大气层的行星环流Atmosphere，PlanetaryCircuiationof

Posted 2022-11-07 角动量

篇首语：莫道桑榆晚，为霞尚满天。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了大气层的行星环流Atmosphere，PlanetaryCircuiationof相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

广义的地球大气层的运动。行星环流包括两方面内容：大气层运动的平均状况，常常又被称为大气环流；以及大气层运动的瞬时的动态情况。大气运动的平均情况并不反映运动的动态情况，主要是反映不出在低纬度的赤道地区和高纬度的极地地区的热量和角动量的交换。角动量与质点的角速度以及质点距转动中心的距离平方成正比。赤道附近的质点，由于距地球自转轴的距离最大，因此就比极地附近的质点具有大得多的角动量。由于运动着的空气和与之接触的地面之间存在着摩擦，地面上的东风从地球上获得了向西的角动量，同时也减缓了地球自转的速度。地面上的西风则失去角动量并把失去的角动量传递给地球，加速了地球转动的速度。由于地球和大气层都保持着大致稳定的速度，因此地面的东风系统所获得的角动量应当与地面西风系统所给予地球的角动量相平衡，而且角动量从东风带传递给西风带。

　　根据所观测到的整个地球上风系和温度的分布，可以发现沿纬度方向有角动量和热量的传递。我们根据实际温度分布知道，热带地区和极地地区向宇宙空间辐射出去的能量几乎是相同的。然而，热带地区所接收的太阳能要比它所辐射出去的能量多的多，而极地地区所辐射出去的能量比它接收的太阳能多的多。这样，过剩的热量就从热带地区输送到极地地区，必然会形成大气环流的连续不断的动态的画面。地球表面风的分布也表明，大气层在低纬度从地球获得向西的角动量而在高纬度失去向西的角动量，并把失去的角动量传给了地球。

　　由于大气环流的概略图式不能圆满解释所观察到的热量和角动量在纬度方向的传递，气象学家提出了一个已经得到证实的理论，就是大气层中移动着的旋涡——移动着的低压、高压和波，也担负着部分的热量和角动量的传递。因此，这些移动的旋涡也应当看做是大气环流的一个组成部分。

　　驱动全球风系的力量是赤道地区接收的过多能量和极地地区能量不足所形成的纬度间的温度差异。如果地球是一个不转动的球体，并且具有均一的表面，那么，赤道地区的受热和极地地区的冷却，可能会导致在每一半球的上方形成一个巨大的对流环，在赤道地区变热的空气就会上升，向极地流去，然后变冷下沉并顺着地球表面回到赤道。这样的闭合对流环是沿着经线方向即南北方向进行的。把各个经度上的对流环进行综合，所得到的环流图式气象学家称之为经向环。

　　地球的转动使这一简单图式复杂化了，而地球的由陆地、水和山脉组成的不均一的表面使这一图式更进一步复杂化了。在赤道附近地区，空气一般是向上运动，而在纬度30°附近的副热带高压带，空气下沉到地表面，当空气在高空向极地方向运动时，就产生了相对于下面地表面向东的运动分量，而且这个运动分量近似地保持着赤道地区来的空气的过剩的角动量。向东的角动量有一部由副热带纬度上空的平流层底部附近的西风急流所输送。

　　在副热带高压带地区下沉到地球表面的空气有一部分回到赤道，由于地球转动的结果，产生了向西的运动分量，并分别在北半球和南半球形成东北贸易风和东南贸易风。另一部分空气向极地流去，并获得了向东的分量，在极地锋面处与极地东风带相遇。极地东风带是由极地反气旋的空气向外运动的结果，极地反气旋是由极地地区的冷的下沉空气所形成的。

　　上述输送赤道空气的经向环被称为海德莱环，这是用英国自然科学家乔治·海德莱的名字命名的，他于1735年第一个解释贸易风的向西的分量，认为是由于地球转动的结果。海德莱环是半持久型的行星环流，在任何一个地点，海德莱环都是日复一日地非常连续地出现。海德莱环的垂直环流（在低纬度地区向上然后在高空向极地方向运动）主要是输送热带地区的热量和角动量。作为这个环流环的回流部分——贴近地面的贸易风系统，则是把水蒸汽输送到热带辐合带去。

　　在中纬度地区，情况就完全不同了。在这里，对流环并不是可以直接观测得到的形态，确切地说只是统计的结果，是根据每天观测所计算出的热量和角动量的输送情况的统计。这一不明显的环流一方面受海德莱环流的推动，另一方面受极地锋面气旋扰动的推动。在中纬度地区，热量和角动量不是由垂直的对流环流所输送，而是由水平运动输送，即通过西风带中的波动及与其相伴随的气旋和反气旋这些移动的旋涡来输送。在西风带的两侧的南风和北风把大量温暖的空气输送到极地，把大量冷空气输送到热带。输送角动量的水平运动旋涡是由于西风带里波的不对称所导致的，这种不对称性的存在可由行星波轴部的“倾斜”得到证明。