4.1 地球自转和三圈环流在线视频

同学们

大家好

我是袁俊鹏老师

欢迎大家来到《天气学》课堂

通过学习

我们已经知道太阳辐射

是驱动大气产生运动的基本源动力

由于太阳辐射能量

随着纬度分布的不均匀

造成了不同纬度的热力有差异

空气受热上升

遇冷下沉

从而使得大气产生了流动

形成了热力驱动的环流

如果仅仅只有太阳辐射

单一的因子驱动

地球上的环流将会是怎样的

是的

那么将会在南北半球

那么将会在南北半球

各产生一个单圈经向环流

而高中的地理知识就已经告诉我们

地球上真实运行的大气环流

并不是这样简单的单圈环流

这也说明大气的运动

除了太阳辐射这个影响因子之外

一定还有其他的因子在起作用

我们知道地球有一个重要的特点

地球是旋转的
我们知道地球有一个重要的特点

地球是旋转的

那么如果在太阳辐射因子的基础之上

再考虑地球的这个旋转的特性

大气环流的运行会发生哪些变化

这就是本节课学习的主要内容

这里我们以北半球为例

受到太阳辐射的作用

赤道地区是能量的盈余区

空气受热上升

到了高空分别向南北半球辐散出去

一支流向南半球的极地方向

一支流向北半球的极地方向

这里我们主要以北半球为例来讲述

向北极方向辐散的这支南风气流

一旦离开赤道

就会受到地转偏向力的作用

逐渐向右侧偏转

到了大约北纬30°附近的副热带地区

就会由南风逐渐偏转为西风

这支气流逐渐由南风偏转为西风的过程中

在经向上产生了辐合

气流的辐合导致在副热带地区

产生下沉运动

并在这里形成了副热带高压带

下沉气流到达地面附近

又分别向南北方向辐散

其中一支向北极方向流动

一支向赤道地区回流

回流的这支近地层的北风

受到地转偏向力的作用

也逐渐向右偏转为东北风

形成了东北信风

这样

在北半球的赤道地区

就形成了一个闭合的环流圈

这就是著名的热带Hadley环流圈

这支环流圈

是由于赤道附近的盈余热量驱动的

属于热力驱动的直接环流圈

与这支环流圈伴随的高空为西南风

低空为东北信风

同样

低层的东北信风

和来自南半球的东南信风辐合

将会在赤道地区形成赤道低压带

我们再来看极地地区

极地是严重的能量亏损区

空气冷却下沉

在极地对流层的低层

形成了极地高压带

这支冷却下沉的气流到达近地面

向赤道方向辐散为北风气流

北风气流在地转偏向力的作用下

逐渐偏转成为东北风

而之前热带Hadley环流

在副热带地区下沉后

向极地方向辐散的南风气流

则在地转偏向力的作用下

逐渐偏转为西南风

两支低空气流在副极地相遇

辐合

形成了副极地低压带

并且在辐合后会产生上升运动

到高空后再向南北两侧辐散

一支为南风向北极方向回流

在流向极地的过程中

受到地转偏向力的作用

逐渐向右侧偏转为西南风

这支气流到达极地后下沉

从而在极地附近形成一支闭合的环流圈

称为极地环流圈

这支环流圈是在较冷的北极下沉

在相对较暖的副极地上升

所以也是一支热力

主要是冷却作用驱动的大气环流圈

因此

这支极地环流圈

也被称为极地Hadley环流圈

与这支环流圈伴随的风系

在高空为西南风

低空为极地东风带

可以看到

在热带Hadley环流圈

与极地环流圈中间

也有一个闭合的环流圈

这支环流圈

在偏暖的副热带地区下沉

相对较冷的副极地地区上升

是一支反热力环流圈

它是由于Hadley环流圈的下沉支

和极地环流的上升支动力驱动的

因此属于动力驱动的间接环流圈

被称为中纬度Ferrel环流圈

对应的高层风

受到地转偏向力的作用

由北风逐渐偏转为东风气流

低层则为西南风

我们可以看到

在考虑了地球自转之后

北半球出现了三个环流圈

那么同样

南半球也应该是三个环流圈

请同学们课后自己动手画一画

南半球的三圈环流及其对应的高、低空风风系

以及气压带的情况

这里老师要提醒大家

南半球的地转偏向力与北半球是反向的

以上给大家介绍的就是著名的气象大师

Rossby先生给出的三圈经向环流的概念模型

我们来回顾总结一下这个三圈环流模型

以北半球为例

对流层大气在经向上共有三个环流圈

分别是热带地区的Hadley环流圈

中纬度地区的Ferrel环流圈

和极地地区的极地环流圈

其中热带Hadley环流圈和极地环流圈

是热力驱动的直接环流圈

比较强

而Ferrel环流圈则是动力驱动的间接环流圈

相对比较弱

与三圈环流相对应

在对流层低层形成三个风系和四个气压带

三个风系为

低纬度地区的东风带

也称为东北信风带

中纬度地区的西风带

和高纬度地区的东风带

四个气压带分别为赤道低压带

副热带高压带

副极地低压带和极地高压带

极地环流圈低层的寒冷的偏北气流

与中纬度Ferrel环流圈低层的

相对偏暖的偏南气流将会在副极地相遇

形成一支行星锋区

极锋锋区

这支锋区是属于冷锋性质的锋区

在地面图上还可以看到有明显的锋面

同时由于这里有很强的温度梯度

在对流层的高层

极地对流层顶和中纬度对流层顶断裂处

还会形成一支强劲的极峰急流

此外热带Hadley环流圈高层偏南暖湿气流

与中纬度Ferrel环流圈高层的偏北气流

将会在副热带高空相遇

形成副热带高空锋区

这支锋区偏暖锋性质

在地面图上没有显著信号

主要的信号在高空

同样

由于这里的温度梯度对比比较大

在对流层高层会形成另外一支急流

副热带西风急流

因此在对流层的高层

高纬度地区主要为西风带

还有一支极峰急流

在中纬度地区有弱的东风

而在低纬度地区的高空也是西风带

对应有另外一支西风急流

副热带西风急流的出现

同时

请同学们注意

在高空还有两条行星锋区

分别为极峰和副热带锋

以上给大家介绍的理论模型

与实际观测中看到的现象是不是吻合的呢

我们再来对比看一下实际观测数据

所展示的全球经向平均环流的运行图像

可以看出南北半球各有清晰的三圈环流

说明在考虑太阳辐射的基础之上

加入地球自转的因素

所得到的半球尺度三个环流圈的理论结果

与实际观测资料是比较吻合的

通过以上的学习

我们知道了地球自转

是控制大气环流运行的重要因子

也是造成半球尺度上

有经向三圈环流的重要原因

在太阳辐射的基础之上

考虑地球自转的作用

南北半球将各出现三个经向环流圈

同时对应着

对流层高层和低层的风系

气压带

锋区的分布

这就是Rossby先生关于地球自转

和三圈环流的经典概念模型

这个模型只考虑了太阳辐射

和地球自转两个主要因子

就高度近似的模拟出与地球真实大气

大尺度环流运行非常接近的基本状况

这个模型既简单又实用

那么

它是不是完美的呢

请大家仔细对比这个

概念模型与实际大气环流运行之间的异同

进一步分析

总结Rossby三圈环流经典模型的优点

和缺点分别是什么

大气环流是不是还受到其他因子的影响呢

请同学们进一步思考

下节课

我们再来一起回答这几个问题

好了

今天的课

就到这儿了

同学们

下节课再见