《三圈環(huán)流的理論及形成》
瀏覽次數(shù):次 發(fā)布時(shí)間:2020-01-02 發(fā)布人:楊海迪
理論簡介
三圈環(huán)流理論 ,在氣象學(xué)中指逐漸被廢棄的有關(guān)地環(huán)風(fēng)系的模式,它表示在南北半球各有3個(gè)平行的風(fēng)圈或風(fēng)帶。
理論形成
三圈環(huán)流理論自T.伯杰龍最先提出(1928),后由C. G.羅斯貝作進(jìn)一步發(fā)揮,用它代替喬治·哈得來在1735年所提出的哈得來環(huán)流模式。
哈得來模式表示在南北半球各有一個(gè)單一環(huán)流,在低空空氣向西并向赤道流動(dòng),在高空空氣向東并向極地流動(dòng)。三圈環(huán)流理論假定在每個(gè)半球上各有兩個(gè)哈得來環(huán)流,一個(gè)出現(xiàn)在近赤道地區(qū),一個(gè)出現(xiàn)在近極地區(qū)域。在兩個(gè)環(huán)流之間是費(fèi)雷爾環(huán)流,在費(fèi)雷爾環(huán)流圈中,地面空氣向東并向極地流動(dòng),高空則向西并向赤道流動(dòng)。三圈環(huán)流理論較好地解釋了地表面所觀測(cè)到的風(fēng)系:熱帶東風(fēng)信風(fēng)帶,中緯度西風(fēng)帶和極地東風(fēng)帶。但是,這個(gè)理論與下列事實(shí)不一致:在高空中緯度西風(fēng)帶不是改變方向,而是風(fēng)速變得更強(qiáng);其次,在熱帶高空氣常常很弱,或根本不存在;并且在三圈環(huán)流中向極地輸送的能量不如熱帶大氣從太陽輻射中得到的能量為多。此外,三圈環(huán)流理論不能解釋大氣中角動(dòng)量的輸送。
由于在熱帶和極地,東風(fēng)帶的流動(dòng)方向和地球自轉(zhuǎn)的方向相反,地面摩擦使其速度減慢(相對(duì)于地面),并不斷地從地球獲得角動(dòng)量;又因?yàn)闁|風(fēng)帶的速度保持不變,因此必須把獲得的角動(dòng)量同時(shí)傳遞給中緯度西風(fēng)帶。中緯度向東吹的風(fēng)速快于地球轉(zhuǎn)動(dòng)的速度,地面摩擦使其速度減慢并失去角動(dòng)量傳給地球;這樣,它們也繼續(xù)保持比較穩(wěn)定的速度。怎樣完成這種動(dòng)量傳遞,三圈環(huán)流理論不能解釋特別清楚。現(xiàn)在有人認(rèn)為,完成這種動(dòng)量傳遞的中緯度是高低氣壓系統(tǒng),即擾動(dòng),和長的駐波。
環(huán)流的形成過程
編輯單圈環(huán)流的形成過程
假設(shè)地球不自轉(zhuǎn),地表性質(zhì)均一,太陽直射赤道。此時(shí)引起大氣運(yùn)動(dòng)的因素是高低緯度之間的受熱不均。因而在終年炎熱的赤道地區(qū),大氣受熱膨脹上升,在終年嚴(yán)寒的兩極地區(qū),大氣冷卻收縮下沉。這樣,在高空,赤道形成高氣壓,氣壓梯度力的方向指向極地,大氣由赤道上空流向兩極上空。在近地面,赤道形成低氣壓,兩極形成高氣壓,氣壓梯度力的方向指向赤道,大氣由兩極流回赤道。因此,在同一半球,赤道和極地之間形成了單圈閉合環(huán)流。
三圈環(huán)流的形成過程
從北半球來看,赤道地區(qū)上升的暖空氣,在氣壓梯度力作用下,由赤道上空向北流向北極上空(南風(fēng))移動(dòng),受地轉(zhuǎn)偏向力影響,由南風(fēng)逐漸右偏成西南風(fēng),在30°N附近上空堆積,于是產(chǎn)生下沉氣流,致使近地面氣壓升高,形成副熱帶高氣壓帶。近地面,在氣壓梯度力作用下,大氣由副熱帶高氣壓帶向南北流出。向南的一支流向赤道低壓,在地轉(zhuǎn)偏向力影響下,由北風(fēng)逐漸右偏成東北風(fēng),稱為東北信風(fēng)。同理南半球也會(huì)形成東南信風(fēng),東北信風(fēng)與南半球的東南信風(fēng)在赤道附近輻合上升,在赤道與副熱帶地區(qū)之間便形成了低緯環(huán)流圈。 [1]
近地面,從副熱帶高氣壓向北流的一支氣流,在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下逐漸右偏成西南風(fēng)即盛行西風(fēng)。從極地高氣壓帶向南流的氣流(北風(fēng))在地轉(zhuǎn)偏向力影響下逐漸向右偏形成東北風(fēng),即極地東風(fēng)。較暖的盛行西風(fēng)與寒冷的極地東風(fēng)在60°N附近相撞,在近地面形成暖鋒(極鋒)。暖而輕的氣流爬升到冷而重的氣流之上,形成了副極地上升氣流。上升氣流到高空,又分別流向南北,向南的一支氣流在地轉(zhuǎn)偏向力的影響下,由北風(fēng)逐漸右偏成東北風(fēng),在30°N附近與來自赤道的高空西南風(fēng)相撞形成冷鋒,加強(qiáng)了副熱帶高氣壓帶高空的下沉氣流,進(jìn)一步升高副熱帶高氣壓帶的氣壓,于是在副熱帶地區(qū)與副極地地區(qū)之間構(gòu)成中緯度環(huán)流圈;向北的一支氣流在北極地區(qū)下沉,是在副極地地區(qū)與極地之間構(gòu)成了高緯度環(huán)流圈。由于副極地上升氣流使近地面的氣壓降低,于是形成了副極地低氣壓帶。 [1]
同理,南半球同樣存在著低緯、中緯、高緯三個(gè)環(huán)流圈。因此,在近地面,共形成了7個(gè)氣壓帶、6個(gè)風(fēng)帶。