探測習(xí) 參考文 引大氣環(huán)流這個名詞在氣象學(xué)科的各個領(lǐng)域都有所提及,對其的理解也不盡相同。從其一[1;，???1]大氣環(huán)流的基本概本因子不單是大氣的種種過程還決定于發(fā)生在大氣上邊界和下邊界處的各種物理和化學(xué)過程（3.1）。，氣不同尺度運動的相互聯(lián)系與作用這對確定全球性和區(qū)域性天氣分布和氣候類型的成需以年和季節(jié)度量（3.1），這正是本章討論的重點。當(dāng)時間尺度需以天為標(biāo)尺，空間尺度局限于個別天氣系統(tǒng)的區(qū)域范圍是天氣學(xué)研究的范疇。對本書所論述的各種天，景”。另一方面，現(xiàn)代的大氣環(huán)流研究領(lǐng)域正深入到氣候?qū)W的傳統(tǒng)研究領(lǐng)域，例如1000-100-不完全所帶來的問題有時會造成事實的虛假觀測，例如，如果氣象觀測的分布保持在網(wǎng)所估算的平均氣溫低。這是因為在十九世紀(jì)50—70年代氣象觀測的分布集中在歐40事實上現(xiàn)代氣象學(xué)的發(fā)展歷程與氣象觀測和方式發(fā)展的歷史緊密相伴。二十世紀(jì)60年始的氣象觀測解決了大氣環(huán)流要求的觀測網(wǎng)全球均勻覆蓋的問題。它不僅提供了大氣環(huán)流的演變實況（如圖3.3所示），也解決了大氣環(huán)流必需的輻射、海洋、冰雪、陸地和環(huán)境生態(tài)觀測資料。另外在大氣環(huán)流和氣候研究領(lǐng)域里，星、、飛機、船舶等觀測，是現(xiàn)代大氣環(huán)流和氣候研究的重要特點。圖3.3.1981.12.4紅外云圖顯示的250hPa風(fēng)場(選自Rao,et一些先進(jìn)的大氣環(huán)流模式的數(shù)值解與實際觀測值是如此接近（3.4），以至于在實際天氣3.4平均緯向環(huán)流場（m/s）平均緯向環(huán)流場（m/s）平均緯向溫度場（數(shù)值解，單位：k）平均緯向溫度場（觀測值，單位：k）（Holton(1992);力學(xué)包括物理、化學(xué)過程進(jìn)行理論模擬和。在利用大氣模式進(jìn)行理論模擬和時，我用因子，或施加作用因子來分析、、模擬在不同條件下大氣運動的狀態(tài)和機制。圖3.53.5（選自朱抱真，風(fēng)沿緯圈（）的平均值舉例：7月的平均溫度那么，這五年的平均值是：（25+30+29+32+29）/5熱力驅(qū)動的環(huán)其內(nèi)容就是揭示風(fēng)的形成維持和消亡的變化規(guī)律，并利用此規(guī)律分析風(fēng)的各種表現(xiàn)形JohnA.Dutton探索著大氣運動的奧秘。Halley(1687)Hadley(1720),通過對信風(fēng)(發(fā)生在鄰近赤道地大規(guī)模風(fēng)系形成的根本原因。Hadley，在炎熱的赤道上空，空氣受熱上升，而在寒冷HadleyHadley動力來自輻射的熱量分布不均勻卻是大氣環(huán)流理論極為重要的基本概念。Hadley環(huán)，的高度簡化但它卻有助于我們深刻了解大氣環(huán)流形成的原理上稱這種理想的純熱力Hadley，輻射收支的緯度變化人們在長期的天文、氣象觀測中發(fā)現(xiàn)并歸納出，地一氣系統(tǒng)沿緯圈的輻射能量的凈收支是不均勻分布的。赤道地區(qū)獲得的凈輻射熱量要遠(yuǎn)多于極地地區(qū)。當(dāng)代觀測資料也證明了這一點圖3.8顯示了地一氣系統(tǒng)所吸收的短波射入輻3.1圖3.8地一氣系統(tǒng)的短波射入輻射和長波輻射通量隨緯度變化的情（單位：w/m2,選BenoitC-R,1994）3.10Benard3.113.12(a)Hadley(b)Hadley（利用實際資料濾波分離出的IanN.James(1994)）輻射差額所決定的。