大氣運動狀況極為復雜,運動形式千姿百態(tài),規(guī)模差別很大,活動的時間和發(fā)展變化規(guī)律也各不相同。按照它們規(guī)模的大小可概括為行星尺度系統(tǒng)、大尺度系統(tǒng)、中尺度系統(tǒng)和小尺度系統(tǒng)。
行星尺度系統(tǒng)的水平范圍在數(shù)千千米以上,活動時間在一周以上,如西風帶里大的波動、副熱帶高壓等;大尺度系統(tǒng)的水平范圍在數(shù)百千米到1 000 km之間,活動時間一般維持3~5天,如氣旋、臺風等;中尺度系統(tǒng)的水平范圍在幾十千米到100 km之間,維持時間一天左右,如山谷風、海陸風等;小尺度系統(tǒng)的水平范圍在10 km以下,一般僅存在幾小時甚至更短,如龍卷風、雷雨云等。
這些系統(tǒng)既有區(qū)別又有聯(lián)系,共同構成大氣運動的總體。在這些系統(tǒng)中,以行星尺度系統(tǒng)的大氣運動最為穩(wěn)定,它又是其他各種運動形式的基礎。它反映了大氣運動的基本狀態(tài)和變化特征,并制約著規(guī)模較小的氣流活動。通常把這種大規(guī)模的行星尺度的大氣運動總稱為大氣環(huán)流。
大氣環(huán)流不僅是各種規(guī)模運動系統(tǒng)的形成和活動的基礎,而且是各地天氣變化、氣候形成和演變的重要條件。
低緯環(huán)流和高緯環(huán)流都是熱力因素形成的環(huán)流,所以從成因上說屬于熱力環(huán)流;中緯環(huán)流是因動力因素形成的,所以屬于動力環(huán)流。
早在1735年英國氣象學家哈德萊就提出了大氣環(huán)流模式,到19世紀美國氣象學家裴瑞爾對大氣環(huán)流模式又做了修改,后來許多氣象學家對大氣環(huán)流又做了大量的研究工作,使得大氣環(huán)流模式日漸完善。人們?yōu)榱思o念哈德萊和裴瑞爾兩位氣象學家的貢獻,有時把低緯環(huán)流稱為哈德萊環(huán)流,中緯環(huán)流稱為裴瑞爾環(huán)流。
三圈環(huán)流在地球表面的具體表現(xiàn)是全球性的氣壓帶和風帶的分布。地球表面氣壓帶和風帶對各地區(qū)天氣和氣候的形成及變化有著重要影響。
分布在南北半球的信風本來是干熱穩(wěn)定的,經(jīng)過廣大洋面時變得越來越潮濕,這兩支高溫潮濕的氣流在赤道地區(qū)匯合上升,凝云致雨,形成赤道地區(qū)濕熱多雨的氣候特征。赤道地區(qū)的降雨多為雷陣雨,主要發(fā)生在午后。一年中平均100天左右有雷陣雨,個別地區(qū)如爪哇的茂物,年雷雨天數(shù)竟達320天。
在赤道上空的大氣又以反信風的方向向副熱帶流去,這支由赤道向副熱帶流動的高空氣流性質已經(jīng)變得干熱,因為大氣中的水汽大部分都以降雨的形式落在赤道地區(qū)了。這支干熱的氣流在副熱帶下沉,又發(fā)生增溫作用,變得更加干熱。副熱帶下沉氣流籠罩著副熱帶地區(qū),形成這里的干熱氣候,使這里成為世界上最干最熱的地區(qū)。由副熱帶近地面奔向赤道的穩(wěn)定而干熱的信風,長途流經(jīng)于廣大洋面上,變得越來越潮濕不穩(wěn)定,最終又歸宿于赤道地區(qū)。
中緯環(huán)流與低緯、高緯環(huán)流有很大的不同,中緯低空盛行西南氣流,而高空是西北氣流,所以中緯環(huán)流的垂直剖面不是一個封閉的環(huán)流圈。為什么中緯環(huán)流高空盛行偏西氣流呢?現(xiàn)在還沒有一個公認的令人滿意的解釋。有人認為,高緯、低緯環(huán)流的高空都盛行偏西氣流,受它們的牽制作用,中緯高空也就形成了偏西氣流。
中緯環(huán)流的高低空都盛行偏西氣流,所以中緯地區(qū)的西風帶非常深厚。在中緯地區(qū)來自高緯的冷空氣和來自低緯的暖空氣交匯,使得西風帶很不穩(wěn)定,出現(xiàn)波動,通常稱為長波,表現(xiàn)為大槽大脊的形式,還經(jīng)常有鋒面、氣旋活動(它們常相伴而生,叫鋒面氣旋),形成西風帶不穩(wěn)定的天氣,尤其是在海洋上常多風暴天氣。特別是在南半球中緯地區(qū),強勁的西風,有咆哮的西風帶之稱。
在航海路線上,為了確保安全,常選擇穩(wěn)定的信風帶航線,而不走多風暴的西風帶航線,所以很早以來信風就有“貿易風”之稱。
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