第5章 大氣系統(tǒng)的平均狀態(tài)

1、第五章 大氣系統(tǒng)的平均狀態(tài)第一節(jié)第一節(jié) 平均溫度結(jié)構(gòu)平均溫度結(jié)構(gòu)第二節(jié)第二節(jié) 平均大氣環(huán)流平均大氣環(huán)流第三節(jié)第三節(jié) 季風(fēng)季風(fēng)第四節(jié)第四節(jié) 氣候的地理分布（氣候帶與氣候型）氣候的地理分布（氣候帶與氣候型）125.1 5.1 平均溫度結(jié)構(gòu)平均溫度結(jié)構(gòu)5.1.1 全球溫度分布全球溫度分布對流層平流層中間層熱成層臭氧層溫度隨高度變化年平均緯向平均溫度垂直剖面51月份7月份5.2 5.2 平均大氣環(huán)流平均大氣環(huán)流 大氣環(huán)流：大氣環(huán)流：一般是指具有世界規(guī)模的、大范圍的大氣運(yùn)一般是指具有世界規(guī)模的、大范圍的大氣運(yùn)行現(xiàn)象，既包括平均狀態(tài)，也包括瞬時現(xiàn)象，其水平行現(xiàn)象，既包括平均狀態(tài)，也包括瞬時現(xiàn)象，其水平尺度

2、在數(shù)千公里以上，垂直尺度在尺度在數(shù)千公里以上，垂直尺度在10km以上，時間尺以上，時間尺度在數(shù)天以上。度在數(shù)天以上。 大氣大范圍運(yùn)動的狀態(tài)。大氣大范圍運(yùn)動的狀態(tài)。 某一大范圍的地區(qū)（如歐亞地區(qū)、半球、全球），某一某一大范圍的地區(qū)（如歐亞地區(qū)、半球、全球），某一大氣層次（如對流層、平流層、中層、整個大氣圈）大氣層次（如對流層、平流層、中層、整個大氣圈）在一個長時期（如月、季、年、多年）的大氣運(yùn)動的在一個長時期（如月、季、年、多年）的大氣運(yùn)動的平均狀態(tài)或某一個時段（如一周、梅雨期間）的大氣平均狀態(tài)或某一個時段（如一周、梅雨期間）的大氣運(yùn)動的變化過程都可以稱為大氣環(huán)流。運(yùn)動的變化過程都可以稱為大氣環(huán)

3、流。一、海平面氣壓場（冬季）一、海平面氣壓場（冬季）阿留申低壓、冰島低壓、阿留申低壓、冰島低壓、蒙古高壓和北美高壓蒙古高壓和北美高壓赤道槽或赤道輻合帶（赤道槽或赤道輻合帶（ITCZ）：）：1月位于南半球，表現(xiàn)為由南月位于南半球，表現(xiàn)為由南非、澳大利亞和南美三個大陸非、澳大利亞和南美三個大陸熱低壓組成的低壓帶。熱低壓組成的低壓帶。南半球南半球40S以南，等壓線幾乎與以南，等壓線幾乎與緯圈平行，明顯呈帶狀分布，緯圈平行，明顯呈帶狀分布，在其北側(cè)是南太平洋副高、南在其北側(cè)是南太平洋副高、南大西洋副高和印度洋高壓。大西洋副高和印度洋高壓。大氣活動中心大氣活動中心一、海平面氣壓場（夏季）一、海平面氣壓場

4、（夏季）大氣活動中心大氣活動中心北太平洋副高、大西洋副高北太平洋副高、大西洋副高（亞速爾高壓）、南亞熱低壓、（亞速爾高壓）、南亞熱低壓、北美熱低壓和冰島低壓北美熱低壓和冰島低壓赤道槽或赤道輻合帶（赤道槽或赤道輻合帶（ITCZ）：）：7月移至北半球，在南亞與大月移至北半球，在南亞與大陸熱低壓合并，使這個地區(qū)出陸熱低壓合并，使這個地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)大的西南風(fēng)?，F(xiàn)強(qiáng)大的西南風(fēng)。南半球南半球40S以南，等壓線幾乎與以南，等壓線幾乎與緯圈平行，明顯呈帶狀分布，緯圈平行，明顯呈帶狀分布，在其北側(cè)是南太平洋副高、南在其北側(cè)是南太平洋副高、南大西洋副高和印度洋高壓。大西洋副高和印度洋高壓。大氣活動中心有的長年都存在，