因此，我們需要了解輻射的全球平均的輻射差額。全球平均輻射收支輻射是指由表面以電磁波方式向宇宙空間傳遞能量。氣能源的99.9%.其余微不足道的能量來源于其他星球和月球，以及地球的地?zé)帷Ｒ虼丝梢哉J(rèn)為短波射入輻射是地-氣系統(tǒng)的唯一來源（長波射入輻射數(shù)量很少，可以忽3.13(a)（b）全球平均輻射收支的兩層模式（c）全球3.143.14在圖3.14中，考慮影響全球平均能量收支模式的影響因子，輻射過程根據(jù)觀測，影響能量收支的因子大都隨緯度變化，例如反射率（3.15a），長波輻射（3.15b），能量凈實際收支的分布也隨緯度變化（3.15c）。在低在高緯度，由季冰、雪的覆蓋，它具有高反射率的特征，因此吸收較少的短3.15c圖3.1熱赤道與地理道不相，冬在理赤道以，夏季地理赤以北3.16（a）冬季海洋平均溫度（b）Lutgens,F.K.and海洋的調(diào)節(jié)作用海洋對大氣環(huán)流，乃至整個氣候系統(tǒng)起著一個巨大的調(diào)節(jié)器的作用。海洋要比同質(zhì)量的空氣大四倍；每單位體積的水的熱容量要比空氣大3000倍[1]！.因此海洋或的溫度距平使其能夠向大氣傳輸大量的熱量（圖3.17）。因此海洋是大氣熱機運轉(zhuǎn)的主要能源。據(jù)計算占地球表面71%的海洋吸收了進(jìn)入地球大氣系統(tǒng)上界 輻射量的70%左右，3.17BenoitC-R,事實上，如果沒有海洋，我們居住的地球上的大氣環(huán)流將會截然不同。缺乏的大氣將會更熱，而極地會變得更冷。這種溫差使得中緯度的瞬變渦動更劇烈，造成的災(zāi)高海平面造成難以性。在下節(jié)中著重討論人類活動對大氣環(huán)流的影大氣環(huán)流變化所留下的信息起來，特別是當(dāng)異常環(huán)流發(fā)生并作用于海洋時，海洋的熱力右。海洋同時也是CO2的匯，由于化石的燃燒所產(chǎn)生的CO2約有一半進(jìn)入到海洋中去，CO2的輸送和海洋中碳CO2的長期效應(yīng)有十分重要的作用。左右。這種現(xiàn)象就是“溫室”效應(yīng)。CO2和水汽則是主要的“溫室”氣體。由于人類活動的265—299ppm252035420～475ppm。3.18(CO2BenoitC-大氣中二氧化碳(CO2)的增加是一個確鑿的科學(xué)事實。自1958年開始的在MaunoLoa, 可以發(fā)現(xiàn)在情況下，全球平均溫度增加了7度之巨！前述的利用地面輻射平衡模式CO2加倍產(chǎn)生的增溫是太過簡單。事實上，輻射平衡模式對所做的一系列假定的改變CO2CO2增加引起的溫度變這些反饋過程在溫室效應(yīng)的研究中是非常重要的。嚴(yán)格地講，人們對云、雨和輻射過程相CO2含量增加，到時氣候2020大氣環(huán)流。事實上，由圖（3.19a）所示，熱力驅(qū)動的環(huán)生的空氣運動馬上就受到地轉(zhuǎn)偏向力的作用，赤道的上升運動到達(dá)后，其向極運動受地轉(zhuǎn)偏向力的作用，使北（南）加，地轉(zhuǎn)偏向力（以科氏參數(shù)度量）也將增大，到某一個特定緯度（30°附近）附近即Coriolis加的向赤道的分量，這一附加的向赤道分量加強了赤道大氣的質(zhì)量堆積，即形成所謂的20-35°緯度，環(huán)繞整個緯圈，這就是副熱帶高壓HadleyIanN.James(1994)）30°附近下沉的空氣，在北半球低層分別向南流向赤道和向北流向極地。向南流的30°HadelyFerrel，40度高空東風(fēng)帶的建立是與實際觀測相的由于中緯度高空西風(fēng)帶對天氣系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的重要性在下面章節(jié)討論并解釋這一現(xiàn)象。