全球主要气团,颜色表示冷暖
大气环流大气环流是覆盖地球的规模最大、范围最广的风。由于地球赤道附近覆盖着大面积的海洋,这里的阳光也最强烈,海水在强烈阳光的照射下大量蒸发进入大气,同时海面的高温也加热空气。海面上方的空气团受热形成上升气流、气压降低。
赤道上升的气体不会堆积,它一方面在高空冷却形成大规模降水,同时向两侧极地方向移动。当这些空气移动到南北纬30°附近时,它已经变得又干又冷,干冷的空气因密度增加而下沉,在这一纬度带形成副热带高压区。到达地面附近再次向赤道流动,补充赤道地区上升的空气,从而完成一个循环。我们称这个环流圈为哈德利环流圈或信风环流圈,因为它造就了赤道两侧庞大的信风带。
大气环流形成原因
你也许注意到了,在南北纬30°附近的副热带高压区两侧,大气环流的方向是不一样的:在北纬30°线以南吹的是东北信风,以北吹的却主要是西风。为什么会出现这种情况?
有三种力量可以控制风的走向:大气高地压差造成的压力梯度变化,地球自转,摩擦力。
根据之前段落的分析,我们知道空气会从高压区向低压区流动,它应该是直线运动。同时因为地球在一刻不停地自转,地球自转会给流动的空气施加第二个力——科里奥利力。
科里奥利力在转盘上的模拟,铅笔移动方向代表流体运动方向
由于科里奥利效应,当风从北纬30°副热带高压区向两侧吹送时,它会呈顺时针方向运动,在南半球则方向相反。同样地,如果在北半球海洋上出现热带气旋或龙卷风,它的转动方向则是逆时针方向。
因科里奥利效应,北半球高压区风向为顺时针,低压区为逆时针
大气湍流湍流是不规则的大气运动,它经常发生在大气底层的边界层内、对流云的云体内部,以及大气对流层上部的西风急流区内。当空气层中具有明显的风速切变、上层空气温度低于下层对流条件时容易发生随机的湍流现象。
由于太阳对地面各部分加热并不均衡,大气的高低压区域往往是随机交错的,因此空气团在运动过程中会发生随机的湍流现象。大气湍流伴随着物质、能量和动量的传递和交换,其运动速度远大于层流,因此其扩散和剪切应力也非常大。加之湍流随机发生,风速快、风向不定,突然遭遇的风切变常常对飞机的飞行安全构成威胁。