第七讲 热带大气的动力学特征与辐散环流
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大气热力环流知识点大气热力环流是地球大气化学环境中最重要的过程之一,它控制着地球表面的温度、湿度、风向等气候变化。
大气热力学环流的本质是指地球上的热能的转移过程,这种转移的特征是:从热能密集的地区,热能通过大气输送至热能稀薄的地区,这就形成了大气热力环流。
大气热力环流主要受到大气中温度和对流层中的水汽影响,它由四大类运动组成:垂直运动、顺经运动、涡旋环流以及气旋环流。
其中,垂直运动指地面升起气流,随着高度的升高而减弱是热力环流的重要方式;顺经运动指的是由西向东的气流运动,它受到来自赤道的向西的大气热量的影响;涡旋环流由赤道太平洋的印度洋和太平洋上的一系列涡旋组成,它们由低纬度到高纬度的水平风流构成;而气旋环流,也叫飓风环流,是大气热量在中纬度地区大气内的环形运动,是一种非常激烈的大气环流和热力输送过程。
大气热力学环流对地球气候变化有着非常重要的影响。
热辐射的均衡是维持地球表面的温度的基本原理;垂直热量输送控制地球热量的分布,从而影响地区的季节性变化和气候构成;水汽的散布和输送的控制地球表面的湿度平衡,是保证地区气候的稳定性和可预测性的关键;大气热力输送对地球表面造成强大的热量压力,控制着中低纬度地区的风向,使得风向分布均衡,影响天气的形成;涡旋环流是地球减缓热量的重要渠道,它们再经过可变的位置和质量的调整,使得温室气体不容易堆积。
大气热力环流是地球气候变化的主要因素,它对于地球气候变化及其影响有着极大的影响,因此,研究大气热力环流过程,了解它对气候变化的影响,是研究大气气候学的核心内容,也是应对气候变化持续研究的重中之重。
目前,基于数值模拟的气候模式已经成为研究气候变化的主要工具。
气候模型通过模拟大气热力学环流,可以模拟和推断将来的气候变化情况,为气候变化的应对提供科学依据。
其中,重要的研究内容是检验和分析模型的可靠性,以及模拟各种地球热力环流的过程,精确模拟气候变化,并研究其对气候变化的影响趋势。
高等天气学(大气所考博真题知识点归纳)一.定常波:定义:把纬向平均环流偏差的时间平均定义为定常波,即*[]A A A =-。
它表示时间平均图上的纬向偏差值,又称定常涡旋项,主要反映大气活动中心、高空平均槽脊以及季风等特征。
其三维结构主要用半球时间平均场的纬向不对称分布和经度-高度剖面图表征。
形成原因:定常波的形成主要是地形和非绝热加热分布不均匀性强迫的结果,两者对于定常波的维持都是十分重要的。
但热力强迫和地形强迫产生的定常波有不同的结构。
热力强迫的扰动尺度比地形强迫的大,尤其是在对流层上部。
它们的位相随高度也有更显著、更系统的向西倾斜。
对大气环流的作用:定常波对热量、西风动量、位势高度有经向输送作用:(1)热量以50N 为中心有很强的向北输送,这与中纬度定常波槽脊随高度有明显的向西倾斜有关。
向北的输送有两个最大值区,一在对流层上部和平流层下部,一在近地面附近。
(2)动量通量分布的特征在50N 以南有向北的输送,50N 以北有向南的输送。
这种输送特征与定常波槽脊在副热带有西南-东北倾斜,在中高纬有东南-西北倾斜的特征有关。
(3)因为地转风对位能的经向输送沿纬圈的平均值为零,因此定常波对位能的输送代表的是非地转运动的作用。
这种输送的主要特点是在中纬度有明显的向赤道输送。
定常的输送与瞬变波的输送相比一般较弱,*2[]v 和'2[]v 之差特别明显。
但是定常波的输送在热量、动量和涡度的局地时间平均的收支中起着重要作用,因而定常波和瞬变波的相对重要性不能只以上述方差和协方差量值来决定。
北半球冬季定常波主要特征:(1)200hPa 高度场在高纬度和低纬度有不同的流型,中纬度有明显的纬向动量向极通量,这种向极通量表示有一个从高纬流型向低纬流型的EP 通量。
