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1、农业气象学之大气环流第1页，本讲稿共36页 大大气气环环流流：是是指指大大范范围围的的大大气气运运动动状状态态及及其其随随时时空空的的变变化化过过程程，是是大大范范围围的的大大气气层层内内具具有有一一定定稳稳定定性性的的各各种种气气流流运运动的综合现象。动的综合现象。大大气气环环流流构构成成了了全全球球大大气气运运动动的的基基本本形形势势，是是全全球球气气候候特特征征和和大大范范围围天天气气形形势势的的主主导导因因子子，也也是是各各种种尺尺度度天气系统活动的背景天气系统活动的背景 按水平尺度划分：按水平尺度划分：区域、半球或全球的大气环流区域、半球或全球的大气环流 按按时时间间尺尺度度划划分分
2、：日日、月月、季季、半半年年、一一年年至至多多年年的的平平均大气环流均大气环流大气环流模式大气环流模式第2页，本讲稿共36页一、单圈环流模式一、单圈环流模式 在在赤赤道道和和极极地地之之间间构构成成了了南南北北向向一一个个闭闭合合环环流流圈圈，称称为为单圈环流单圈环流 假假设设地地表表面面是是均均匀匀的的(不不考考虑虑海海陆陆分分布布及及地地形形起起伏伏的的影响影响)，也不考虑地，也不考虑地转偏向力转偏向力，仅考虑，仅考虑水平气压梯度力水平气压梯度力第3页，本讲稿共36页0 30 N60 N90 N考虑：高低纬间热量差异考虑：高低纬间热量差异 单圈环流单圈环流 引引起起大大气气运运动动的的因因
3、素素为为高高低低纬纬间间的的受受热热不不均均，赤赤道道因因纬纬度度低低，太太阳阳高高度度大大而而终终年年炎炎热热，大大气气因因受受热热膨膨胀胀上上升升，两两极极因因纬纬度度高高，太太阳阳斜斜射射而而终终年年严严寒寒，大大气气冷冷却却收收缩缩下下沉沉。进进而而在在赤赤道道与与两两极极之之间间形成单圈闭合环流形成单圈闭合环流 南半球北半球第4页，本讲稿共36页单圈环流示意图单圈环流示意图 实实际际上上赤赤道道与与极极地地间间的的这这种种闭闭合合环环流流是是不不存存在在的的，因因为为地地球球时时刻刻不不停停地地自自转转着着，大大气气一一开开始始运运动动，马马上上就就受受到地转偏向力到地转偏向力的影响
4、，从而形成了三圈环流的影响，从而形成了三圈环流第5页，本讲稿共36页 在在赤赤道道和和极极地地之之间间构构成成了了南南北北向向三三个个闭闭合合环环流流圈圈，称称为为三三圈圈环环流流 假假设设地地表表面面是是均均匀匀的的(不不考考虑虑海海陆陆分分布布及及地地形形起起伏伏的的影影响响)，但但考虑了水平地转偏向力考虑了水平地转偏向力，和水平气压梯度力，和水平气压梯度力 二、三圈环流模式二、三圈环流模式第6页，本讲稿共36页赤赤 道道 低低 压压 带带极地高压带极地高压带副热带高压带副热带高压带东北信风带东北信风带35副极地低压带副极地低压带中纬西风带中纬西风带极地东风带极地东风带67Hadley H
5、adley 环流环流环流环流信风环流信风环流信风环流信风环流Ferrel cellPolar cell1428910考虑考虑-高低纬间热量不均，地转偏向力高低纬间热量不均，地转偏向力-三圈环流三圈环流三圈环流三圈环流第7页，本讲稿共36页三圈环流三圈环流第8页，本讲稿共36页三圈环流示意图三圈环流示意图低纬环流低纬环流中纬环流中纬环流高纬环流高纬环流第9页，本讲稿共36页 近近地地面面，副副热热带带高高气气压压带带一一部部分分气气流流向向赤赤道道低低压压带带流流去去。另另一一部部分分气气流流向向北北流流，在在地地转转偏偏向向力力影影响响下下，由由南南风风逐逐渐渐向向右右偏偏形形成成西西南南风风