5、僅范圍和強(qiáng)度有所變化，大氣活動中心有的長年都存在，僅范圍和強(qiáng)度有所變化，永久性活動中心（多出現(xiàn)在海洋）永久性活動中心（多出現(xiàn)在海洋） ：亞速爾高壓、北太平洋副熱帶高壓、冰島低壓、阿留申低壓亞速爾高壓、北太平洋副熱帶高壓、冰島低壓、阿留申低壓有明顯的季節(jié)變化，只在某些季節(jié)存在，稱為有明顯的季節(jié)變化，只在某些季節(jié)存在，稱為 半永久性活動中心（多出現(xiàn)在大陸）：半永久性活動中心（多出現(xiàn)在大陸）：蒙古高壓（西伯利亞高壓）、亞洲低壓、北美高壓、北美低壓蒙古高壓（西伯利亞高壓）、亞洲低壓、北美高壓、北美低壓10冬夏季海平面氣壓的主要特征冬夏季海平面氣壓的主要特征北半球中高緯度：北半球中高緯度：1 1月月北半

6、球中高緯海平面氣壓場的北半球中高緯海平面氣壓場的大氣大氣活動中心活動中心：阿留申低壓、冰島低壓、蒙古高壓和北美高壓：阿留申低壓、冰島低壓、蒙古高壓和北美高壓。7 7月月北半球的北半球的大氣活動中心大氣活動中心：太平洋副高、大西洋副高：太平洋副高、大西洋副高、南亞熱低壓、北美熱低壓和冰島低壓。、南亞熱低壓、北美熱低壓和冰島低壓。 低緯度：低緯度：南北半球之間的赤道地區(qū)是一個低壓帶，稱赤道南北半球之間的赤道地區(qū)是一個低壓帶，稱赤道槽或赤道輻合帶（槽或赤道輻合帶（ITCZITCZ）。）。南半球中高緯度：南半球中高緯度：南半球南半球40S40S以南，無論冬夏，等壓線幾以南，無論冬夏，等壓線幾乎與緯圈平

7、行乎與緯圈平行 。它的北側(cè)副熱帶的三個大洋上終年保持。它的北側(cè)副熱帶的三個大洋上終年保持三個高壓中心，它們就是南太平洋副高、南大西洋副高和三個高壓中心，它們就是南太平洋副高、南大西洋副高和印度洋高壓。印度洋高壓。 二、對流層中部的平均環(huán)流（二、對流層中部的平均環(huán)流（5.5Km）西風(fēng)帶平均槽脊（冬季）西風(fēng)帶平均槽脊（冬季）：北半球北半球三槽三三槽三脊（脊（槽槽：亞洲大陸東岸、北美大陸東岸和：亞洲大陸東岸、北美大陸東岸和烏拉爾山以西；烏拉爾山以西；脊脊：阿拉斯加、西歐沿岸：阿拉斯加、西歐沿岸和貝加爾湖地區(qū)）。和貝加爾湖地區(qū)）。南半球南半球不明顯。不明顯。西風(fēng)帶平均槽脊（夏季）西風(fēng)帶平均槽脊（夏季）

8、：北半球北半球四槽四槽四脊（東亞大槽東移四脊（東亞大槽東移20個經(jīng)度，引起季個經(jīng)度，引起季節(jié)性的長波調(diào)整）。節(jié)性的長波調(diào)整）。南半球南半球不明顯。不明顯。副熱帶高壓副熱帶高壓：脊線冬季約位于：脊線冬季約位于15N。副熱帶高壓副熱帶高壓：脊線夏季向北推移到：脊線夏季向北推移到25-30N附近。附近。極渦1 1月北半球月北半球兩個中心；兩個中心； 南半球一個南半球一個中心。中心。南、北半南、北半球球7 7月一個月一個中心中心冬夏季對流層中部的平均環(huán)流冬夏季對流層中部的平均環(huán)流 的主要特征的主要特征槽脊：槽脊：冬季冬季500hPa500hPa平均環(huán)流呈三槽三脊型平均環(huán)流呈三槽三脊型 ；7 7月北半球

