[高三政史地]对大气环流的尝试性理解.ppt

一、对中纬西风带的误解与困惑 1、高空风向与地面风向必然相反，对吗？ （误 解） 2、观测事实：中纬度地区地面和高空都是西风。（困 惑） 一些现象： （1）在天气预报中看卫星云图，我国上空的云系都是向东移动； （2）中纬度地区上空，飞机向东飞行比向西飞行耗时间要少； （3）冬季，西风气流经过青藏高原时，被分成南、北两支； （4）大多数时候，珠峰顶上的旗云由西向东移动。 撒哈拉沙漠的沙尘是如何到达瑞士的？ 二、人类对大气环流的认识历史 17世纪航海以风为动力，1686年英国哈雷发表信风理论。 1735年，英国的哈得莱创立了经圈环流的理论，赤道附近的经圈环流被称为哈得莱环流。 1835年，法国的科里奥利提出了地转偏向力。 1856年美国的费雷尔提出了中纬度环流（费雷尔环流）。 1928年，瑞典的伯杰龙提出了三圈环流理论（tricellular theory），是解释大气环流形成机制的一个简明模型。 高空西风急流的发现：三圈环流理论的困境 三、大气环流的平均状况 1、平均水平环流： 底层大气图 高空大气图 2、平均纬向环流： 经向剖面图 3、平均经圈环流： 参考简图 三、大气环流的平均状况 1、平均水平环流之一，底层大气 对流层底层，自下垫面以上平均1.5千米为摩擦层，以上为为自由大气层。 底层大气水平环流可以看海平面气压场和风的分布，亚洲大陆出现季节性变化的气压中心，这个大家比较熟悉。 三、大气环流的平均状况 1、平均水平环流之二，高空大气 高空自由大气,水平运动风是不受摩擦力影响的地转风，以纬向环流为主。 在中、高纬度地区上空，全年盛行以极地为中心的西风，其上叠加有大尺度扰动，称为西风波。西风带有明显的季节性移动，它向夏半球的极地移动约10个纬度，在冬半球由于极地与赤道间温度梯度增大，西风强度也达最大。 三、大气环流的平均状况 2、平均纬向环流 赤道及其附近：冬夏都是深厚的东风（地面即为信风），从冬季到夏季，北半球东风带向北移动，范围变大，强度增强。 中高纬度地区：冬夏都是深厚的西风，范围强度随高度增大，冬季强夏季弱，在对流层顶风速达最大值，这支强西风急流（jet stream)，平均速度冬季可达40m/s，夏季在15m/s以上。 极地地区：近地面层，有浅薄的弱东风，即极地东风带，厚度和强度都是冬季大于夏季，高空为西风。 北半球平均纬向风速的经向剖面图 三、大气环流的平均状况 3、平均经圈环流 低纬环流圈：又称哈得莱环流圈（Hadley cell），是一个直接热力环流圈，地面空气从较暖处上升，在较冷处下沉，所以称为正环流圈。 中纬环流圈：又称费雷尔环流圈（Ferrel cell），是间接热力环流圈，地面空气从较冷处上升，在较暖处下沉，所以称为逆环流圈，其上层出现西风急流。 高纬环流圈：又称极地环流圈（Polar cell），也是一个直接热力环流形成的正环流圈。 哈得莱环流圈 总结： 大气环流基本上是以极地为中心并绕其旋转的纬向环流运动，纬向主流上叠加了涡旋和波动，同时又包含着经圈环流，形成一个整体的环流体系。 纬向环流包括三个风带，即： 1.赤道及其附近：地面和高空都是东风，高空有东风波动，地面即信风带； 2.中纬度地区：地面和高空，整个对流层都是深厚的西风和西风波。在高空，西风范围扩大到低纬度和高纬度； 3.极地东风带：局限于近地面层，高空是西风。 四、对大气环流的尝试性理解 1、热力与动力的原因——先有鸡还是先有蛋？ 大气环流的原因和结果一定能那么机械地分割吗？ ◎ 热力原因 上世纪40年代以前，气象学家普遍认为，大气环流主要是热力原因导致气压差异而产生运动，气压场起主要作用。 ◎ 动力原因 1939年，美籍瑞典人罗斯贝在高空天气图上发现了长波（罗斯贝波），创立了长波理论。 高空西风波充分发展可以形成高、低压中心，不少实验也证明了这一理论的正确性。 大气环流究竟是气压场还是风场为主导成了学术界长期争论的问题。 大气运动适应尺度理论 20世纪50年代，中国开始建立大规模的气象观测网。 叶笃正（中国气象学的泰斗，罗斯贝的学生，2005年度国家最高科学技术奖的获得者）等学者，经过反复研究后建立了大气运动适应尺度理论—— 不同空间尺度的运动都存在着特征尺度，当实际运动的空间尺度大于这个特征尺度时，气压场起主导作用；当运动的空间尺度小于特征尺度时，风场起主导作用；对中小尺度的大气运动，同样存在适应问题。 四、对大气环流的尝试性理解 2、气流与水流的相似性 都产生波动、脉动和湍流，水流比气流更直观。