6、，也也叫叫盛盛行行西西风风(画画箭箭头头)。与与此此同同时时，从从极极地地高高气气压压带带向向南南流流的的气气流流，逐逐渐渐向向右右偏偏形形成成东东北北风风，又又叫叫极极地地东东风风(画画箭箭头头)。盛盛行行西西风风与与极极地地东东风风这这两两支支冷冷暖暖不不同同的的气气流流，在在60N附附近近相相遇遇，形形成成上上升升气气流流，在在低低空空形形成成副副极极地地低低压压带带。上上升升气气流流到到高高空空，一一部部分分流流向向副副热热带带高高气气压压带带上上空空(画画箭箭头头)为为补补充充副副热热带带高高气气压压带带下下沉沉气气流流的的来来源源(画画箭箭头头)。这这样样在在30N与与60N之间形
7、成一个中纬环流圈之间形成一个中纬环流圈1.低纬环流低纬环流第10页，本讲稿共36页 中中纬纬环环流流：北北纬纬60附附近近的的上上升升气气流流，另另一一部部分分流流向向极极地地上上空空(画画箭箭头头)，补补充充极极地地高高气气压压带带下下沉沉气气流流(箭箭头头)。这这样样在在60N与极地之间形成一个高纬环流圈与极地之间形成一个高纬环流圈 高高纬纬环环流流：在在南南半半球球，同同样样存存在在着着低低纬纬、中中纬纬、高高纬纬三三个个环环流流圈圈。由由于于南南半半球球的的地地转转偏偏向向力力使使气气流流向向左左偏偏转转，所所以以环环流流的方向与北半球不同的方向与北半球不同 这样，在近地面，全球共形成
8、这样，在近地面，全球共形成7个气压带和个气压带和6个风带个风带(2)中纬环流中纬环流(3)高纬环流高纬环流第11页，本讲稿共36页赤赤 道道 低低 压压 带带副热带高压带副热带高压带副热带高压带副热带高压带副极地低压带副极地低压带副极地低压带副极地低压带极地高压带极地高压带极地高压带极地高压带东东北北信信风风中中纬纬西西风风极地东风极地东风东东南南信信风风中中纬纬西西风风极极 地地 东东 风风地球上的气压带和风带地球上的气压带和风带气压带成因：气压带成因：赤赤道道低低压压带带与与极极地地高高压压带带是是由由于于冷冷热热不不均均引引起起空空气气运运动动而而形形成成的的，属属热热力力原因原因副副热
9、热带带高高压压带带与与副副极极地地低低压压带带是是由由于于大大气气运运动动引引起起空空气气质质量量变变化化而而形形成成的的，属动力原因属动力原因第12页，本讲稿共36页 1.三三圈圈环环流流是是：哈哈得得莱莱环环流流圈圈(低低纬纬环环流流圈圈)、中中纬纬度度环流圈环流圈(费雷尔环流圈费雷尔环流圈)、极地环流圈、极地环流圈 2、四四个个气气压压带带：赤赤道道低低压压带带(00)、副副热热带带高高压压带带(300)、副极地低压带副极地低压带(600)、和极地高压带、和极地高压带(900)3、三三个个风风带带：东东北北信信风风带带(NE)(00-300N)、盛盛行行西西风风带带(SW)(300-60
10、0N)、极地东风带、极地东风带(NE)(600-900N)第13页，本讲稿共36页 考考虑虑海海陆陆分分布布及及地地形形起起伏伏的的影影响响，以以及及水水平平地地转转偏偏向向力力和和水水平平气气压压梯梯度度力力的的影影响响。大大气气环环流流变变得得更更加加复复杂杂。海海陆陆的的热热力力差差异异切切断断了了气气压压带带，使使气气压压带带变成了变成了高低气压中心高低气压中心 三、实际环流三、实际环流第14页，本讲稿共36页第二节大气活动中心第二节大气活动中心 一、一、一、一、大气活动中心：大气活动中心：大气活动中心：大气活动中心：由于海陆分布割断了气压带而形成由于海陆分布割断了气压带而形成的高低气
