣沿背風(fēng)坡下沉，按干絕熱直減率增溫。

故氣流過山后的溫度比山前同高度上的溫度高得多，濕度也顯著減少。22布拉風(fēng)布拉風(fēng)（borascura）：是一種從山地或高原經(jīng)過低矮隘道向下傾落的寒冷暴風(fēng)。出現(xiàn)于山地或高地邊緣的冷而強(qiáng)的風(fēng)。它是由強(qiáng)而寒冷的空氣在山前或高地前聚集，達(dá)到一定厚度后從山頂或高地邊緣沿坡傾瀉而下的下吹風(fēng)。這種風(fēng)因為在不太高的寒冷高原上的嚴(yán)寒空氣，受暖海面上暖低氣流的吸引傾瀉而下的一種極嚴(yán)寒的地方性風(fēng)。它還曾吹翻火車，凍死不耐寒的亞熱帶植物，破壞建筑物等造成重大經(jīng)濟(jì)損失。但達(dá)到災(zāi)難性程度的次數(shù)一般并不很多。sea布拉風(fēng)的直接原因是氣壓差23城市熱島(雨島)

2425二、極地赤道間的經(jīng)向環(huán)流1.一圈環(huán)流

由于太陽輻射隨地理緯度的增高而減少，造成了赤道地區(qū)溫度高，極地地區(qū)溫度低。根據(jù)熱力環(huán)流原理，赤道地區(qū)氣溫高，空氣膨脹上升，在赤道上空的氣壓就會高于極地上空同一高度的氣壓，在氣壓梯度力的作用下，赤道上空的空氣就向極地流動。赤道上空由于空氣流出，氣柱質(zhì)量減少地面氣壓就會降低，因而形成低壓，稱赤道低壓帶。極地上空因有空氣流入，再加上氣溫較低，空氣冷卻下沉，地面氣壓就會升高形成高壓區(qū)，稱極地高壓。于是在低層就產(chǎn)生了空氣自極地流向赤道的氣流，這支氣流在赤道地區(qū)受熱上升，補(bǔ)償了赤道上空流走的空氣質(zhì)量。這樣，在極地赤道間就構(gòu)成了南北向的閉合環(huán)流，稱為一圈環(huán)流。

假設(shè)：地球沒有自轉(zhuǎn)、地表均一

262.三圈環(huán)流關(guān)鍵：在存在相對于地球運動的時候，產(chǎn)生地轉(zhuǎn)偏向力。北半球指向右，南半球指向左。假設(shè)：考慮地球自轉(zhuǎn)，假設(shè)地表均一

缺點：不考慮地形的影響在考慮了地球自轉(zhuǎn)的條件下，一圈環(huán)流模式將不會存在27熱帶環(huán)流（HadleyCell）

熱帶環(huán)流又稱信風(fēng)一反信風(fēng)環(huán)流.形成在赤道到30°-35°之間。當(dāng)空氣由赤道上空向極地流動時，它將要受到地轉(zhuǎn)偏向力的作用，逐漸向右偏，（在南半球向左偏）。隨著地理緯度的增高及風(fēng)速的加大，偏向力也逐漸加大，在緯度30°～35°時，氣流接近和緯圈平行，使從赤道上空流來的空氣在這里堆積下沉，使地面氣壓升高，形成高壓，稱為副熱帶高壓帶。在這里地面氣流分為兩支，一支流向赤道，一支流向極地。這樣就形成了對流層由赤道到30°～35°之間的閉合環(huán)流。28EquatorNSHADLEYCELLISATHERMALLY-DIRECTCIRCULATION29ITCZ

其中流向赤道的氣流在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下，在北半球成為東北風(fēng)，在南半球成為東南風(fēng)，稱為東北信風(fēng)和東南信風(fēng)。這兩支信風(fēng)到了赤道附近輻合上升，在高空北半球吹西南風(fēng)，在南半球吹西北風(fēng)，稱為反信風(fēng)，所以這樣由信風(fēng)反信風(fēng)構(gòu)成的熱帶環(huán)流（Hadley環(huán)流）又稱為信風(fēng)（低空）—反信風(fēng)（高空）環(huán)流。

