3．2 热力驱动的环流

    风是人们在日常生活中直接感受到的大气运动形式。简而言之，大气环流就是研究风的科学。其核心内容就是揭示风的形成、维持和消亡的变化规律，并利用此规律分析风的各种表现形式，从而能够预测它的演变。然而，大气流体运动的复杂多变，人类至今还不能完全掌握它的演变规津。千百年来，人类孜孜以求，探索着大气运动的奥秘。Halley(1687)和Hadley(1720)，通过对信风(发生在邻近赤道地区的稳定的偏东风风系)现象的研究，提出了赤道和高纬度极地之间的热力差异是地球上的大规模风系形成的根本原因。Hadley指出，在炎热的赤道，空气受热上升，而在寒冷的极地空气遇冷下沉。因此赤道上空源源而来的空气向极地流动，并在极地产生下沉，然后再从低空折向赤道运动。这就是著名的Hadley环流理论的基本思想。今天看来，Hadley环流理论是太过于简单，但其基本观点——即热力驱动了风，大气环流得以形成及维持的最终原动力，来自于太阳辐射的热量分布不均匀，却是大气环流理论极为重要的基本观点。

3．2．1 Hadley环流

    本节主要讨论热力作用所产生的大气环流，这种单纯的热力环流，当然是对实际大气环流的高度简化，但它却有助于我们深刻了解大气环流形成的原理，习惯上称这种理想的纯热力驱动的大气环流流型为Hadley环流。

    人们在长期的天文、气象观测中发现并归纳出，地-气系统沿纬圈的太阳辐射能量的净收支是不均匀分布的。赤道地区获得的净辐射热量远多于极地地区。当代卫星观测资料也证明了这一点：如图3.8显示了地-气系统所吸收的太阳短波射入辐射随纬度变化的情况，辐射的最大值在赤道，并向极地减少；与此同时，地-气系统所发射的长波辐射随纬度变化要比太阳短波射入辐射的变化平缓得多。图3.8清楚地表明收支相抵消后，在低纬度地区有热量的净收入，而在高纬度地区有热量的净支出。因此热量的净收支不均匀的分布是随纬度变化的。

    根据热力学第一定理，辐射加热的不均匀将产生大气温度的变化。因此大气温度的纬度分布必然取决于热量净收支随纬度变化的规律。图3.9显示的大气10km以下温度随纬度变化情况，清楚地揭示了大气温度分布随纬度变化受到热量的净收支分布规律的支配。同时大气温度变化所引起的大气内能变化和能量转换，最终导致了空气的运动。

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