因此低纬度流型的波动部分是由较高纬度的波动所强迫。
中高纬负值中心位于140E 和70W 。
在30N 附近高度场分布有明显突变现象,30N 南北高度场有明显反位相分布。
有关大气环流知识点总结大气环流是指大气中的气流在地球表面上的一种运动形式。
它是地球上大气系统的一部分,主要是由地球自转和不同温度区域之间的温度差异所引起的。
大气环流对地球上的气候、天气以及自然环境等方面都有着重要的影响。
因此,研究大气环流对于我们更好地理解地球气候系统以及预测未来的气候变化具有与重要的意义。
大气环流主要有三种类型:垂直环流、水平环流和季节性环流。
垂直环流是指大气中上升和下沉气流的运动,通常是由于地球表面加热和冷却所引起的。
水平环流是指大气中横向流动的气流,主要是由于地球的自转和不同区域的温度差异所引起的。
季节性环流是指大气中随着季节变化而发生的气流运动,主要是由于太阳照射的角度和地球轨道的倾斜角度而引起的。
在大气环流中,还存在着一些重要的概念和现象,包括风系、高压和低压系统、气旋和反气旋等。
风系是指地球上表面上的气流运动形式,主要包括副热带高压带、赤道低压带和副极地高压带等。
高压和低压系统是指大气中局部气压较高或较低的区域,它们之间的气流运动形成了大气环流的基本结构。
气旋和反气旋是指发生在大气中的旋转气流运动形式,它们在大气环流中起着重要的作用。
大气环流的形成和演变受到多种因素的影响,主要包括地球自转和地球表面加热的影响、太阳辐射的影响、地球表面地形和水汽含量的影响、以及其他一些外部因素的影响。
这些因素之间相互作用,共同决定了大气环流的形成和演变。
在大气环流中,还存在着一些重要的环流系统和现象,包括赤道西风带、副热带高压带、季风环流、地转风、温带西风带等。
赤道西风带是指赤道附近的西风带,它在赤道附近形成了一个较为稳定的气流系统,对地球上的气候和天气有着重要的影响。
副热带高压带是指地球上南北纬30度左右的高压带,它在副热带地区形成了一个强大的高压系统,对地球上的气候和天气有着重要的影响。
季风环流是指发生在季风区域的大气环流系统,它在季风地区形成了明显的季风气候特征,对地球上的气候和天气有着重要的影响。
⼤⽓动⼒学复习要点复习要点(知识点):1、动⼒⽓象学理论的基本假设主要包括什么?(1)⼤⽓是连续流体 (2)⼤⽓是可压缩流体 (3)⼤⽓近似为理想⽓体2、地球⼤⽓的动⼒学和热⼒学主要特征有哪些?⼀、⼤⽓是重⼒场中的旋转流体 (1)⼤⽓的垂直厚度⽐⽔平范围⼩的多,⼤⽓运动具有准⽔平性。
⼤尺度系统中,铅直速度远远⼩于⽔平速度,铅直⽅向⼤⽓所受作⽤⼒(⽓压梯度⼒、重⼒)近似平衡。
(2)⼤⽓随地球⼀起绕地轴旋转,致使⼤⽓必然受到科⾥奥利⼒(即科⽒⼒)的作⽤--地球的⾃转对⼤⽓的运动影响深远(所以,地球流体⼒学是旋转流体⼒学)。
⼆、⼤⽓是层结流体⼤⽓密度随⾼度的增加⽽递减,但可以将⼤⽓近似看作许多密度不同的薄层叠加⽽成三、⼤⽓中含有⽔汽⼤⽓中含有⽔汽,它既改变了空⽓的密度分布,⼜改变了⼤⽓的热⼒性质、影响着⼤⽓能量的转换。
四、⼤⽓所处的下边界是不均匀的⼤⽓的下边界就是地表,全球地表起伏不平、性质迥异,对天⽓、⽓候变化影响显著。
3、什么是个别变化?什么是局地变化?两者的关系如何?全导数表⽰个别空⽓微团在不同地点、不同时刻的温度变化率,称为空⽓微团温度的个别变化。
局地导数表⽰某⼀地点、不同时刻的温度变化率,称为温度的局地变化。
4、什么是冷平流?什么是暖平流?T ??-表⽰由于⽔平运动引起的温度的重新分布对温度局地变化(tT)的贡献,称为温度的平流变化率,简称温度平流。
