大气环流

引入

为什么赤道附近多雨,而南北纬 $30^{\circ }$ 附近多沙漠?

为什么东亚有明显的四季,而同纬度的西欧冬暖夏凉?

全球的大气运动有没有一个大尺度的规律?

气温与气压描述了气温和气压的空间分布,但如果只看局部气压差异,无法解释全球降水的宏观格局。大气环流是全球尺度的大气运动规律,它决定了地球上哪些地方多雨、哪些地方干旱,是理解世界气候类型分布的关键。

正文

定义

大气环流是全球性的大气运动系统,包括三圈环流（形成气压带和风带）和季风环流。它是太阳辐射不均和地球自转共同作用的结果。

三圈环流

三圈环流是一个理想模型,假设地球表面均匀（无海陆差异和地形起伏）,只考虑太阳辐射纬度差异和地转偏向力。

形成过程

1. 赤道地区:受热多 → 空气膨胀上升 → 地面形成赤道低压带
2. 极地地区:受热少 → 空气冷却下沉 → 地面形成极地高压带
3. 空气从高压流向低压,但受到地转偏向力影响,不能直接到达

三个环流圈（以北半球为例）:

环流圈	范围	运动方式
低纬环流（Hadley 环流）	$0^{\circ }\sim 30^{\circ }$	赤道上升 → 高空北流 → $30^{\circ }$ 附近下沉 → 地面南流回赤道
中纬环流（Ferrel 环流）	$30^{\circ }\sim 60^{\circ }$	$30^{\circ }$ 下沉 → 地面北流 → $60^{\circ }$ 附近上升 → 高空南流
高纬环流（Polar 环流）	$60^{\circ }\sim 90^{\circ }$	$60^{\circ }$ 上升 → 高空北流 → 极地下沉 → 地面南流

气压带和风带

三圈环流在地面形成了七个气压带和六个风带:

气压带	纬度位置	成因	天气特征
赤道低压带	$0^{\circ }$ 附近	热力因素（受热上升）	多雨
副热带高压带	$30^{\circ }$ 附近	动力因素（空气堆积下沉）	干燥
副极地低压带	$60^{\circ }$ 附近	动力因素（冷暖空气交汇上升）	多雨
极地高压带	$90^{\circ }$ 附近	热力因素（冷却下沉）	干燥

风带	纬度范围	风向（北半球）	风向（南半球）
信风带	$0^{\circ }\sim 30^{\circ }$	东北风	东南风
西风带	$30^{\circ }\sim 60^{\circ }$	西南风	西北风
极地东风带	$60^{\circ }\sim 90^{\circ }$	东北风	东南风

气压带风带的季节移动

气压带和风带随太阳直射点的南北移动而移动:

• 北半球夏季:北移约 $5^{\circ }\sim 10^{\circ }$
• 北半球冬季:南移约 $5^{\circ }\sim 10^{\circ }$

**影响:**某些地区在不同季节受不同气压带或风带控制,形成特殊气候。

例:地中海气候 = 夏季受副热带高压控制（干燥） + 冬季受西风带控制（多雨）

季风环流

三圈环流是理想模型,实际上地球表面有海陆差异和地形起伏,导致气压带被”打断”,形成季风。

定义

季风是大范围地区盛行风向随季节显著变化的现象,主要由海陆热力差异和气压带风带的季节移动引起。

东亚季风

季节	风向	源地	性质	天气
冬季	西北风	蒙古-西伯利亚高压	寒冷干燥	寒冷少雨
夏季	东南风	太平洋副热带高压	温暖湿润	高温多雨

**成因:**海陆热力差异为主。冬季大陆冷却快,形成高压;海洋相对温暖,形成低压。夏季相反。

南亚季风

季节	风向	成因	天气
冬季	东北风	海陆热力差异	干燥
夏季	西南风	气压带风带季节移动（南半球东南信风越过赤道右转为西南风）	湿热多雨

南亚夏季风比东亚夏季风更强,降水更集中,这与印度洋的水汽供给和青藏高原的地形强迫有关。

大气环流对气候的影响

气压带/风带控制	降水特征	典型气候
赤道低压带	全年多雨	热带雨林气候
副热带高压带	全年少雨	热带沙漠气候
西风带	全年温和多雨	温带海洋性气候
副高 + 西风交替	夏干冬雨	地中海气候
季风	夏季多雨,冬季少雨	季风气候

实际气压分布

真实地球的气压分布并不像三圈环流模型那样规则,主要受海陆分布影响:

北半球冬季（1月）:

• 亚欧大陆:亚洲高压（蒙古-西伯利亚高压）
• 北太平洋:阿留申低压
• 北大西洋:冰岛低压

北半球夏季（7月）:

• 亚欧大陆:亚洲低压（印度低压）
• 北太平洋:夏威夷高压
• 北大西洋:亚速尔高压

**南半球:**海洋面积大,气压带相对完整,接近带状分布。

引出

锋面、气旋、反气旋这些天气系统如何影响日常天气?

为什么地中海气候只在大陆西岸出现?

厄尔尼诺如何扰乱正常的大气环流?

参考:天气系统、世界气候类型、气温与气压