30TheHadleyCell31Globalatmosphericcirculation32極地環(huán)流（PolarCell）

極地環(huán)流形成在極地到60°～65°之間。極地空氣極端寒冷，堆積形成極地下層的極地高壓。下層空氣由極地高壓流向赤道方向，在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下，北半球吹東北風(fēng)，南半球吹東南風(fēng)。在極地高壓與副熱帶高壓之間60°～65°附近相對的形成一低壓，稱為副極地低壓帶。 來自副熱帶高壓帶和極地高壓帶的南、北兩股氣流在副極地低壓帶處輻合上升，其中一股由高空返回極地，在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下形成與低層相反的氣流，從而形成了極地與60°～65°間的閉合環(huán)流，稱為極地環(huán)流。33中緯度環(huán)流（FerrelCell）

中緯度環(huán)流形成在30°～60°之間。低層由極地流向低緯的空氣與副熱帶下沉流向極地的空氣在副極地地區(qū)相遇而輻合上升，在高空一部分流向副熱帶上空與熱帶來的高空氣流合并，一起下沉完成中緯度的間接環(huán)流。3435對流層底層信風(fēng)特征36Precipitationoccursinbandsofsurfaceconvergence(lowpressureregions)37030306060NSLatitudeHighHighLowLowSurfacePressureSystemsHADLEYCELLSARETHERMALLYDIRECTCIRCULATIONSFERRELCELLSARETHERMALLY-INDIRECTCIRCULATIONSAsare(weak)polarcellsLow38030306060NSLowLatitudeHighHighLowLowAtmosphericVerticalCirculationSurfacePressureCenters030306060NSWesterlyEasterlySurfaceWinds39三圈環(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）40經(jīng)向三圈環(huán)流以及與其相關(guān)的天氣系統(tǒng)41表征大氣運動特征的兩個物理量42散度4243水平輻合－輻散與垂直運動44渦度的定義渦度為速度的旋度，即表示旋轉(zhuǎn)的程度。大尺度大氣運動中渦度的垂直分量遠(yuǎn)大于水平分量規(guī)定：反時針（氣旋式）旋轉(zhuǎn)為正；順時針（反氣旋式）旋轉(zhuǎn)為負(fù)。在自然坐標(biāo)下有曲率渦度和切變渦度兩項，C為質(zhì)點速率45自然坐標(biāo)系

自然坐標(biāo)系是沿質(zhì)點的運動軌道建立的坐標(biāo)系.在質(zhì)點運動軌道上任取一點作為坐標(biāo)原點O,質(zhì)點在任意時刻的位置,都可用它到坐標(biāo)原點O的軌跡的長度來表示.在自然坐標(biāo)系中,兩個單位矢量是這樣定義的:切向單位矢量,沿質(zhì)點所在點的軌道切線方向;法向單位矢量,垂直于在同一點的切向單位矢量而指向曲線的凹側(cè).可見這兩個單位矢量的方向,也是隨質(zhì)點位置的不同而不同的.在自然坐標(biāo)系中表示質(zhì)點速度,是非常簡單的,因為無論質(zhì)點處在什么位置上速度都只有切向分量,而沒有法向分量.

46曲率項（C/R）產(chǎn)生的渦度

47渦度分布在槽脊區(qū)域中曲率渦度切變項產(chǎn)生的渦度48三、極地環(huán)流概況概念：地理學(xué)上把66.5oN以北和66.5oS以南地區(qū)稱為極地，北極地區(qū)除格陵蘭以外，基本上都是海洋，是個多冰山的大洋，但即使在冬季也不完全冰封。南極地區(qū)是個大陸。作用：大氣在極地上空平均是凈支出熱量，所以極地是大氣的冷源，中、低緯度的熱量通過平均經(jīng)圈環(huán)流和大型渦旋不斷向極地輸送，大氣在極地冷源上喪失熱量形成冷空氣，然后向南侵襲，影響中、低緯度的環(huán)流和天氣，所以研究極地環(huán)流很有意義。北極環(huán)流的平均狀況49（一）1月

北半球500百帕平均圖上，極地渦旋斷裂為兩個閉合中心，一個在格陵蘭西側(cè)與加拿大之間，另外一個在亞洲的東北部，極地是一個槽區(qū)。

700百帕平均圖基本上與500百帕一樣，在新地島500百帕平均圖上有槽的地方，在700百帕上是一個閉合的小低壓，其他兩個位于格陵蘭與加拿大之間及亞洲東北部的低中心，在700百帕上的位置比500百帕偏向東南。 地面圖上，基本是一個高壓帶。但冰島低壓很強(qiáng)大，向大西洋的極圈伸出一個槽，約占極地一半面積。501月北極的多年平均氣壓（百帕）冰島低壓51(二）7月