9、西風(fēng)帶月北半球西風(fēng)帶的平均槽脊增加到四個。冬夏南半球西風(fēng)帶平均槽脊都不明顯的平均槽脊增加到四個。冬夏南半球西風(fēng)帶平均槽脊都不明顯 。 極渦：極渦：極渦的中心都不在南北極。極渦的中心都不在南北極。 1 1月北半球的極渦有兩個中月北半球的極渦有兩個中心，心，7 7月只有一個中心。南半球極渦無論冬夏都只有一個中心。月只有一個中心。南半球極渦無論冬夏都只有一個中心。 急流：急流：1 1月平均最大地轉(zhuǎn)西風(fēng)軸線比月平均最大地轉(zhuǎn)西風(fēng)軸線比7 7月偏南。月偏南。 7 7月北半球最大月北半球最大平均地轉(zhuǎn)西風(fēng)軸線向北推移約平均地轉(zhuǎn)西風(fēng)軸線向北推移約2020個緯度，強(qiáng)西風(fēng)中心的風(fēng)速顯個緯度，強(qiáng)西風(fēng)中心的風(fēng)速顯著減弱

10、，僅及著減弱，僅及1 1月中心風(fēng)速的一半。月中心風(fēng)速的一半。 副高：副高：7 7月副熱帶高壓比冬季顯著增強(qiáng)。副高脊線冬季約位于月副熱帶高壓比冬季顯著增強(qiáng)。副高脊線冬季約位于15N15N，夏季則向北推移到，夏季則向北推移到25-30N25-30N附近。附近。對流層高部對流層高部三、三、平流層底部的平均環(huán)流（平流層底部的平均環(huán)流（16Km）極渦極渦：北半球：北半球1月兩個中心；南半球一個中心。月兩個中心；南半球一個中心。西風(fēng)帶平均槽脊西風(fēng)帶平均槽脊： 北半球北半球兩波型（兩波型（槽槽：亞洲和北美大陸東岸；：亞洲和北美大陸東岸；脊脊：太平洋和大西洋的中部）。：太平洋和大西洋的中部）。南半球南半球不不

11、明顯。明顯。極渦極渦：南、北半球：南、北半球7月一個中心。月一個中心。西風(fēng)帶平均槽脊西風(fēng)帶平均槽脊：北半球北半球西風(fēng)環(huán)流顯著減弱，準(zhǔn)靜止西風(fēng)環(huán)流顯著減弱，準(zhǔn)靜止波的振幅顯著變小。波的振幅顯著變小。南半球南半球不明顯不明顯。 南亞高壓南亞高壓hpaabc平均緯向環(huán)流的剖面結(jié)構(gòu)平均緯向環(huán)流的剖面結(jié)構(gòu) 年平均年平均1月月7月月環(huán)流的垂直結(jié)構(gòu)環(huán)流的垂直結(jié)構(gòu)-（1）平均緯向環(huán)流）平均緯向環(huán)流正值：西風(fēng)正值：西風(fēng)負(fù)值：東風(fēng)負(fù)值：東風(fēng)東東東東東東東東東東東東東東東東東東西西西西西西西西西西西西19環(huán)流的垂直結(jié)構(gòu)環(huán)流的垂直結(jié)構(gòu)-（2）平均經(jīng)圈環(huán)流）平均經(jīng)圈環(huán)流經(jīng)向上的三圈環(huán)流20近地面的風(fēng)帶和氣壓帶平均經(jīng)向環(huán)

12、流圈平均經(jīng)向環(huán)流圈 年平均年平均冬季冬季夏季夏季環(huán)流的垂直結(jié)構(gòu)環(huán)流的垂直結(jié)構(gòu)-（2）平均經(jīng)圈環(huán)流）平均經(jīng)圈環(huán)流三圈三圈環(huán)流環(huán)流季風(fēng)是大氣環(huán)流的重要組成部分；全球大約有四分之一的地區(qū)和二分之一的人口受到季風(fēng)的影響；尤其是亞洲低緯度地區(qū)，天氣氣候具有明顯的季節(jié)性變化；中國是最典型的季風(fēng)區(qū)之一。一、季風(fēng)研究簡介5.3 5.3 季風(fēng)季風(fēng) 我國地處東亞季風(fēng)區(qū)，東亞季風(fēng)變異嚴(yán)重影響著我國我國地處東亞季風(fēng)區(qū)，東亞季風(fēng)變異嚴(yán)重影響著我國東部的早澇等災(zāi)害性天氣、氣候的發(fā)生，從而給我國帶來東部的早澇等災(zāi)害性天氣、氣候的發(fā)生，從而給我國帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。氣象災(zāi)害每年損失約嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。氣象災(zāi)害每年損失約2000

