第二节 控制大气环流的基本因子与大气环流的基本模型
一,太阳辐射作用
太阳辐射能是大气环流形成的基本能源。（Ｐ１５１ 图 4.10）
1、太阳辐射能在整个地球表面分布不均匀，随纬度
增大而减小。
(1) 低纬度（ 40° N~40° S）是太阳辐射能净得区
(2) 中高纬（ 40° N~北极,40° S~南极）是太阳能
净失区
2、大气的平均温度特征（Ｐ１５２ 图 4.11）
(1) 对流层中，低纬为暖中心，向极地温度逐渐递减，
冬季南北温差大于夏季。
(2) 平流层中，低纬为冷中心，夏季温度由赤道向极
地逐渐升高。
３、温度分布不均匀必然产生热力环流
假定：地球不旋转、地球表面性质一样
对流层中低纬暖，高纬冷，使空气在赤道上升，极地下
沉，在南北温差的作用下，高空为赤道吹向极地的南风；在
气压梯度力作用下，低层为极地吹向赤道北风 —— 构成直接
热力环流圈
二、地球自转作用
地转偏向力,f随纬度变化 （ P154 图 4.12a,b）
1、北半球对流层大气环流模式
三圈经向环流,极地环流圈－－－强
费雷尔环流圈 —— 弱
哈德莱环流圈 —— 强
2、低层三风四带
三风,极地东风（东北风 )
中纬西风（西南风 )
低纬东风（东北信风）
四带,极地高压带
副极地低压带
副热带高压带
赤道低压带
3、高空主要为西风带,
高纬西风带 —— 极锋西风急流
中纬东风带 —— 弱
低纬西风带 —— 副热带西风急流
二条行星锋区：极锋和副热带锋
三、角动量交换
转动惯量与角速度乘积,
单位质量的空气绕地轴旋转的绝对角动量
地球角动量 相对角动量
（一）地球大气系统中绝对角动量分布状态
1,地球角动量，为西风角动量，其大小随
纬度增高减小，赤道最大，极地最小
2、低层相对角动量
弱 极地东风带 —— 具有东风角动量
强
（二）地球大气系统中绝对角动量守恒
a 低纬东风带由于摩擦和山脉的作用从地球
获得西风角动量
b 中纬西风带由于摩擦和山脉的作用失去西
风角动量
实际上,地球旋转为常数
东、西风带长期维持
—— 两者相互补偿，达到平衡，证明角动量
守恒
（三）角动量的两种输送方式
1、大气内部角动量水平输送
①, u角动量水平输送三种形式：
平均经向环流 —— 三圈经向环流
定常扰动 —— 平均长波槽脊
非定常扰动 —— 天气尺度的槽脊、（反）气旋
②, 角动量水平输送的特征（ P158 图 4.14）
a）非定常扰动对角动量水平输送远大于定长扰动和平
均经向环流
b）非定常扰动对角动量水平输送最大值出现在 30度纬
度附近
c）冬季哈得莱环流较强对角动量输送显著
d）费雷尔环流较弱，但水平输送方向与哈得莱环流相
反
③, 槽脊输送角动量的方式（ P159 图 4.15）
a 对称槽 槽前对 u角动量向北输送
槽后对 u角动量向南输送
两者相等 无南北净输送
b 东北 —— 西南向的倾斜槽
槽前对 u角动量向北输送大于槽后对 u角动量向南
输送
有 u角动量向北净输送
c 西北 —— 东南向的倾斜槽
有 u角动量向南净输送
但实际大气在中高纬地区多为东北－西南向槽脊，
所以中纬度的扰动水平输送主要是向北输送西风角动
量
2，大气内部角动量的垂直输送（ P160 图 4.16）
① 哈得莱环流有净余的 Ω角动量，向上输送 —— 补
偿了高空西风带
费雷尔环流有净余的 Ω角动量，向下输送 —— 补
偿了低层西风带
平均经圈环流对角动量的垂直输送是主要的
② 扰动的垂直运动是上升、下沉互补出现
由于高层 u角动量大于低层 u角动量，所以扰动的垂直
运动总是向下净输送 u角动量
③计算表明，向上、向下对角动量的垂直输送平衡
④水平输送与垂直输送共同作用，大气角动量收支 平衡，
东西风带长期维持，地球角动量收支平衡，地球转动
角动量速度是常数
四、地球表面的不均匀性
（一）海陆分布对大气环流的影响
1 海平面的气压场：“半永久性大气活动中心”、
“季节性大气 活动中心”是海陆温差结果
冬季 海洋暖 —— 阿留申低压，冰岛低压强大
大陆冷 —— 蒙古冷高压，北美冷高压，
格陵兰高压
夏季 海洋冷 —— 太平洋副高，大西洋副高强大
大陆暖 —— 亚洲热低压，北美热低压
2 高空的东亚大槽、北美大槽是海陆温差和高大山脉共