氣壓系統(tǒng)明顯減弱，500百帕極地渦旋中心在極地附近，700百帕低中心也在極點附近，低壓中心的軸線幾乎垂直，地面圖上除了在加拿大地區(qū)有一個閉合低壓中心以外，其他系統(tǒng)不明顯。

極地地區(qū)，地面圖上多年平均氣壓是高壓。500百帕524.極地氣旋活動路徑

北極的氣旋活動，冬季主要發(fā)生在極地邊緣，在大西洋和太平洋的北部邊緣獲得最大發(fā)展，因為這里北冰洋的北極氣團(tuán)與中緯度較暖的海洋氣團(tuán)之間存在巨大的溫度差異，因此氣旋活動也就頻繁起來。 但是就整個北半球而言，氣旋活動最頻繁的地帶冬季平均在47oN，夏季約在62oN附近，由冬到夏移動15個緯度。53溫帶氣旋發(fā)源地?zé)釒庑l(fā)源地副熱帶高壓發(fā)源地全球氣旋發(fā)源地545556575.極地近地面氣溫垂直分布的特點（一）溫度變化——逆溫特征明顯

冬季極地冰雪面上強(qiáng)烈輻射，貼近地面氣層存在明顯逆溫層，厚度約為2公里。夏季，貼地氣層的逆溫大大減弱，只在少數(shù)情況下，溫度遞減率才超過2~3oC/公里。夏季，南方暖空氣移入北極，受到下墊面的冷卻常有逆溫出現(xiàn)，并且，由于冰雪強(qiáng)烈融化而有足夠的水氣，因此在逆溫層下面常有霧形成。58（二）極地地面溫度年變化十分顯著

冬季，極夜期間，造成強(qiáng)烈輻射冷卻，氣溫一般都在-30oC以下。夏季，由于日光連續(xù)照射，冰雪融化，限制氣溫上升到0oC以上，所以極地地面平均溫度為0oC左右。（三）極地地區(qū)大氣層結(jié)穩(wěn)定（四）極夜急流

其對流層頂是全球最低，平均位于300百帕（9~10公里）高度上。

冬季極夜強(qiáng)烈輻射冷卻，在平流層中也產(chǎn)生指向極點的水平溫度梯度，而且梯度相當(dāng)大，相應(yīng)出現(xiàn)一支強(qiáng)西風(fēng)急流，中心風(fēng)速達(dá)40米/秒以上，最大可達(dá)100米/秒，通常稱為極夜急流。 夏季，極區(qū)出現(xiàn)極晝，產(chǎn)生了指向赤道的水平溫度梯度，相應(yīng)風(fēng)向轉(zhuǎn)東風(fēng)，與對流層繞極西風(fēng)截然相反。596.極地環(huán)流的異常——極渦和寒潮 極地環(huán)流異常情況其中一種形勢可導(dǎo)致北半球出現(xiàn)大范圍持續(xù)嚴(yán)寒天氣：冬季，北極對流層中部一半是極地渦旋或極渦的槽區(qū)，但有時也會出現(xiàn)反氣旋。若極地持久地被暖性反氣旋或暖脊所控制，就會使極地冷性渦旋分裂并偏離極地向南移動，導(dǎo)致鋒區(qū)位置比平均情況偏南，寒潮活動多而強(qiáng)烈。 據(jù)統(tǒng)計，在10個冬半年影響我國的171次寒潮中，有102次都在亞洲上空出現(xiàn)持久的極渦，特別是其中最強(qiáng)的6次寒潮過程，極渦就在亞洲上空，位置明顯偏南。在強(qiáng)寒潮發(fā)生前，亞洲上空早已有一個穩(wěn)定的強(qiáng)大極渦系統(tǒng)，并且一直維持到寒潮爆發(fā)以后。60

