大气环流

标签：大气环流, 季节变化, 全球气候变化

1. 大气环流介绍

大气环流，是地球表面大规模的空气流动，是重新分配热量和水汽的途径。换句话说，大气环流是地球表面大气之间能量不均匀分布所驱动的。
能量不均匀，包括太阳辐射在不同纬度上的不均匀，赤道多，两极少。以及大气环流主要发生在对流层，温度随高度而下降，热空气上升，冷空气下降。
此外，地球自转也会对大气环流产生显著影响。
大气环流的基本结构是稳定的，但局部的天气系统是具有随机性的。

2. 四个气压带

气压带本质上大气在垂直方向上不同温度引起的大气上升或下降的过程。
==赤道低压带==：赤道地区，热量最丰富，热空气带着丰富的水汽上升形成低压区。
==副热带高压带==：赤道区域上升的湿热空气一边上升，一边向南北两侧扩散，湿热空气随着上升慢慢干燥冷却，到达约 30° 纬度开始下沉，形成高压区。
==极地高压带==：与赤道地区相反，热量最少，冷空气下沉，形成高压区。
==温带低压带==：来自副热带高压带相对较热的干燥高压大气，和极地低压的干燥高压较冷的大气，在温带（约 60°纬度）相遇，上升的暖空气又形成低气压区。
低压维持机制：温带低压带和赤道低压带，都是因为暖空气上升形成低气压，而暖空气冷却时水汽凝结放热，又会加热周围空气，从而加深低气压。
高压维持机制：高压带是大气向下移动，这种下沉气流通常会比较干燥，随着下沉，空气被压缩加热，进一步降低相对湿度。下沉空气相对比周围空气更加稳定，抑制了对流和云的形成，减少降水，进一步维持晴朗干燥的天气。

3. 三个风带

风带本质上就是高压的大气向低压区释放压力的过程，加上地球自转，就形成了不同的风向。
==信风带==：从副热带高压带吹向赤道低压带，地球自西向东自转，30° 纬度的线速度比赤道区域的线速度要慢，由于角动量守恒，会形成东风，更具体的，在北半球即东北风。在南半球即东南风。
==西风带==：从副热带高压带吹向温带低压带，30° 纬度的线速度比 60° 纬度的线速度要快，因此会形成西风。更具体的，在北半球，就是西南风，在南半球就是西北风。
==极地东风带==：从极地高压带吹向温带低压带，0° 纬度的线速度比 60° 纬度的线速度要慢，因此会形成东风。

4. 三个环流

把风带看做水平方向上的大气运动，气压带看作垂直方向上的大气运动，合在一起就是大气环流了。
==哈德莱环流==：赤道地区热空气上升（赤道低压带），向两极移动，在副热带地区下沉（副热带高压带），副热带高压带向赤道低压带移动（信风带），形成闭环。这个环流是赤道地区高温多雨和副热带地区干旱的主要原因。
==极地环流==：冷空气在极地下沉（极地高压带），向赤道移动（极地东风带），在温带附近上升（温带低压带），温带上升空气向南北两侧移动，形成闭环。这个环流是极地干冷气候与温带地区气候多变的主要原因。
==费雷尔环流==：处在哈德莱环流和极地环流之间的次要环流，来自赤道地区的热空气在副热带地区下沉（副热带高压带）后向中纬度移动（西风带）与来自高纬度来的冷空气相遇后，热空气上升（温带低压带）后向南北移动形成闭环。

5. 大气环流受季节的影响

哈德莱环流，在夏季可能会扩展到更高的纬度，而在冬季收缩。当然，因为北半球的冬季就是南半球的夏季，因此在北半球夏季，哈德莱环流在北半球会扩展到更高纬度，而在南半球处于较低的纬度。
费雷尔环流，在冬季，随着极地和中纬度地区温差增大，费雷尔环流可能更活跃，导致温带地区的风暴和天气波动增加。
极地环流，在冬季由于极地地区温度更低，极地高压增强，对附近地区的影响更大。

6. 局部大气环流

大气环流，本质上是气体的热量分配不均衡引起的。因此只要有不均衡的大气，就有不同规模的环流。
城市风，城市由于人类活动排放大量余热，与郊区相比呈现热岛效应。城市内热空气上升行成低压带，而后向四周扩散，冷却后下沉形成高压带，风从高压带吹向低压带，因此城市会有从郊区吹来的风，如果这时候城市环流内有大气污染严重的工业区，就会把污染物吹向城市。
山谷风，山区和相邻的谷区，白天阳光直射山地加热较快，相对谷底更热，空气变暖上升，在谷地下沉形成高气压，风会从谷地吹向山地。称为谷风。晚上的时候山地散热较快，相对谷底更冷，谷地空气变暖上升，在山地下沉，风会从山地吹向谷地，称为山风。所以山地白天更容易下雨，而谷地多在夜晚下雨。
平原-山地风：与山谷风类似，白天风从平原吹向山地，晚上则从山地吹向平原，但范围要比山谷风要广。
海陆风：海水比热容比陆地大，白天陆地升温更快，形成低压，风从海吹向陆地，称为海风，晚上陆地降温更快，形成高压，风从陆地吹向海洋，称为陆风。

7. 季风系统

季风也是一种大规模的大气环流系统，陆地和海洋在冬季和夏季的加热程度不同，夏季陆地更热，形成低压区，风多从海洋吹往陆地，带来湿润气流，也伴随大量降水。反过来冬季海洋相对较热，形成低压区，风从陆地吹向海洋，陆地相对干燥。
大气环流的本质是温差，因此在季风系统影响比较大的区域，比如亚洲和非洲的部分区域，季风系统的影响会超过三大环流的影响。
在亚洲，夏季季风主要是由印度洋上的湿暖气流驱动，吹向亚洲大陆，特别是印度次大陆，东南亚地区，还有中国南部地区带来大量降水，夏季季风特点是高温多雨。而冬季则相反，风从亚欧大陆内部吹向印度洋和太平洋，内陆空气干燥，因此冬季季风带来的降水较少。
在西非，夏季季风从大西洋带来水汽，而冬季则相反。东非相对复杂，但也存在夏季湿润，冬季干燥的模式。
三大环流也会影响季风系统，比如哈德莱环流在夏季范围扩张，增加了赤道和副热带气压差异，会增强季风系统。
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8. 全球气候变化对大气环流的影响

极地地区的加热：
- 全球气候变化导致极地地区加热速度快于其他地区，减弱极地与低纬度地区之间的温度梯度，进而导致极地涡旋和急流的减弱或不稳定（极地涡旋是一种强大的低压区，存在于地球的北极和南极地区的平流层中。它由强烈的冷空气围绕两极形成，并由高速的西风，也就是极地急流所环绕）。
- 极地涡旋的减弱可能导致冷空气更容易逃逸到低纬度地区，引起突然的冷空气爆发，增加冬季中纬度地区的极端天气事件。
- 极地急流的减弱可能导致天气系统移动速度减慢，导致某些地区出现更长时间的高温或低温条件。
极端天气事件的增加：
- 全球气候变化可能导致主要风带（如信风、西风带）向两极移动。
- 这种变化可能改变降水模式，导致某些地区变得更干旱或更湿润。
- 同时更多的能量和水汽被储存在大气中，加剧了天气系统的动力。极端天气事件（如热浪、干旱、暴雨和风暴）可能变得更加频繁和剧烈。