事實上在整個高空流場上，都應(yīng)是西風(fēng)主>30m/s，3.20(a)(b)3.223.23地形動力作用氣流分為南北兩支北支繞過高成高壓脊故北部和西部一帶，，流冬半年東部地區(qū)主要水汽輸送通道，強的暖濕空氣向中國東部地區(qū)輸送，是造成該地區(qū)持久連陰雨的重要條件也是準(zhǔn)靜止鋒和華南準(zhǔn)靜止鋒能長久維持以及東海氣旋，，南側(cè)溫度梯度作用，高原南側(cè)西風(fēng)而為東風(fēng)所取代，形成了東風(fēng)氣流中全球最強的強風(fēng)150hPa500hPa展至600hPa。高壓為上升氣流，這種上升氣流，到了高空即向四周輻散并下沉。高原南側(cè)的垂直環(huán)流很明顯的西南季風(fēng)沿喜馬拉雅山爬坡上升，在輻散，主要部分向北半球，由于偏向力作用而轉(zhuǎn)為西南氣流，再構(gòu)成一個閉合環(huán)流，這個垂直環(huán)流稱為季風(fēng)環(huán)流，破壞這個季節(jié)里該區(qū)域中的Hadlay環(huán)流。從高原南、北側(cè)輻合折敢流30°～50°N，來一個半徑為L的球，放在一個流速為v的粘性流體中發(fā)生的繞流情況，若流體的粘性系數(shù)為γ，流體的Reynolds定義為Re=vL/γ3.15Re小時，球后部的運動可看成是定常的。當(dāng)Re超過一臨界值時，運動就變成周期的。當(dāng)Re再高時，運動成為Karman，Re3.24KarmanLγReynoldsu。隨著季節(jié)突7、8、9Re2～610～11Reynolds3.243.24建立和南北移動雨帶的移動有著直接的關(guān)系，我們有必要詳加描述。圖3.15那樣?xùn)|北東—西南西的，從西端的兩湖(、湖南)盆地到東端的海。這20°N7～825°N時，大氣環(huán)流(副置和強度)會發(fā)生偏離季節(jié)變化的振動，系統(tǒng)北移的進(jìn)程發(fā)生跳躍，東側(cè)兩支氣流的活動南支氣流是異?；钴S的，它常在850hPa和700hPa圖上形成一支超地動中心。長年存在的活動中心長年稱為性的，而有季節(jié)變化的則稱為半性的。圖高壓中心有西伯利亞高壓，高壓。規(guī)模的風(fēng)隨季節(jié)的轉(zhuǎn)換稱為季風(fēng)中國東南沿海是世界著名的季風(fēng)區(qū)，資料來判斷其位置。圖3.26a所示云圖亮度最大的區(qū)域定為熱帶輻合帶位置。當(dāng)合帶相關(guān)聯(lián)。熱帶輻合帶的南北擺動有明顯的季節(jié)性(圖3.26b)。在7、8、9月份，熱帶輻10-15，andT.H.VonderHaar,1995）3.26(b)熱帶輻合帶的季節(jié)擺動（選自張元箴，1987）3.275.5km500hPa的高度場，由于高空等壓面上滿足地轉(zhuǎn)風(fēng)原則，因此平均高度場可3.27(a)1月平均500hPa（b）7月平均500hPa高度場（選自Townsend,R.Dand平均槽、脊系統(tǒng)。其中有三個明顯的槽：一在140E的亞洲東岸(由鄂海向較低緯度的及中國東海傾斜)，稱為東亞大槽二是位于80W的大陸東岸(自大湖區(qū)向較低緯。到夏季已不存在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Rossby駐波公式來解釋。。Rossby多變，但緯向運動的波動性卻是顯而易見的（3.28）。Rossby(1939)的一個重大貢獻(xiàn)就是發(fā)現(xiàn)了這種波動性是可以利用渦度守衡方程來和預(yù)報的。