1969年1月，極地雖然沒有反氣旋中心，但從北太平洋卻有暖脊伸向極地，極渦分裂后中心分別位于北美和亞洲。我國大部份地區(qū)出現(xiàn)持久的低溫天氣，渤海海面出現(xiàn)幾十年來罕見的封凍現(xiàn)象。61四.大氣平均流場特征與季節(jié)轉(zhuǎn)換（1）平均緯向風(fēng)分量的經(jīng)向分布 在低緯地區(qū)，夏季除了北半球的對流層底層有小范圍弱西風(fēng)以外，全部為東風(fēng)，最大風(fēng)速中心在平流層。東風(fēng)帶的寬度在對流層下部占南北各30個緯距，垂直方向上冬季東風(fēng)帶迅速變窄，夏季則變化較小。 中高緯度的對流層中冬、夏季均為西風(fēng)，冬強(qiáng)夏弱，北半球的強(qiáng)度變化更為顯著。最大風(fēng)速中心在200mb高度附近，冬季位于30°N附近，夏季約在40°N附近，整個東西風(fēng)風(fēng)帶隨季節(jié)有南北移動。62

極區(qū)近地面為弱東風(fēng)，冬季從對流層到平流層均為西風(fēng)，夏季對流層中仍為西風(fēng)，強(qiáng)度減弱，平流層則變?yōu)榄h(huán)流極地的東風(fēng)，與低緯的東風(fēng)相連。6364（2）平均經(jīng)向風(fēng)分量的經(jīng)向分布 北半球冬季，30°N以南的對流層低層，有較強(qiáng)的平均偏北風(fēng)，約最大3.5米/秒，200~300mb之間有明顯南風(fēng)分量中心，最大平均風(fēng)速為2.5米/秒。

40°N以北低層平均為南風(fēng)，高層平均為北風(fēng)，但是平均風(fēng)速都不足1米/秒。

北半球夏季，赤道區(qū)域，底層平均南風(fēng)分量達(dá)2.5米/秒，高空為2米/秒以下的北風(fēng)分量。

13°N—40°N，底層盛行1米/秒以下的北風(fēng)分量，高空深厚的氣層里都是較弱的南風(fēng)。65北南南北66南北北南67結(jié)論：緯向風(fēng)比經(jīng)向風(fēng)大得多，說明地球上空大氣運動基本上是環(huán)繞著緯圈自東向西（東風(fēng)）或自西向東（西風(fēng)）運動的。但也有南北向的空氣交換，冬強(qiáng)夏弱。 經(jīng)向風(fēng)量級雖小，但作用很大。68（3）平均水平環(huán)流A大氣活動中心 分析多年平均海平面氣壓圖可知，全球經(jīng)常有7—8個巨大的高、低壓區(qū)，一般稱之為大氣活動中心。 大氣活動中心的形成與下墊面有很大關(guān)系。

1月份北半球有西伯利亞高壓、阿留申低壓、冰島低壓、北美高壓四個大氣活動中心。 南半球有赤道低壓，位于印尼到澳大利亞的西太平洋。另外，東南太平洋，南印度洋及南大西洋各有一個高壓，其中東南太平洋高壓較強(qiáng)，印度洋高壓最弱。6970

7月北半球大氣活動中心的分布幾乎與1月相反，阿留申低壓中心已消失，冰島低壓也大為減弱，北美東北部為弱低壓，只有以下三個大氣活動中心：亞洲大陸為強(qiáng)大的低壓區(qū)，稱為印度低壓，低壓中心經(jīng)常在印度西北部；北太平洋與北大西洋為強(qiáng)大高壓所占據(jù)，分別稱為太平洋副熱帶高壓和大西洋副熱帶高壓。 南半球正是隆冬，大洋上三個高壓強(qiáng)度增強(qiáng)，澳大利亞大陸區(qū)也為高壓區(qū)，所以有四個高壓中心。717273

B對流層平均水平環(huán)流

1、7月500mb多年平均圖代表對流層中層冬季和夏季的水平環(huán)流圖。無論冬夏，極區(qū)都是一個低壓區(qū)，一般稱為極地渦旋，簡稱極渦。極渦強(qiáng)度在1月最強(qiáng)，7月大為減弱。7475

1月北半球中高緯西風(fēng)帶上有三個大槽，分別位于東亞沿岸、北美東岸以及東歐地區(qū)。

7月份西風(fēng)帶整體顯著北移，中高緯有四個大槽，分別位于北美東岸、西歐、亞洲中部及西太平洋。

冬季副熱帶高壓強(qiáng)度弱，位置偏南（北緯20°N以南）高壓不明顯；夏季副熱帶高壓強(qiáng)，位置偏北，中心在20—30°N之間，在低緯太平洋、大西洋和北非大陸有明顯的高壓中心，北非高壓最強(qiáng)。另外，在印度半島有（副熱帶）低壓存在。761月和7月500hPa高度場和溫度場77C平流層平均水平環(huán)流