即本地⽓温将下降;风由冷区吹向暖区,冷平流即本地⽓温将上升;风由暖区吹向冷区,暖平流5、惯性坐标系中空⽓微团受到哪些外⼒的作⽤?旋转坐标系中⼜受到哪些⼒的作⽤呢?1、⽓压梯度⼒:由于空间各处⽓压分布不均,周围空⽓介质对单位质量的空⽓微团所产⽣的压⼒称为⽓压梯度⼒。
⽓压梯度⼒是驱动⼤⽓运动的直接动⼒。
2、重⼒:地球引⼒与地球旋转产⽣的离⼼⼒的合⼒。
(1)惯性离⼼⼒:单位质量空⽓微团所受的惯性离⼼⼒为:(2)重⼒:单位质量空⽓微团所受的重⼒为: 3、分⼦粘性⼒:周围空⽓作⽤在空⽓微团表⾯的内摩擦⼒4、Coriolis -科⽒⼒:由于地球的旋转以及⼤⽓相对地球发⽣运动⽽产⽣的“视⽰⼒”、⾮真实⼒单位质量空⽓微团所受的科⽒⼒为:δt),,,()δt ,δz ,δy ,δx (lim lim 0δt 0δt t z y x T t z y x T δt δT dt dT -++++==→→δt),,,()δt ,,,(lim 0δt z y x T t z y x T tT t -+=??→0||||0||||>??-=??-αCos T T V0>??tT R FM G R g g 232*Ω+-=Ω+=32V ?Ω-1、⽓压梯度⼒2、科⽒⼒ f 称为科⽒参数3.重⼒:重⼒指向地⼼,故4.摩擦⼒6、局地直⾓坐标系是如何定义的?局地直⾓坐标系中⼤⽓运动基本⽅程如何写?局地直⾓坐标系:原点取在观测点,指向正东⽅(x 轴与纬圈相切),指向正北( y 轴与经线相切),指向天顶( z 轴与地⾯垂直向上)。
气象学中的大气环流模型气象学是对大气现象的研究,其中大气环流是最重要的研究方向之一。
大气环流模型是气象学中的一种工具,可以用来描述大气环流的运动规律和特征,以及预测天气和气候变化。
本文将简要介绍大气环流模型的基本概念、方法和应用。
一、基本概念大气环流是指在地球大气层中由太阳辐射加热和地球自行旋转等因素所致的空气运动,它是全球性的、循环性的、整体性的。
大气环流包括垂直环流和水平环流。
垂直环流是指大气向上或向下的运动规律,水平环流则是指大气的水平运动规律。
大气环流模型是根据物理学和数学原理所建立的数学模型。
其基本原理是根据大气物理、动力学等因素,建立一系列方程式来描述大气环流的运动规律和特征。
大气环流模型的基本方程式包括连续性方程、动量方程、热力学方程等,其中最常用的是纳维-斯托克斯方程式,它描述了大气在三维空间中的速度、压力和密度的变化。
二、方法大气环流模型的建立需要考虑大量的因素,包括地球自转、地形高低、海洋分布、季节变化等。
因此,大气环流模型是一个复杂的数学模型,需要用计算机进行运算。
针对不同的问题和应用,大气环流模型可以分为全球模式、区域模式、数值天气预报模型等。
全球模式是对全球气候的模拟和预测,它需要将整个地球都划分成一个又一个的网格,然后根据模型的方程式进行计算,从而预测出未来数天、数周或数月的气候变化。
而区域模式则是以某一个特定的地区为研究对象,模拟该地区的气候变化。
数值天气预报模型则是对气象要素进行预测,如温度、湿度、气压、风向等。
三、应用大气环流模型在气象学和气象预测方面具有非常重要的应用价值。
它不仅可以用来预测天气和气候变化,还可以用来研究大气环流的动力学、水平和垂直分布、上升和下沉机制等。
大气环流模型还可以用来解释一些气象现象的形成和演变规律,如台风、气旋和厄尔尼诺现象等。
总之,大气环流模型是气象学中一个重要的工具,它可以用来描述和预测大气环流的运动规律和特征,以及研究气象现象的成因和演变。
§1热带大气运动的主要特征§2热带大气运动的尺度分析§3热带大气波动§4热带扰动发生、发展的机制§5热带气旋结构的动力学分析重点:热带大气的基本特征,热带波动,CISK 理论§1热带大气运动的主要特征1f 的数值比较小,,比中高纬度小一个量级(但较大),所以热带地区采用赤道51010f s --=ββ平面近似:。
