大气环流粒子课堂

大气运动总览

大气运动的根本能量来自太阳辐射。地表冷热不均引起空气的垂直运动和同一水平面上的气压差，形成热力环流；在全球尺度上，再叠加地球自转的影响，就形成了三圈环流和七个气压带、六个风带。

三维地球可拖动旋转、滚轮缩放；地球边缘的光环是经向环流剖面，始终朝向你。

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热力环流原理

热力环流是由地面冷热不均而形成的空气环流，是大气运动最简单的形式。按步骤看它是怎样形成的：

热 → 上升 → 近地面低压、高空高压冷 → 下沉 → 近地面高压、高空低压

等压面高压处上凸、低压处下凹。

同一地点，近地面与高空的气压性质相反。

水平方向上，空气总是由高压流向低压。

垂直方向上，近地面气压总是高于高空——"高压""低压"是与同一水平面比较而言。

城市热岛环流

城市人口、工业集中，生产生活释放大量废热，水泥、沥青路面吸热多、绿地少，市区气温高于郊区，形成城市热岛。市区空气上升、郊区空气下沉，近地面风从郊区吹向市区。

近地面：郊区 → 市区高空：市区 → 郊区；市区上升，郊区下沉。

大气污染较重的工业应布局在热岛环流之外。

城市绿地宜布置在环流内部、下沉区附近，净化流向市区的空气。

增加绿地、水面，使用浅色屋顶，可以减弱热岛效应。

海陆风

陆地比热容小，升温、降温都比海洋快。白天陆地气温高、近地面形成低压，风从海洋吹向陆地——海风；夜晚陆地降温快，气压比海洋高，风从陆地吹向海洋——陆风。

白天海风 · 夜晚陆风近地面风总是从较冷（高压）的一侧吹向较热（低压）的一侧。

海风使滨海地区夏季白天较为凉爽、空气湿润。

传统渔民“借陆风清晨出海、借海风傍晚归航”。

山谷风

白天山坡增温快，坡面上方空气比同高度谷地上空暖，空气沿山坡上升，谷底空气补充——谷风；夜晚山坡降温快，冷空气沿坡下滑流入谷底——山风。

白天谷风 · 夜晚山风

夜晚谷底暖湿空气被冷空气抬升，易成云致雨，山区多夜雨。

冷空气在谷底堆积易形成逆温，污染物不易扩散——谷地不宜布局大气污染严重的工业。

单圈环流

先做两个假设：地表均匀、地球不自转。赤道受热最多，空气膨胀上升，高空流向两极；两极冷却，空气收缩下沉，近地面由两极流回赤道。南北半球各形成一个闭合的热力环流。

赤道：受热 → 上升 → 近地面低压极地：冷却 → 下沉 → 近地面高压

观察地球边缘的剖面：粒子在赤道上升、在两极下沉。

近地面气流沿经线由极地直接吹向赤道，没有东西向的偏转。

实际上地球在自转，这种单圈环流并不存在——见下一节。

三圈环流

地球自转产生地转偏向力（北半球向右、南半球向左）。赤道上空流向极地的气流，在约 30° 附近已偏转成西风，空气堆积下沉，单圈环流被分割成三个环流圈。

低纬环流：赤道上升 → 高空流向 30° → 下沉 → 近地面流回赤道。

中纬环流：30° 下沉的气流一部分流向高纬，在 60° 附近与极地冷空气相遇、被抬升。

高纬环流：极地冷却下沉 → 近地面流向 60° → 上升 → 高空流回极地。

气压带与风带

三圈环流在近地面形成七个气压带、六个风带，高低压相间分布，风带夹在气压带之间。

赤低 · 副高 · 副低 · 极高风从高压吹向低压，再按“北右南左”偏转。

季节移动

气压带和风带随太阳直射点的移动而移动：就北半球而言，大致夏季北移、冬季南移，移动幅度约 5～10 个纬度。

地中海气候（约 30°–40° 大陆西岸）：夏季受副热带高气压带控制，炎热干燥；冬季受西风带控制，温和多雨。看左下角 38°N 的实时判断。

热带草原气候：赤道低气压带与信风带交替控制，干湿季分明。

海陆分布与季风

真实的地球表面海陆相间。陆地冬冷夏热、海洋冬暖夏凉，气压带被切断成一个个高、低压中心，季风也由此产生。地球上显示的是 NCEP 再分析资料 1991–2020 年的月平均近地面风和海平面气压。

亚欧大陆冷却，形成强大的亚洲高压（蒙古—西伯利亚高压），把副极地低气压带切断，只在海洋上保留阿留申低压和冰岛低压。

我国东部吹西北季风，寒冷干燥；南亚吹东北季风。

亚欧大陆受热，形成亚洲低压（印度低压），把副热带高气压带切断，只在海洋上保留夏威夷高压和亚速尔高压。

我国东部吹东南季风，高温多雨；南亚吹西南季风——南半球的东南信风越过赤道后向右偏转而成。

东亚季风：海陆热力性质差异南亚季风：海陆热力性质差异 + 气压带、风带的季节移动

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