同作用的结果
东亚大槽 冬季 —— 欧亚大陆东海岸温度低 +青藏
高原背风坡动力作用
夏季 —— 大槽东移离开大陆东岸 +青藏
高原背风坡动力作用
北美大槽 冬季 —— 北美大陆东海岸温度低 +洛矶
山脉背风坡动力作用
夏季 —— 大槽略东移离开东海岸 +洛矶
山脉背风坡动力作用
（二）地形影响 —— 青藏高原
1，高原的动力作用
①冬季极锋的西风急流在东亚明显分为南北两支，在
高原东侧形成“北脊南槽”
高原北部脊区 —— 我国北方晴天多
孟加拉湾低槽 —— 我国南方阴雨多
②高原东侧形成特殊天气系统
东亚大槽
500hpa 长江中下游风场辐合线
700hpa 江淮切变线
700hpa 西南涡
2，高原的热力作用
a 南亚高压形成 高层高压
①夏季为热源 低层低压
上升气流，高温高湿
b 夏季高原南侧转为东风急流
②冬季为相对冷源
低层高压（ P163 图 4.18）
高原南多西风急流适应
五、能量收支 （ P164 图 4.19）
Q（太阳辐射） 平均摩擦损耗 维持纬向环流
Hardely环流 （暖升冷降）
PM KM
(纬向有效位能 ) Ferrel环流 （冷升暖降） （纬向动能）
发展槽脊南 北热量输送 斜槽对角动量 的输送
（ 反串级 输送 ）
热力扰动环流 （暖升冷降）
PE KE
(涡动有效位能 ) （涡动动能）
扰动摩擦损耗
中纬度大尺度大气运动的能量循环过程
1 由于太阳辐射的纬度差异，通过热带加热，极地冷却产生平均全
位能（纬向位能） Q PM
2 通过中纬度斜压扰动（斜压不稳定长波）对感热的输送使其基本
气流的有效位能转化为涡动有效位能 PM PE
3 通过中纬度斜压经向扰动形成的暖升冷降，使涡动有效位能转化
为涡动动能。涡动动能一部分由于摩擦而损耗 PE KE
4 通过中纬度大型扰动对角动量的输送，使涡动动能转化为基本气
流的动能（纬向动能） KE KM
5 平均经圈环流的净作用使基本气流的有效位能转化为基本气流的
动能（纬向动能） PM KM
6 纬向动能维持大气平均环流（处于稳定、平衡转态），并由于摩
擦而有一定损耗
一,太阳辐射作用
太阳辐射能是大气环流形成的基本能源。（Ｐ１５１ 图 4.10）
1、太阳辐射能在整个地球表面分布不均匀，随纬度
增大而减小。
(1) 低纬度（ 40° N~40° S）是太阳辐射能净得区
(2) 中高纬（ 40° N~北极,40° S~南极）是太阳能
净失区
2、大气的平均温度特征（Ｐ１５２ 图 4.11）
(1) 对流层中，低纬为暖中心，向极地温度逐渐递减，
冬季南北温差大于夏季。
(2) 平流层中，低纬为冷中心，夏季温度由赤道向极
地逐渐升高。
３、温度分布不均匀必然产生热力环流
假定：地球不旋转、地球表面性质一样
对流层中低纬暖，高纬冷，使空气在赤道上升，极地下
沉，在南北温差的作用下，高空为赤道吹向极地的南风；在
气压梯度力作用下，低层为极地吹向赤道北风 —— 构成直接
热力环流圈
二、地球自转作用
地转偏向力,f随纬度变化 （ P154 图 4.12a,b）
1、北半球对流层大气环流模式
三圈经向环流,极地环流圈－－－强
费雷尔环流圈 —— 弱
哈德莱环流圈 —— 强
2、低层三风四带
三风,极地东风（东北风 )
中纬西风（西南风 )
低纬东风（东北信风）
四带,极地高压带
副极地低压带
副热带高压带
赤道低压带
3、高空主要为西风带,
高纬西风带 —— 极锋西风急流
中纬东风带 —— 弱
低纬西风带 —— 副热带西风急流
二条行星锋区：极锋和副热带锋
三、角动量交换
转动惯量与角速度乘积,
单位质量的空气绕地轴旋转的绝对角动量
地球角动量 相对角动量
（一）地球大气系统中绝对角动量分布状态
1,地球角动量，为西风角动量，其大小随
纬度增高减小，赤道最大，极地最小
2、低层相对角动量
弱 极地东风带 —— 具有东风角动量
强
（二）地球大气系统中绝对角动量守恒
a 低纬东风带由于摩擦和山脉的作用从地球
获得西风角动量
b 中纬西风带由于摩擦和山脉的作用失去西
风角动量
实际上,地球旋转为常数
东、西风带长期维持
—— 两者相互补偿，达到平衡，证明角动量
守恒
（三）角动量的两种输送方式