由于科氏力较小,大尺度运动是非地转的,但准静力平衡仍成立。
2()f y aββΩ==2大气运动的主要能源:太阳辐射能大部分在热带吸收,所以是大气运动的主要能源区,是平均动能的制造源。
3湿空气运动:凝结潜热能作为热带系统发展的主要能源。
4对流层的中、下层的层结稳定度较弱,有利于对流与物理量的垂直输送。
5水平温差较小,大气斜压性弱,所以热带某些地区的大气可视为准正压。
6主要的天气系统:1)积云对流云团(积云对流群):中、小尺度运动,水平尺度:几百千米,生命史:3—4天。
2)热带气旋(台风typhoon ,飓风Hurricane ):气旋式涡旋,低压,眼结构,暖心,螺旋云带。
易产生大风、暴雨等灾害性天气,水平尺度:几百千米,生命史:3天左右。
飓风一词源自加勒比海言语的恶魔Hurican,亦有说是马雅人神话中创世众神的其中一位,就是雷暴与旋风之神Hurakan。
台风一词则源自希腊神话中大地之母盖亚之子Typhon,它是一头长有一百个龙头的魔物,传说其孩子就是可怕的大风。
台风一词的由来:英语typhoon :(1)来自汉语(土耳其人在他们的"命名书"里说"TAYFUN"是指发生在中国海及西太平洋上的大风,译自“大风”(dais fang ),1560年进入英语。
(2)外来语(《辞海》,《英语大字典》:源自希腊语,与TYPHUS 有关.)中文「台風」一詞:(1)來自中国(2)源于日語台风的词汇几乎都一样,只是写法不同而已,而发音则几乎相同。
大气科学研究大气层中的大尺度风场和环流当我们仰望天空,感受着微风拂面,或是遭遇狂风骤雨,可曾想过这背后隐藏着怎样的奥秘?大气科学,这门神秘而又重要的学科,致力于揭示大气层中那些复杂而又引人入胜的大尺度风场和环流现象。
什么是大尺度风场和环流呢?简单来说,大尺度风场指的是在较大的空间范围内,风的分布和变化情况。
而环流,则像是大气中的巨大“传送带”,将热量、水汽和动量等在全球范围内进行传输和交换。
想象一下,地球就像一个巨大的球体,被一层厚厚的大气所包裹。
由于太阳辐射在地球上的分布不均匀,赤道地区接收到的热量多,而两极地区接收到的热量少。
这种热量的差异导致了大气的受热不均,从而产生了压力差。
空气总是从高压区流向低压区,于是就形成了风。
在全球范围内,大气环流主要有三个环流圈。
首先是低纬度的哈得莱环流,它是一个直接的热力环流,空气在赤道地区受热上升,在高空向两极流动,在副热带地区下沉,然后再回到赤道。
接着是中纬度的费雷尔环流,它相对较弱,并且受到多种因素的影响。
最后是高纬度的极地环流,其特点与前两个环流有所不同。
大尺度风场和环流对我们的日常生活有着深远的影响。
比如,季风就是一种典型的大尺度风场现象。
在亚洲地区,夏季时,海洋上的气压相对较高,风从海洋吹向陆地,带来丰富的降水,这对于农业生产至关重要。
而冬季则相反,风从陆地吹向海洋,气候较为干燥。
再比如,厄尔尼诺和拉尼娜现象,它们与大尺度的海洋和大气环流异常密切相关。
厄尔尼诺现象发生时,赤道中东太平洋海温异常升高,导致全球气候出现异常。
拉尼娜现象则与之相反,海温异常降低,也会引发一系列的气候反常。
大气科学研究大尺度风场和环流,依靠着各种先进的技术和手段。
气象卫星就是其中之一,它们能够从太空俯瞰地球,提供大范围、长时间的大气观测数据。
气象雷达则可以更精确地监测局部地区的风场和降水情况。
除此之外,数值模拟也是大气科学研究的重要方法。
科学家们通过建立复杂的数学模型,将大气的物理过程和化学过程进行量化和计算,从而预测未来的天气和气候。
大气环流规律知识点总结大气环流是地球上大气循环运动的现象,为了更好地理解大气环流规律,我们首先需要了解大气环流的基本概念和组成要素。
本文将从大气环流的概念入手,逐步介绍大气环流规律的知识点。