11、压中心称为大气活动中心的高低气压中心称为大气活动中心第15页，本讲稿共36页冬冬冬冬 季季季季阿留申阿留申阿留申阿留申低压低压低压低压高高高高冰岛低压冰岛低压冰岛低压冰岛低压高高第16页，本讲稿共36页夏夏夏夏 季季季季阿留申阿留申阿留申阿留申低压低压低压低压冰岛低压冰岛低压冰岛低压冰岛低压高高高高低低低低第17页，本讲稿共36页二、东风带和西风带二、东风带和西风带n n低纬度，低纬度，低纬度，低纬度，15N15N以南以南以南以南800hPa下面，东风较下面，东风较下面，东风较下面，东风较强，强，强，强，8m/s；n n中纬度，中纬度，中纬度，中纬度，27N27N处处处处200hPa200hP
12、a，西风最强，西风最强，40m/s40m/s；北北0102030405060708090东风东风东风东风西风西风北半球冬季北半球冬季北半球冬季北半球冬季第18页，本讲稿共36页n n低纬度，东风范低纬度，东风范低纬度，东风范低纬度，东风范围变大，围变大，围变大，围变大，10N10N处处处处200hPa200hPa高空东风高空东风高空东风高空东风增大到增大到增大到增大到10m/s10m/s；n n中纬度西风范围中纬度西风范围中纬度西风范围中纬度西风范围缩小，最大风速缩小，最大风速缩小，最大风速缩小，最大风速减小到不足减小到不足减小到不足减小到不足20m/s20m/s。二、东风带和西风带二、东风带
13、和西风带北北0102030405060708090东风东风东风东风西风西风北半球夏季北半球夏季北半球夏季北半球夏季第19页，本讲稿共36页三、急流三、急流急流急流急流急流(jet stream)(jet stream)：风速：风速30m/s以上的狭窄强风带。以上的狭窄强风带。以上的狭窄强风带。以上的狭窄强风带。根据现有资料，位于东亚根据现有资料，位于东亚海上各日本上空的急流强海上各日本上空的急流强度最大，冬季可达度最大，冬季可达150180m/s;150180m/s;甚至达甚至达甚至达甚至达200m/s200m/s。第20页，本讲稿共36页三、急流三、急流急流的分类急流的分类：1.1.温带急流
14、温带急流温带急流温带急流：位于南、北半球中、高纬度地区的上空，：位于南、北半球中、高纬度地区的上空，与极锋相联系。与极锋相联系。2.2.副热带急流副热带急流：位于：位于：位于：位于200hPa200hPa高空副热带高压的北缘，与副高空副热带高压的北缘，与副高空副热带高压的北缘，与副高空副热带高压的北缘，与副热带锋区相联系。热带锋区相联系。热带锋区相联系。热带锋区相联系。3.3.热带东风急流热带东风急流热带东风急流热带东风急流：位于副高南缘的：位于副高南缘的150100hPa150100hPa高空，其高空，其高空，其高空，其位置变动在赤道至南北纬位置变动在赤道至南北纬位置变动在赤道至南北纬位置变
15、动在赤道至南北纬20间，最大风速间，最大风速间，最大风速间，最大风速 平均平均平均平均3040m/s，个别可达，个别可达，个别可达，个别可达50m/s50m/s。第21页，本讲稿共36页 1.季季风风：是是指指大大范范围围地地区区盛盛行行的的、以以一一年年为为周周期期随随季季节节改改变变风风向向的的风风，称称为为季季风风。季季风风带带来来的的天天气气现现象象有有明明显显的的差别。差别。海陆的热力差异而引起的季风示意图海陆的热力差异而引起的季风示意图第三节第三节 季风和地方性风季风和地方性风第22页，本讲稿共36页 冬冬季季风风(大大陆陆季季风风)：冬冬季季，大大陆陆冷冷却却比比海海洋洋剧剧烈烈