平流層一般指100—1百帕層的大氣，100—10百帕稱為平流層低層，10—1百帕稱為平流層高層。100百帕平均高度為16公里左右，為平流層低部，在相當(dāng)程度上還受到對流層環(huán)流的影響。

78

100百帕北半球1月及7月的多年平均圖

1月極渦強(qiáng)大，中高緯三個大槽還很清楚。7月極渦減弱，范圍收縮，而副熱帶高壓非常明顯，亞非大陸為強(qiáng)大的高壓所控制,即著名的南亞高壓。7910百帕冬季1月份對流層的三槽結(jié)構(gòu)越往上越不明顯，到了10百帕已變成近似于兩槽結(jié)構(gòu)，一個在美洲大陸，另一個在亞洲大陸。極渦是冷性的，越往上越明顯，強(qiáng)度越強(qiáng)。極渦中心四周，約在50—70oN有一強(qiáng)風(fēng)速區(qū)，即為極夜急流。對流層低層阿留申低壓所在地區(qū)，平流層低層為暖性高壓，越往上越強(qiáng)，即是阿留申高壓。阿留申高壓8010百帕夏季到了春季，南北溫差大大減小，極渦明顯減弱，范圍也縮小。到了夏季，平流層高層極區(qū)中心為一個近似同心圓的暖性高壓所控制，整個半球盛行東風(fēng)環(huán)流，這時水平溫度梯度已反轉(zhuǎn)過來，變?yōu)闃O地暖而赤道冷。81五、急流（1）概念：急流是指一股強(qiáng)而窄的氣流帶，急流中心最大風(fēng)速在對流層的上部必須大于或等于30米/秒，它的風(fēng)速水平切變量級為每百公里5米/秒，垂直切變量級為每公里5~10米/秒。82

急流中心長軸就是急流軸，急流軸線上可能有多個風(fēng)速極大值中心，急流軸在三維空間中呈準(zhǔn)水平，多數(shù)軸線呈東西走向。

總體來說，對流層上部的急流是彎彎曲曲環(huán)繞著地球的，某些地區(qū)強(qiáng)些，另一些地區(qū)弱些，甚至在某些地區(qū)中斷（風(fēng)速小于30米/秒），有時出現(xiàn)分支，有時兩支急流匯合起來。83300百帕低壓槽底部的等高線和風(fēng)速（m/s）分布

84（2）尺度：急流水平長度達(dá)上萬公里，環(huán)繞地球，寬度約幾百公里，厚度約幾公里。在一定緯度上，急流中心最大風(fēng)速值愈強(qiáng)，水平寬度愈寬，長度愈長。同一風(fēng)速值的急流帶低緯比高緯長些。急流的寬度是指急流中心兩側(cè)風(fēng)速等于最大風(fēng)速一半的兩點間的距離。85急流的入口區(qū)和出口區(qū)在急流核的左側(cè)氣流是輻合的，這里稱為急流的入口區(qū)。在急流核的右側(cè)氣流是輻散的，這里稱為急流的出口區(qū)。由于高空急流的不同部位對應(yīng)不同的垂直環(huán)流和天氣現(xiàn)象，又可將相對急流核的不同地區(qū)標(biāo)注成1、2、3和４區(qū)，分別表示急流入口的左后方、右后方和急流出口的左前方和右前方。86高空急流核的入口區(qū)和出口區(qū)

87200hPa1月平均風(fēng)速和風(fēng)向（1966~1977年）。風(fēng)速的單位：ms-1。AA和BB為圖5.2剖面的位置，分別代表急流入口區(qū)和出口區(qū)88+_

con(NVA)

con(NVA)

div(PVA)

div(PVA)入口區(qū)出口區(qū)急流軸大風(fēng)核ⅠⅡⅢⅣpositivevortexadvectionnegativevortexadvection高空急流大風(fēng)核附近的散度

正渦度平流（PVA）對應(yīng)輻散，負(fù)渦度平流（NVA）對應(yīng)輻合899090高空急流附近的渦度散度垂直速度急流核u輻散上升輻合下沉輻合下沉輻散上升正渦度負(fù)渦度91（3）低空急流