一、大气环流的概念和组成要素大气环流是指大气层中空气的运动,是地球自转、辐射平衡和地形等因素共同作用下的结果。
大气环流是在纬度、海陆分布和季节变化的影响下形成的。
大气环流分为垂直环流和水平环流两种。
1. 垂直环流垂直环流是指大气中不同高度层次的气流上下运动形成的环流。
常见的垂直环流包括对流和辐散。
- 对流:太阳辐射使得地球表面加热,暖空气密度减小,从而形成对流现象。
对流通过将热量和水分等物质从地面向大气中输送,起到了重要的气候调节作用。
- 辐散:在高空蓄积的寒冷空气由于密度较大,向下沉降形成辐散。
辐散使得大气层顶部形成高压区,从而控制了地表风向。
2. 水平环流水平环流是指大气在水平方向上的运动形式。
常见的水平环流包括脊线和锋面。
- 脊线:是指大气中高压和低压区之间产生的弯曲线。
脊线的形成与地球自转、地形和温度等因素密切相关,对天气系统的形成和移动有很大影响。
- 锋面:是指在大气层中形成的冷、暖空气交界的界面。
锋面的移动会导致天气的转变,如降雨、雷暴等。
二、大气环流规律的基本原理大气环流的形成和变化受多种因素的影响,主要包括地转偏向力、地形、太阳辐射和海洋等。
1. 地转偏向力地球自转会产生一个由南极指向北极的偏向力,称为科氏力,导致了大气环流的转向。
在北半球,气流会沿顺时针方向偏转;在南半球,气流会沿逆时针方向偏转。
2. 地形地形的高低和起伏会影响大气环流的形成和移动,如山地会阻挡气流的传播,形成马斯特努风。
3. 太阳辐射太阳辐射是地球上大气环流的主要驱动力之一。
太阳辐射会使得地球表面加热,从而产生温度差异,引发大气环流的形成和变化。
4. 海洋海洋对大气环流具有重要的调节作用。
海洋的温度差异和盐度差异会影响大气环流的形成和强度。
热带动力气象重点1、中高纬度大尺度天气扰动的能源:斜压位能的释放。
潜热释放是热带低纬度地区驱动热带地区环流系统的主要能源。
2、控制或影响低纬度大气动力学的两个重要因子: 效应、凝结潜热释放。
3、夏季,随着西太平洋副热带高压的北抬,并逐渐形成稳定的东西带状,在其南侧的东风气流中,常有一些天气尺度的波动西移,这种波动称为东风波。
影响我的东风波一般出现在7—8月份。
4、经典的东风波模式:波轴向东倾斜,高层盛行副热带西风,中低层的东风风速随高度减小,槽前低层为辐散,高层为辐合,对应下沉运动,槽后低层为符合,高层辐散,对应上升运动,降水一般在槽后。
5、东风波可能的形成原因:台风演变型、倒槽型、辐合带型、弱冷空气型、副高西伸型。
6、东风波的分类:深厚东风波、中低层东风波、高层东风波。
7、热带大气低频振荡:大气中的季节内振荡,也称大气中的30-60d振荡。
热带大气的30-60天振荡比较强的地区:热带东太平洋地区、南压热带地区、热带西太平洋地区。
热带大气中的30-60d振荡动能大值区:赤道东太平洋地区(赤道东太平洋地区(160~100W))南亚热带地区(其次是南亚热带地区(50 ~110 ~110 E))赤道西太平洋地区(赤道西太平洋地区(140 ~160E))赤道东大西洋地区(赤道东大西洋地区(20 W附近)8、为什么热带大气30-60震荡的活动表现出地域性特征?(1)既同全球大气环流的总形势有关,也同既同全球大气环流的总形势有关,也同热带大气30~60 30~60d d振荡的产生机制有关(3)积云对流加热的反馈(积云对流加热的反馈(CISK CISK))是激发产生30-60d 振荡的重要机制(4)南亚季风区和热带西太平洋地区经常有较强的大范围积云对流活动9、为什么东太平洋地区有较强的30-60d大气振荡?(1)西太平洋得去的30-60d振荡沿赤道东传的影响(2)可能同赤道东太平洋地区经常出现较强的海表温度的变化有关,因为SST异常作为一种外强迫,容易在大气中激发出低频响应。