13、2000億元，占億元，占GDP GDP 3%3%6%6%。而由季風(fēng)變異引起的氣象災(zāi)害占。而由季風(fēng)變異引起的氣象災(zāi)害占70%70%以上。以上。 所以所以, 季風(fēng)問題一直受到國內(nèi)外的重視。季風(fēng)問題一直受到國內(nèi)外的重視。 古代的季風(fēng)知識世界上第一篇關(guān)于季風(fēng)的文獻(xiàn)，即見于史記等古籍的帝舜南風(fēng)歌歌詞是那樣明白, 沒有半點(diǎn)歧義, 只26 個字, 東亞夏季風(fēng)的性狀和對社會民生的影響已概括無遺: 夏季風(fēng)依“ 時”從“南”吹來, 溫“熏”多雨, 使農(nóng)業(yè)收成豐“阜”, “民”“ 財(cái)”充足, 免受饑寒( “解” “ 慍”) 。古代的季風(fēng)知識竺可楨竺可楨. 東南季風(fēng)與中國之雨量東南季風(fēng)與中國之雨量. 地理學(xué)報地理學(xué)報

14、, 1934, 1(1): 127從公元1405到公元1433年，他受明成祖派遣，先后七次率領(lǐng)龐大的船隊(duì)進(jìn)行遠(yuǎn)航，寫下了人類進(jìn)行大規(guī)模遠(yuǎn)洋航行的壯麗篇章鄭和（公元鄭和（公元1371-1435）鄭和就是巧妙地利用了不同時間的風(fēng)向和洋流流向，從而完成了七下西洋的史詩般壯舉二、季風(fēng)概念與季風(fēng)環(huán)流（一）（一） 季風(fēng)定義季風(fēng)定義 1 1、季風(fēng)的定義、季風(fēng)的定義：一般地說，季風(fēng)指近地面層冬夏盛行風(fēng)向接近相反且氣候特征明顯不同的現(xiàn)象，是大氣環(huán)流季節(jié)變化的一種最典型的情況。所謂典型，即：（1） 冬、夏季盛行風(fēng)向接近相反。（2） 夏季：從涼的海洋吹向熱大陸； 冬季：從冷大陸吹向暖的海洋。（3） 夏季風(fēng)必須潮濕，

15、冬季風(fēng)必須干燥。28季風(fēng)區(qū)：季風(fēng)區(qū)：熱帶季風(fēng)區(qū)熱帶季風(fēng)區(qū)、副熱帶季風(fēng)區(qū)副熱帶季風(fēng)區(qū)、溫寒帶季風(fēng)區(qū)溫寒帶季風(fēng)區(qū)季風(fēng)氣候區(qū)：西非、南亞、東南亞、澳洲、南美、中美三、季風(fēng)的形成因素三、季風(fēng)的形成因素 （1 1）海、陸分布作用）海、陸分布作用海陸間的熱力差異以及這種差異的季節(jié)變化海陸間的熱力差異以及這種差異的季節(jié)變化30海陸風(fēng)與季風(fēng)，時間尺度和空間尺度都不同。海陸風(fēng)與季風(fēng)，時間尺度和空間尺度都不同。u海陸風(fēng)海陸風(fēng)白天風(fēng)從海洋吹向陸地，夜間風(fēng)從陸地吹向海洋，這種風(fēng)稱為海陸風(fēng)白天風(fēng)從海洋吹向陸地，夜間風(fēng)從陸地吹向海洋，這種風(fēng)稱為海陸風(fēng)海陸風(fēng)海陸風(fēng)是由海陸間氣壓日變化不同而引起的是由海陸間氣壓日變化不同而引

16、起的沿海地區(qū)的風(fēng)向轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，沿海地區(qū)的風(fēng)向轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，而季風(fēng)而季風(fēng)是由海、陸是由海、陸之間氣壓的季節(jié)變化而引起的風(fēng)向轉(zhuǎn)變，規(guī)模之間氣壓的季節(jié)變化而引起的風(fēng)向轉(zhuǎn)變，規(guī)模很大，且一年為周期的現(xiàn)象。很大，且一年為周期的現(xiàn)象。三、季風(fēng)的形成因素三、季風(fēng)的形成因素（2 2）行星風(fēng)帶季節(jié)位移的作用）行星風(fēng)帶季節(jié)位移的作用 在表面均勻的地球，行星風(fēng)帶基本上是緯在表面均勻的地球，行星風(fēng)帶基本上是緯向的。即熱帶為東風(fēng)帶，中高緯西風(fēng)帶。向的。即熱帶為東風(fēng)帶，中高緯西風(fēng)帶。冬夏之間，這些行星風(fēng)帶有顯著的南北位冬夏之間，這些行星風(fēng)帶有顯著的南北位移，強(qiáng)度也有很大變化。在兩支行星風(fēng)帶移，強(qiáng)度也有很大變化。在兩支行星風(fēng)帶交