3.281980.2.3,GMT0000l＞lsLs45°N這示大部長波槽是東的后退少的還要長槽的后過程是響這些條件也不是常能滿足的這些會給我們所謂的槽來脊去的天氣圖預(yù)報方法造成。（4對于亞和中就風(fēng)帶來烏山地區(qū)歐洲西甚東Cg，設(shè)波速為CCg≠cC＞c(5)500hPa500hPa流分為南北兩支；(b30°N；(c)53.293.303.306月份也常有切斷低壓發(fā)展，稱為東北冷渦。它多數(shù)是從貝加爾湖地區(qū)的低渦移入的；或是 2360m/s40m/s4季風(fēng)盛行，華中開始受夏季風(fēng)影響。在上述500hPa和地面水平環(huán)流背景下，春季陸盛行鋒面氣旋和冷高壓過程。南支急流上面多有槽脊活動，暖空氣活躍，有利用氣旋，夏季特征634°N40°N25°N90°E540°N，4到最弱的程度；夏季風(fēng)在華南達(dá)極盛，在華中盛行并開始影響華北。中國江淮流域和進(jìn)入初夏梅雨季節(jié)。這次變化即所謂的“六月突變”。經(jīng)過這次變化西南季風(fēng)也同時爆40°N時有熱低壓出現(xiàn)，在、東海及沿海地區(qū)可有熱帶天氣系統(tǒng)9臺風(fēng)、東等)的活動。繼“六月突變”之后，于7月上中旬東亞大陸和上空的高空急流再一次發(fā)生明顯變化，45°～60°N，、(35°～40°N)，大陸上脊線也達(dá)到30°N附近。在青藏高原及其以東的華空可出國江淮地區(qū)和的梅雨過程結(jié)束，自此中國開始盛夏季節(jié)。盛夏開始后，東亞大槽完全消失，地面上較低緯度兩個活動中心(太平洋副高低壓)是主要角色。華南空高為東風(fēng)環(huán)此時經(jīng)常受到熱帶天氣系統(tǒng)如臺風(fēng)和東等影響中國西南地區(qū)7-8月間伴隨熱帶輻合帶、8930m/s50m/s，并開始向40°N130°E25°～9開始盛行秋季天氣過程。秋季開始后，由于冷空氣控制陸大部分地區(qū)，除華西、華南制，天氣仍很熱，稱為“秋”天氣。由于秋季對流層鋒區(qū)仍停留在40°N以北，因此，冬季特征10月中旬高空西風(fēng)帶明顯向南擴展，東風(fēng)帶向南撤退，南支急流迅速建立并南移，基本穩(wěn)定在30°N以南的平均位置上。這種變化上游90°E青藏高原上空比中國東部生進(jìn)一步的顯著變化華南夏季風(fēng)也中國整個大地開始受冬季風(fēng)控制繼“十月突變”之后，于11月末或12月初，東亞大陸和 探測10高空急流云系，呈盾狀，上邊界光滑習(xí) Hadley參考文卜玉康。大氣環(huán)流基礎(chǔ)。氣象,1994葉篤正等。當(dāng)代氣候研究。氣象，1989朱抱真。Multipleflowequilibriainthetropicalcirculationandmonsoon.AdvancesinAtmosphericSciences,4,375-384,1987.朱乾根等。天氣學(xué)原理和方法。氣象。1992張元箴。天氣學(xué).氣象,1987Brown.J.IntroductiontoGeographicfluidmechnics.PrenticeHall.Dotton,JA.TheCeaselessWind:Anintroductiontothetheoryofatmosphericmotion.McGraw-Hill,Inc.,1976.height,andpressurefor0-120km.NASATM-100697,1988.Hide,RandPJMason.Sloconvectioninarotatingfluid.Advancesinphysics,1975:24,47-100.Holton,JR.Anintroductiontodynamicmeteor