16、，大大陆陆上上形形成成高高压压，海海洋洋上上形形成成低低压压，于于是是，风风从从大大陆陆吹吹向向海海洋洋，称为称为大陆风或冬季风大陆风或冬季风 夏夏季季风风(海海洋洋风风)：夏夏季季，大大陆陆増増热热比比海海洋洋剧剧烈烈，大大陆陆上上形形成成低低气气压压，海海洋洋上上形形成成高高气气压压，于于是是，风风由由海洋吹向大陆，称为海洋吹向大陆，称为海洋风或夏季风海洋风或夏季风2.季风的分类季风的分类季风形成的原因？季风形成的原因？季风形成的原因？季风形成的原因？第23页，本讲稿共36页n n赤道季风区赤道季风区：有明显的雨季和旱季，带来雨量的变化；全有明显的雨季和旱季，带来雨量的变化；全年炎热，没有
17、明显的温度变化。（赤道非洲、印度南部、年炎热，没有明显的温度变化。（赤道非洲、印度南部、斯里兰卡、印度尼西亚、马来西亚）斯里兰卡、印度尼西亚、马来西亚）n n热带季风区热带季风区：有明显的温度差别，同时有明显的雨季和旱有明显的温度差别，同时有明显的雨季和旱季的差别，夏季可以受到南半球来的西南季风的直接影响。季的差别，夏季可以受到南半球来的西南季风的直接影响。（南亚、东南亚）（南亚、东南亚）n n东亚季风区（热带季风区，温带季风区）东亚季风区（热带季风区，温带季风区）东亚季风区（热带季风区，温带季风区）东亚季风区（热带季风区，温带季风区）：冬夏温度相差剧冬夏温度相差剧烈烈(20(20)，有明显的
18、雨季。（亚洲东部），有明显的雨季。（亚洲东部），有明显的雨季。（亚洲东部），有明显的雨季。（亚洲东部）2.季风的分类季风的分类第24页，本讲稿共36页3、我国盛行的季风、我国盛行的季风 冬冬季季为为强强大大的的蒙蒙古古高高压压控控制制，海海上上为为阿阿留留申申低低压压控控制制，盛行盛行寒冷而干燥的西北风寒冷而干燥的西北风。造成晴朗寒冷干燥的天气。造成晴朗寒冷干燥的天气 夏夏季季，大大陆陆为为印印度度低低压压控控制制，海海上上为为太太平平洋洋高高压压控控制制，盛盛行行温温暖暖而而湿湿润润的的东东南南风风。我我国国西西南南地地区区因因受受印印度度季季风风的的影响，影响，夏季吹西南风夏季吹西南风。造
19、成湿热多云雨的天气。造成湿热多云雨的天气第25页，本讲稿共36页中国的季风区划图中国的季风区划图中国的季风区划图中国的季风区划图第26页，本讲稿共36页 由由于于各各种种地地理理条条件件的的影影响响，常常常常形形成成某某些些地地方方性性的的空气环流，称为空气环流，称为地方性风地方性风 (一一)海陆风海陆风 1、概概念念：晴晴稳稳天天气气时时，海海岸岸附附近近，白白天天由由海海洋洋吹吹向向陆陆地地，夜夜间间由由陆陆地地吹吹向向海海洋洋，这这种种风风向向昼昼夜夜交交替替的的地地方方性风称为海陆风性风称为海陆风 2、海海陆陆风风的的形形成成：热热力力因因素素是是海海陆陆风风形形成成的的基基本本原原因
20、因。即海陆之间存在有热力差异即海陆之间存在有热力差异地方性风地方性风第27页，本讲稿共36页海陆风示意图海陆风示意图白天白天夜间夜间第28页，本讲稿共36页 相相同同点点是是：季季风风与与海海陆陆风风都都是是由由于于海海陆陆之之间间的的热热力差异引起的力差异引起的 不同点是：不同点是：季季风风是是由由于于海海陆陆之之间间气气压压的的季季节节变变化化而而引引起起的的，以以一一年年为为周周期期的的风风随随季季节节改改变变的的现现象象；海海陆陆风风是是由由于于海海陆陆之之间间气气压压的的日日变变化化而而引引起起，以以一一日日为为周周期期，风风向向随昼夜改变的现象随昼夜改变的现象 季风的影响范围比海陆