600百帕以下出現(xiàn)的強(qiáng)而窄的氣流稱為低空急流。其中心最大風(fēng)速、水平切變和垂直切變均達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，尺度也比對流層上層的急流的尺度小得多，但它與暴雨、颮線、龍卷、雷暴等劇烈天氣有密切關(guān)系，所以稱之為低空急流。 與強(qiáng)降水相聯(lián)系的低空急流，是指位于600-900百帕之間的水平動量集中的氣流帶，風(fēng)速大于等于12米/秒。在日常工作中常把850百帕或700百帕等壓面上，風(fēng)速≥12米/秒的西南風(fēng)極大風(fēng)速帶稱為低空急流。92（4）急流的基本特點

急流軸的左側(cè)風(fēng)速具有氣旋性切變(渦度），右側(cè)風(fēng)速具有反氣旋性切變（負(fù)渦度）。渦度梯度在急流軸附近最大。 急流中心若與槽線重合或相交，槽前輻合，槽后輻散，這樣的高空槽，即使開始時并無地面氣旋、反氣旋與它配合，一旦它移到斜壓性比較強(qiáng)的地區(qū)后，就會迅速引起地面氣旋與反氣旋的發(fā)生和發(fā)展。93高空急流之間的相互作用極鋒急流副熱帶急流入口區(qū)右側(cè)出口區(qū)左側(cè)次級環(huán)流的上升運動區(qū)94Couplingofupperleveljetstreaksandthelow-leveljetduringperiodsofeastwardpropagationofthreelow-levelvortices.(a)Mean200hPa(dashlines)and850hPa(solidlines)isotachpatternavergedfortheperiodof00UTC23Juneto18UTC24June,1999;(b)sameas(a),butfortheperiodof00UTC26June-18UTC28June;(c)sameas(a),butfortheperiodof00UTC28June-18UTC29June,1999.ShadedareasdenotemajorprecipitationregionsbasedonGPCPdataset.

(a)(b)(c)高低空急流之間的相互作用9596（5）極鋒急流的結(jié)構(gòu)特點

急流中心的下方，有溫度水平梯度很大的鋒區(qū)，中心上方對流層頂斷裂。急流軸附近輻散、輻合的分布特點疊置于斜壓性很強(qiáng)的極鋒上，地面上就產(chǎn)生氣旋和反氣旋，有時極鋒急流還與地面上一串氣旋、反氣旋相對應(yīng)。 極鋒急流隨著極鋒而南北移動很大。冬季平均位于40~60°N，甚至還可能達(dá)到更低的緯度；夏季平均位于北極圈附近。急流所在高度平均約在300百帕等壓面上，中心最大風(fēng)速達(dá)到105米/秒。冬季較強(qiáng)，夏季較弱。97PolarfrontandPolarcell98極鋒急流和地面氣壓系統(tǒng)極鋒急流極鋒急流和大型擾動99（6）副熱帶西風(fēng)急流結(jié)構(gòu)特點

副熱帶西風(fēng)急流是由Hadley環(huán)流的上層支（向北值）攜帶低層大氣在東風(fēng)帶獲得的地球角動量來維持的。由于溫度經(jīng)向水平梯度而引起的氣壓經(jīng)向水平梯度隨高度增大而增大，所以角動量輸送也隨高度而增大，在對流層頂附近達(dá)到最大。副熱帶急流最大風(fēng)速中心，出現(xiàn)在對流層上部Hadley環(huán)流和Ferell環(huán)流匯合的中緯度對流層頂（250mb）與熱帶對流層頂（100mb)之間的斷裂處附近。 副熱帶西風(fēng)急流的風(fēng)速垂直切變在對流層上部最大，500mb等壓面上強(qiáng)度大大減弱。極鋒急流則相反，在對流層中下部也較強(qiáng)。100

副熱帶西風(fēng)急流的風(fēng)向和地理位置比極鋒急流穩(wěn)定得多，冬季位于20~30oN近乎定常，這與Hadley環(huán)流位置和強(qiáng)度相當(dāng)穩(wěn)定有關(guān)。其強(qiáng)度和位置跟著Hadley環(huán)流的強(qiáng)度和位置變化而變化，冬季強(qiáng)度強(qiáng)，夏季弱。夏季位置向北移動15個緯距左右，其軸基本上呈東西向。101（7）熱帶東風(fēng)急流