1、大气内部角动量水平输送
①, u角动量水平输送三种形式：
平均经向环流 —— 三圈经向环流
定常扰动 —— 平均长波槽脊
非定常扰动 —— 天气尺度的槽脊、（反）气旋
②, 角动量水平输送的特征（ P158 图 4.14）
a）非定常扰动对角动量水平输送远大于定长扰动和平
均经向环流
b）非定常扰动对角动量水平输送最大值出现在 30度纬
度附近
c）冬季哈得莱环流较强对角动量输送显著
d）费雷尔环流较弱，但水平输送方向与哈得莱环流相
反
③, 槽脊输送角动量的方式（ P159 图 4.15）
a 对称槽 槽前对 u角动量向北输送
槽后对 u角动量向南输送
两者相等 无南北净输送
b 东北 —— 西南向的倾斜槽
槽前对 u角动量向北输送大于槽后对 u角动量向南
输送
有 u角动量向北净输送
c 西北 —— 东南向的倾斜槽
有 u角动量向南净输送
但实际大气在中高纬地区多为东北－西南向槽脊，
所以中纬度的扰动水平输送主要是向北输送西风角动
量
2，大气内部角动量的垂直输送（ P160 图 4.16）
① 哈得莱环流有净余的 Ω角动量，向上输送 —— 补
偿了高空西风带
费雷尔环流有净余的 Ω角动量，向下输送 —— 补
偿了低层西风带
平均经圈环流对角动量的垂直输送是主要的
② 扰动的垂直运动是上升、下沉互补出现
由于高层 u角动量大于低层 u角动量，所以扰动的垂直
运动总是向下净输送 u角动量
③计算表明，向上、向下对角动量的垂直输送平衡
④水平输送与垂直输送共同作用，大气角动量收支 平衡，
东西风带长期维持，地球角动量收支平衡，地球转动
角动量速度是常数
四、地球表面的不均匀性
（一）海陆分布对大气环流的影响
1 海平面的气压场：“半永久性大气活动中心”、
“季节性大气 活动中心”是海陆温差结果
冬季 海洋暖 —— 阿留申低压，冰岛低压强大
大陆冷 —— 蒙古冷高压，北美冷高压，
格陵兰高压
夏季 海洋冷 —— 太平洋副高，大西洋副高强大
大陆暖 —— 亚洲热低压，北美热低压
2 高空的东亚大槽、北美大槽是海陆温差和高大山脉共
同作用的结果
东亚大槽 冬季 —— 欧亚大陆东海岸温度低 +青藏
高原背风坡动力作用
夏季 —— 大槽东移离开大陆东岸 +青藏
高原背风坡动力作用
北美大槽 冬季 —— 北美大陆东海岸温度低 +洛矶
山脉背风坡动力作用
夏季 —— 大槽略东移离开东海岸 +洛矶
山脉背风坡动力作用
（二）地形影响 —— 青藏高原
1，高原的动力作用
①冬季极锋的西风急流在东亚明显分为南北两支，在
高原东侧形成“北脊南槽”
高原北部脊区 —— 我国北方晴天多
孟加拉湾低槽 —— 我国南方阴雨多
②高原东侧形成特殊天气系统
东亚大槽
500hpa 长江中下游风场辐合线
700hpa 江淮切变线
700hpa 西南涡
2，高原的热力作用
a 南亚高压形成 高层高压
①夏季为热源 低层低压
上升气流，高温高湿
b 夏季高原南侧转为东风急流
②冬季为相对冷源
低层高压（ P163 图 4.18）
高原南多西风急流适应
五、能量收支 （ P164 图 4.19）
Q（太阳辐射） 平均摩擦损耗 维持纬向环流
Hardely环流 （暖升冷降）
PM KM
(纬向有效位能 ) Ferrel环流 （冷升暖降） （纬向动能）
发展槽脊南 北热量输送 斜槽对角动量 的输送
（ 反串级 输送 ）
热力扰动环流 （暖升冷降）
PE KE
(涡动有效位能 ) （涡动动能）
扰动摩擦损耗
中纬度大尺度大气运动的能量循环过程
1 由于太阳辐射的纬度差异，通过热带加热，极地冷却产生平均全
位能（纬向位能） Q PM
2 通过中纬度斜压扰动（斜压不稳定长波）对感热的输送使其基本
气流的有效位能转化为涡动有效位能 PM PE
3 通过中纬度斜压经向扰动形成的暖升冷降，使涡动有效位能转化
为涡动动能。涡动动能一部分由于摩擦而损耗 PE KE
4 通过中纬度大型扰动对角动量的输送，使涡动动能转化为基本气
流的动能（纬向动能） KE KM
5 平均经圈环流的净作用使基本气流的有效位能转化为基本气流的
动能（纬向动能） PM KM
6 纬向动能维持大气平均环流（处于稳定、平衡转态），并由于摩
擦而有一定损耗