17、替的區(qū)域，行星環(huán)流發(fā)生季節(jié)性轉(zhuǎn)移，交替的區(qū)域，行星環(huán)流發(fā)生季節(jié)性轉(zhuǎn)移，盛行風(fēng)向往往近于相反。盛行風(fēng)向往往近于相反。光陽太30 N30 S60 S0 60 N30 N30 S60 S0 60 N北半球夏季北半球冬季由于太陽輻射的變化，夏季太陽直射點(diǎn)北移，風(fēng)帶北進(jìn)，冬季相反而南由于太陽輻射的變化，夏季太陽直射點(diǎn)北移，風(fēng)帶北進(jìn)，冬季相反而南撤這樣在兩個風(fēng)帶相接的地區(qū)便會形成風(fēng)向隨季節(jié)而顯著改變的季風(fēng)現(xiàn)撤這樣在兩個風(fēng)帶相接的地區(qū)便會形成風(fēng)向隨季節(jié)而顯著改變的季風(fēng)現(xiàn)象。（象。（30S-30N)30S-30N)最為顯著。最為顯著。60 N30 N30 S60 S0 北半球夏季北半球冬季三、季風(fēng)的形成因素三

18、、季風(fēng)的形成因素（3 3）青藏高原作用）青藏高原作用 熱力作用 夏季：熱源（低層形成強(qiáng)大熱低壓，盛行氣旋性環(huán)流）。有助于高層南亞高壓和東風(fēng)急流的形成和維持，這與印度西南季風(fēng)的爆發(fā)有直接的關(guān)系。 冬季：冷源 動力作用 a:對氣流的分支、繞流和匯合作用 b:對氣流的爬越作用 c:對氣流的屏障作用四、亞洲季風(fēng)分區(qū)四、亞洲季風(fēng)分區(qū)亞洲季風(fēng)區(qū)分區(qū)示意圖（引自丁一匯，2005） 南亞季風(fēng)（印度季風(fēng)）東亞季風(fēng)東亞副熱帶季風(fēng)南海季風(fēng)（西北太平洋季風(fēng)）亞洲季風(fēng)印度夏季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)Krishnamurti (1976) 最早指出：印度夏季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)印度夏季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)：印度季風(fēng)槽、南亞高空反氣旋、高空自北半球向南半球

19、的越赤道氣流、南半球低空馬斯克林反氣旋以及索馬里低空越赤道氣流。印度夏季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)印度夏季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)40南亞季風(fēng)（印度季風(fēng)、西南季風(fēng)）南亞季風(fēng)（印度季風(fēng)、西南季風(fēng)）東亞季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)成員東亞季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)成員：低空包括：澳大利亞低空冷反氣旋，東亞地區(qū)低空越赤道氣流（105E或125-130E），南海西太平洋ITCZ（南海部分常稱為南海季風(fēng)槽）、西太平洋副熱帶高壓、梅雨鋒及西風(fēng)帶槽。高空則包括：南亞高壓在東亞的部分、南北兩支東風(fēng)急流、南支東風(fēng)急流形成的自北到南越赤道氣流。從經(jīng)圈環(huán)流看包括有自ITCZ上升氣流向副高區(qū)下沉的Hadley環(huán)流及自ITCZ上升到南半球反氣旋下沉的季風(fēng)經(jīng)圈環(huán)流。東亞夏季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)索馬里急流索馬里急流副熱帶高壓副熱帶高壓熱帶對流云團(tuán)熱帶對流云團(tuán)臺風(fēng)臺風(fēng)馬斯克林高壓馬斯克林高壓高原強(qiáng)迫高原強(qiáng)迫DD中高緯度中高緯度冷空氣活動冷空氣活動梅雨鋒梅雨鋒季風(fēng)槽季風(fēng)槽MJO東傳東傳東南信風(fēng)東南信風(fēng)澳大利亞高壓澳大利亞高壓西南渦西南渦季風(fēng)低壓季風(fēng)低壓D東亞夏季風(fēng)主要系統(tǒng)的示意圖東亞夏季風(fēng)主要系統(tǒng)的示意圖亞洲季風(fēng)推進(jìn)的時間亞洲季風(fēng)推進(jìn)的時間44850hPa 340K等位溫線平均位置的時間變化等位溫線平均位置的時間變化 19711980年的平均位置年的平