夏季隨著北半球西風(fēng)帶北移，赤道東風(fēng)帶也北移，在熱帶對流層頂附近約100~150mb處，東風(fēng)達(dá)到急流標(biāo)準(zhǔn)。亞洲地區(qū)在海陸對比和青藏高原熱源的共同作用下，東風(fēng)急流是全球最強(qiáng)且最穩(wěn)定的。 盛夏最強(qiáng)的平均東風(fēng)，位于10~15oN附近的阿拉伯海上空，風(fēng)速約35米/秒。102103104六、控制大氣環(huán)流的基本因子1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；南北溫差，冬季大于夏季；一圈環(huán)流理論。2地球自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生地轉(zhuǎn)偏向力，會影響大氣運動的方向；三圈環(huán)流，三風(fēng)四帶。105控制大氣環(huán)流的基本因子3角動量交換單位質(zhì)量的空氣繞地軸旋轉(zhuǎn)的絕對角動量：

前者為相對角動量，后者為地球角動量。極地角動量小，赤道大。

（1）空氣與轉(zhuǎn)動地球之間產(chǎn)生角動量，極地為零，赤道最大；

（2）地球與大氣之間的角動量交換通過摩擦和地形作用完成

（3）東風(fēng)帶中，地球給予大氣西風(fēng)角動量，東風(fēng)帶減弱；西風(fēng)帶中，地球給予大氣向東角動量，西風(fēng)帶減弱。相對角動量地球角動量106角動量交換大氣內(nèi)部角動量的水平輸送：（1）北半球夏季，角動量水平輸送主要靠非定常擾動完成，非定常擾動引起的角動量水平輸送峰值無論冬夏季，也不論南北半球都出現(xiàn)在30°緯度附近。（2）在冬季的低緯度地區(qū)平均經(jīng)圈環(huán)流對角動量的水平輸送作用比較顯著，說明冬季哈得來環(huán)流相當(dāng)重要。106大氣向北輸送角動量107角動量交換大氣內(nèi)部角動量的垂直輸送：（1）大氣內(nèi)部角動量全球來看是守恒的，要維持守恒，除去角動量水平輸送外，必須還要有垂直輸送協(xié)同才能完成角動量平衡。（2）哈得來環(huán)流在較低緯度把具有較大Ω角動量空氣在上升氣流中帶到低緯的高空西風(fēng)帶中去，同時在副熱帶地區(qū)又把具有較小角動量的空氣在下沉氣流中帶回到東風(fēng)帶。結(jié)果有凈的角動量自東風(fēng)帶輸送到低緯的高空西風(fēng)帶中去。在此高空西風(fēng)帶里，大型渦旋再將多余動的角動量輸送到中、高緯度去，以補(bǔ)償大氣在西風(fēng)帶帶中失去的西風(fēng)角動量，使西風(fēng)帶不致因失去西風(fēng)角動量而減弱，甚至消失。（3）中高緯度道理也一樣，只不過是通過費雷爾環(huán)流來實現(xiàn)。1071084地球表面的不均勻性對季風(fēng)的形成與維持起著至關(guān)重要的作用。海、陸分布對大氣環(huán)流的影響；地形影響。冬季繞流作用季節(jié)熱力作用1095能量收支長期平均來看，大氣環(huán)流基本保持穩(wěn)定，沒有不斷加速或減速，表明長期平均而言，大氣中能量收支是平衡的。大氣從太陽輻射中獲得的輻射能與大氣消耗的輻射能和動能相抵。兩極能量虧損→水平溫度梯度→三圈環(huán)流和東西風(fēng)帶→能量得以交換；地形起伏和海陸熱力差異→平均槽脊（大型擾動或渦動）。109110平均槽脊及非定常大型擾動，暖上升、冷下沉→擾動有效位能轉(zhuǎn)換成擾動動能→大型擾動維持→東北-西南走向，角動量輸送→擾動動能轉(zhuǎn)換為緯向動能，東西風(fēng)帶維持。費雷爾環(huán)流，冷空氣上升、暖空氣下沉→緯向動能轉(zhuǎn)換為緯向有效位能。垂直環(huán)流在能量輸送和平衡中的作用赤道Hadley環(huán)流Ferrel環(huán)流30oN60oN位能轉(zhuǎn)化為動能東風(fēng)帶西風(fēng)帶動能轉(zhuǎn)化為位能111七、東亞環(huán)流基本特征地形特征