21、风大季风的影响范围比海陆风大季风与海陆风之间的异同季风与海陆风之间的异同第29页，本讲稿共36页F谷谷风风：由由于于白白天天山山坡坡接接受受太太阳阳光光热热较较多多，空空气气增增温温较较多多；而而山山谷谷上上空空，同同高高度度上上的的空空气气因因离离地地较较远远，增增温温较较少少。于于是是山山坡坡上上的的暖暖空空气气不不断断上上升升，并并在在上上层层从从山山坡坡流流向向谷谷地地，谷谷底底的的空空气气则则沿沿山山坡坡向向山山顶顶补补充充，这这样样便便在在山山坡坡与与山山谷谷之之间形成一个热力环流。下层风间形成一个热力环流。下层风由谷底吹向山坡，称为谷风由谷底吹向山坡，称为谷风F山山风风：到到了了
22、夜夜间间，山山坡坡上上的的空空气气受受山山坡坡辐辐射射冷冷却却影影响响，空空气气降降温温较较多多；而而谷谷地地上上空空，同同高高度度的的空空气气因因离离地地面面较较远远，降降温温较较少少。于于是是山山坡坡上上的的冷冷空空气气因因密密度度大大，顺顺山山坡坡流流入入谷谷地地，谷谷底底的的空空气气因因汇汇合合而而上上升升，并并从从上上面面向向山山顶顶上上空空流流去去，形形成成与与白白天天相相反反的的热热力力环环流流。下下层层风风由由山山坡坡吹吹向向谷谷地地，称称为为山风山风 （二）山谷风（二）山谷风第30页，本讲稿共36页山风和谷风山风和谷风第31页，本讲稿共36页 1.焚焚风风 是是由由于于空空气
23、气下下沉沉运运动动，而而使使空空气气温温度度升升高高，湿湿度度降降低低的的一一种种干干而而热热的的风风。通通常常指指气气流流越越过过山山顶顶后后由由山山上上吹下来的热而干燥的风吹下来的热而干燥的风 (三三)焚焚 风风焚焚风风形形成成示示意意图图第32页，本讲稿共36页2、焚风的形成、焚风的形成 设设山山高高2000米米，过过山山以以前前，即即迎迎风风坡坡山山脚脚处处气气温温为为30.0，如如果果气气流流上上升升到到800米米处处开开始始凝凝结结(此此高高度度称称为为凝凝结结高高度度)，空空气气上上升升时时不不断断有有水水气气凝凝结结成成云云致致雨雨(湿湿绝绝热热直直减减率率m=0.4/100m
24、)，过过山山以以后后，假假设设气气流流中中并未携带云块，求背风坡山脚的温度？并未携带云块，求背风坡山脚的温度？(三三)焚焚 风风第33页，本讲稿共36页 解解：已已知知 迎迎风风坡坡山山脚脚t1=30.0 干干绝绝热热直直减减率率d=1.0/100米米 湿绝热直减率湿绝热直减率m=0.4/100米米 迎迎风风坡坡山山脚脚800米米处处(干干绝绝热热上上升升)，800米米处处的的温温度为度为t800则，则，800米米山顶山顶(湿绝热上升湿绝热上升)，山顶处的温度，山顶处的温度t/则则第34页，本讲稿共36页 山山顶顶背背风风坡坡山山脚脚(干干绝绝热热下下沉沉)，背背风风坡坡山山脚脚的的温度为温度
25、为t2则则 答：背风坡山脚的温度为答：背风坡山脚的温度为37.2 焚焚风风一一年年四四季季都都可可以以出出现现，春春季季的的焚焚风风可可以以使使积积雪雪融融化化，有有利利于于灌灌溉溉农农田田，夏夏末末的的焚焚风风可可使使粮粮食食和和水水果果早早熟熟，但但强强大大的的焚焚风风易易引引起起森森林林火火灾灾，过过低低的的相相对对湿湿度度对对正正在在灌灌浆浆期期的的作作物物如如麦类等不利，易造成晴干、高温逼熟麦类等不利，易造成晴干、高温逼熟第35页，本讲稿共36页 在两高地对峙的狭窄谷口，常观测到流速比附近在两高地对峙的狭窄谷口，常观测到流速比附近地区大得多的风，称为峡谷风地区大得多的风，称为峡谷风峡峡谷谷风风示示意意图图(四四)峡谷风峡谷风第36页，本讲稿共36页