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大气圈(4)

时间:2013-10-04 21:53 来源:地理教师网 作者:云中雪 责任编辑:地理教师
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四、大气的运动

大气时刻在运动着,其运动的形式和规模极为复杂。既有水平运动,也有垂直运动;既有全球性的大规模运动,也有局部性的小尺度运动。

(一)大气运动的动力

大气运动的产生及形式取决于气压的作用。所谓气压是指单位面积上所承受的空气柱的重量,单位是帕[斯卡](记作Pa,1Pa=1N/m2)。一个地方的气压随高度增加而降低,影响气压随高度变化的原因主要是该地上空大气柱的高度和密度;在水平方向上,由于气温差异也会引起该方向上的大气密度的变化,并产生气压的水平变化。由于大气在垂直或水平方向上存在气压差,从而产生了气压梯度力,它的方向是沿着垂直于等压面方向由高压区指向低压区,其大小为这个方向上单位距离内气压的改变量。气压梯度力可分为水平气压梯度力和垂直气压梯度力。通常垂直气压梯度力较大,是水平气压梯度力的  100  万倍。虽然垂直气压梯度力较大,但因受地球重力作用的影响,它与重力始终处于平衡状态;而水平气压梯度力虽小,但没有其它实质力同它相平衡,在一定条件下却能造成较大的空气水平运动。所以,真正造成大气水平运动的力是水平梯度力。

除水平梯度力之外,运动的大气还会受到地转偏向力、惯性离心力及摩擦力的作用。

地转偏向力是由于地球的自转和地球的球面效应所引起的。通常,地球表面的大气随固体地球一起自西向东旋转,赤道附近线速度大,向两极逐渐变为零。如果低纬度具有较大旋转线速度的大气向具有较小线速度的高纬度运动时,两地的线速度差使运动的大气产生了一个向东的附加速度,实际的风向必然向东偏;相反,高纬度流向低纬度的大气则相当于具有一个向西的附加速度,使风向西偏。实际上,地球上一切物体(包括固体、液体和气体)的运动都会受地球自转的影响而发生方向偏转,其偏转方向与大气相同。这种现象就好像在运动着的物体上施加了一个使其运动方向发生改变的力一样,这种假想的力一般称为科里奥利力,对于运动的大气来说则称为地转偏向力。地转偏向力只改变大气运动方向而不改变速度;在北半球它使气流向原来运动方向的右方偏转,在南半球则向左方偏转。当大气作曲线运动时,还会受到大气的惯性离心力作用。此外,近地面大气的水平运动还将受到地面摩擦力的影响;运动的大气与大气之间也存在着摩擦力作用。在上述几种作用力中,水平气压梯度力是大气运动的原动力,其它力只在大气运动开始后起作用。

(二)大气环流

大气环流是指大范围的大气运动状态。它反映了大气运动的基本格局,并孕育和制约着较小规模的气流运动。它是各种不同尺度的天气系统发生、发展和移动的背景条件。

1.低纬环流

在赤道地区,地表气温终年炎热,空气受热膨胀、密度变轻而上升,形成“赤道低压带”。因该地带空气以垂直上升运动为主,且上升气流常带有较多水汽,到高空后易冷凝降雨,故造成“赤道无风带”和湿热多雨气候。赤道地表的空气升到高空后,在高空形成高压,促使赤道高空气流向南、向北流动。由于地转偏向力的作用,  气流方向逐渐向东加大偏转,并在大约南、北纬30°的高空与纬线基本平行。这样,气流不能再向南或向北流动,造成高空气体聚积、密度加大,气流被压向地面运动,形成“副热带高压带”(静风带),并导致出现干旱的沙漠气候。在近地面,气流由副热带高压带向赤道低压带运动,并由于地转偏向力作用使气流方向逐渐向西偏转,形成“东北或东南信风(贸易风)带”。于是,在赤道与南、北纬30°之间形成一个低纬度的大气环流系统。

2.中纬环流与高纬环流

由于两极地区终年寒冷,大气冷却收缩,在近地面形成南、北“极地高压带”。而在极地高压带与副热带高压带之间,即在大约南、北纬60°的地区形成一个相对低压带,叫“副极地低压带”。于是在气压梯度力、地转偏向力和摩擦力的共同作用下,由极地高压带到副极地低压带之间形成偏东风,称“极地东风带”;由副热带高压带到副极地低压带形成偏西风,称“盛行西风带”。当极地东风与盛行西风在副极地低压带相遇时,形成上升气流。上升气流在高空又分别流向副热带和极地上空。于是就形成了中纬环流圈和高纬环流圈。

由于大气环流的结果,在全球近地面大气中形成了相对稳定的7个气压带和6个风带。地表地形和海陆分布特点可使局部地区的大气环流模式发生变化。例如,由于高耸的喜马拉雅山和青藏高原的阻挡作用,明显地改变了我国西部地区的大气环流结构,有人认为这可能是使我国西部逐渐沙漠化的重要原因。


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