東亞地區(qū)位于全球最大陸地的東岸，又瀕臨最大的大洋-太平洋，西部有地形十分復(fù)雜的高原-青藏高原。熱力特征—海陸之間的熱力差異和高原的熱力、動力作用，使得東亞地區(qū)成為一個全球著名的季風(fēng)區(qū)，具有冷干的冬季與熱濕的夏季，天氣氣候差異比同緯度其他地區(qū)懸殊得多，相應(yīng)的環(huán)流特征和天氣過程也都具有明顯的季節(jié)變化。112緯向海陸熱力差異和高度差異經(jīng)向海陸熱力差異和高度差異蒙古冷高阿留申熱低壓印度熱低壓西太平洋副熱帶高壓冬季夏季東亞大槽113海陸和高原對東亞環(huán)流和天氣系統(tǒng)活動的影響（1）東亞季風(fēng)特點

在對流層底部，由海陸差異造成東亞的四個大氣活動中心（蒙古冷高、阿留申低壓、印度熱低壓和太平洋副熱帶高壓）幾乎都是全球最強(qiáng)的氣壓系統(tǒng)，季節(jié)變化也最明顯，風(fēng)系轉(zhuǎn)換也顯著。冬季盛行偏北風(fēng)、偏西風(fēng)，夏季偏南風(fēng)、偏東風(fēng)。冬季天氣干冷，夏季濕熱，雨量大部分集中在夏季。114對流層中部，由于海陸差異和高原的熱力、動力的共同作用，東亞西風(fēng)帶平均環(huán)流的脊、槽，在冬、夏季也完全是相反位相。冬季，東亞上空500百帕等壓面圖上是一脊一槽（脊在高原北部，槽在亞洲沿岸），高空基本氣流為西北風(fēng)；夏季則變成一槽一脊，即冬季的槽，夏季變?yōu)榧?，冬季的脊，夏季變?yōu)椴?，高空基本氣流?0oN以北為西風(fēng)，30oN以南為偏東風(fēng)。

而在北美上空就沒有這樣的改變。115

高原季風(fēng)的復(fù)雜性：高原四周的風(fēng)系，具有明顯季節(jié)變化，高原上近地面層里冬季為冷高壓，夏季為熱低壓，所以高原在冬季北側(cè)為西風(fēng)，南側(cè)為東風(fēng)，夏季變?yōu)橄喾吹娘L(fēng)向。400百帕以上的自由大氣中，冬季整個高原均為西風(fēng)所控制。對流層上部，高原的南、北兩側(cè)各存在一支西風(fēng)急流。冷高壓H近地面自由大氣西風(fēng)對流層頂西風(fēng)急流北南冬季高原冷源116

高原季風(fēng)的復(fù)雜性：夏季則由于高原加熱作用，使南側(cè)西風(fēng)急流消失變?yōu)闁|風(fēng)急流，而高原北側(cè)的西風(fēng)急流得到加強(qiáng)。夏季高原的加熱作用還在青藏高原及其鄰近地區(qū)產(chǎn)生上升氣流，這支上升氣流，到了高空即向四周輻散并下沉。

N赤S熱低壓L近地面自由大氣對流層頂北南夏季高原熱源季風(fēng)環(huán)流圈117季風(fēng)環(huán)流圈：高原南側(cè)的垂直環(huán)流很明顯，印度的西南季風(fēng)沿喜馬拉雅山爬坡上升，在高層輻散，主要部分向南流去下沉，下沉氣流最南可達(dá)到南半球，隨南半球的東南信風(fēng)向北流動，越過赤道到了北半球，由于偏向力的作用而轉(zhuǎn)為西南氣流，再北上構(gòu)成一個閉合環(huán)流，這個垂直環(huán)流稱為季風(fēng)環(huán)流，破壞了這個季節(jié)里該區(qū)域中的Hadley環(huán)流。赤道南半球北半球青藏高原東南信風(fēng)西南季風(fēng)118

海-陸-氣綜合作用

對東亞季風(fēng)變異的影響機(jī)理DG對流降水119

從高原南、北兩側(cè)輻合的氣流約于30~35oN之間垂