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《三圈环流的理论及形成》
浏览次数:次      发布时间:2020-01-02       发布人:杨海迪

理论简介

三圈环流理论 ,在气象学中指逐渐被废弃的有关地环风系的模式,它表示在南北半球各有3个平行的风圈或风带。

理论形成

三圈环流理论自T.伯杰龙最先提出(1928),后由C. G.罗斯贝作进一步发挥,用它代替乔治·哈得来在1735年所提出的哈得来环流模式。
哈得来模式表示在南北半球各有一个单一环流,在低空空气向西并向赤道流动,在高空空气向东并向极地流动。三圈环流理论假定在每个半球上各有两个哈得来环流,一个出现在近赤道地区,一个出现在近极地区域。在两个环流之间是费雷尔环流,在费雷尔环流圈中,地面空气向东并向极地流动,高空则向西并向赤道流动。三圈环流理论较好地解释了地表面所观测到的风系:热带东风信风带,中纬度西风带和极地东风带。但是,这个理论与下列事实不一致:在高空中纬度西风带不是改变方向,而是风速变得更强;其次,在热带高空气常常很弱,或根本不存在;并且在三圈环流中向极地输送的能量不如热带大气从太阳辐射中得到的能量为多。此外,三圈环流理论不能解释大气中角动量的输送。
由于在热带和极地东风带的流动方向和地球自转的方向相反,地面摩擦使其速度减慢(相对于地面),并不断地从地球获得角动量;又因为东风带的速度保持不变,因此必须把获得的角动量同时传递给中纬度西风带。中纬度向东吹的风速快于地球转动的速度,地面摩擦使其速度减慢并失去角动量传给地球;这样,它们也继续保持比较稳定的速度。怎样完成这种动量传递,三圈环流理论不能解释特别清楚。现在有人认为,完成这种动量传递的中纬度是高低气压系统,即扰动,和长的驻波

环流的形成过程

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单圈环流的形成过程

假设地球不自转,地表性质均一,太阳直射赤道。此时引起大气运动的因素是高低纬度之间的受热不均。因而在终年炎热的赤道地区,大气受热膨胀上升,在终年严寒的两极地区,大气冷却收缩下沉。这样,在高空,赤道形成高气压,气压梯度力的方向指向极地,大气由赤道上空流向两极上空。在近地面,赤道形成低气压,两极形成高气压,气压梯度力的方向指向赤道,大气由两极流回赤道。因此,在同一半球,赤道和极地之间形成了单圈闭合环流。

三圈环流的形成过程

地球的自转,假设地表性质均一,太阳直射赤道,则引起大气运动的因素是高低纬之间的受热不均和地转偏向力。 [1] 
从北半球来看,赤道地区上升的暖空气,在气压梯度力作用下,由赤道上空向北流向北极上空(南风)移动,受地转偏向力影响,由南风逐渐右偏成西南风,在30°N附近上空堆积,于是产生下沉气流,致使近地面气压升高,形成副热带高气压带。近地面,在气压梯度力作用下,大气由副热带高气压带向南北流出。向南的一支流向赤道低压,在地转偏向力影响下,由北风逐渐右偏成东北风,称为东北信风。同理南半球也会形成东南信风,东北信风与南半球的东南信风在赤道附近辐合上升,在赤道与副热带地区之间便形成了低纬环流圈。 [1] 
近地面,从副热带高气压向北流的一支气流,在地转偏向力的作用下逐渐右偏成西南风即盛行西风。从极地高气压带向南流的气流(北风)在地转偏向力影响下逐渐向右偏形成东北风,即极地东风。较暖的盛行西风与寒冷的极地东风在60°N附近相撞,在近地面形成暖锋(极锋)。暖而轻的气流爬升到冷而重的气流之上,形成了副极地上升气流。上升气流到高空,又分别流向南北,向南的一支气流在地转偏向力的影响下,由北风逐渐右偏成东北风,在30°N附近与来自赤道的高空西南风相撞形成冷锋,加强了副热带高气压带高空的下沉气流,进一步升高副热带高气压带的气压,于是在副热带地区与副极地地区之间构成中纬度环流圈;向北的一支气流在北极地区下沉,是在副极地地区与极地之间构成了高纬度环流圈。由于副极地上升气流使近地面的气压降低,于是形成了副极地低气压带。 [1] 
同理,南半球同样存在着低纬、中纬、高纬三个环流圈。因此,在近地面,共形成了7个气压带、6个风带。

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