热带地区环流概况

热带大气环流中的知识包含影响大气环流的主要因子，热带（低纬）气象要素分布的基本特征等知识点，同时此导图中还含有课后思考题以及习题练习

第二章 热带大气环流概况

• 影响热带大气环流的主要因子 （一般掌握，难度较低）
  • 太阳辐射
    • 辐射平衡
      • 大气：在各纬度上 相对于地表是热汇
      • 地表：除二极外， 其余纬度R得> R失是热源
    • 获得能量
      • 中纬地区:
        • 辐射不平衡 → 强大的温度梯度 → 斜压流场 → 位能转换为大气动能
      • 热带地区:
        • 大气基本正压，水汽充沛，主要是潜热（通量）输送
    • 输送能量
      • 热带信风气流 水汽 赤道地区 加热 空气上升 水汽凝结 对流云系 潜热释放 位能转换为动能 高空气流 高纬
  • 海陆分布和地形的影响
    • 中高纬地区
      • 海洋与大陆相间分布 → 不均匀加热 → 导致平均槽脊（大气活动中心）
    • 低纬地区
      • 副热带（大陆、海洋）、赤道（海洋） → 季风 → 南北半球大气质量交换强烈
      • 此外：局地环流、地形降水、迎风坡存在对流性降水
  • 海温的影响和陆面的作用
    • 西太平洋暖池：海温大于28度
    • 厄尔尼诺现象
      • 厄尔尼诺：主要指太平洋东部和中部的热带海洋的海水温度异常地持续变暖
      • 南方涛动: 热带太平洋(东南太平洋与印度洋及印尼地区之间)的反相气压振动
      • 这一振荡的平均周期为2－7年，最大值出现在3.5年左右
      • 气候影响
        • 西太平洋海温为负距平，气压为正距平
        • 西太平洋冷海水下沉引起罗斯贝波，反气旋，将湿润水汽向亚欧大陆输送，冬季风减弱
    • 热量和水汽的交换 (海气相互作用)、海温与台风、ITCZ的关系
  • 中低纬环流的相互作用
    • 通过经圈环流和涡旋交换来实现（角动量交换）
    • 中纬环流对热带环流和天气的影响
      • 弱冷空气入侵→南海台风形成
      • √ 澳大利亚寒潮爆发→西太平洋台风形成
      • √ 高空切断冷涡→副热带气旋→台风
      • √ 中纬西风环流演变→副高变化→台风
    • 热带环流对中纬度环流和天气的影响
      • √ 台风→温带气旋
      • √ ITCZ→切变线
      • √ 中层气旋→温带气旋
      • √ 中低纬度系统的相互作用→河南“758”特大暴雨
        • 低纬度：台风登陆，供应水汽、能量及扰动
        • 中纬度：两槽一脊，长波脊发展形成阻塞高压，阻挡台风北上，
        • 西风槽东移受阻；槽后弱冷空气加强斜压，有助台风维持
      • 遥相关：西太强对流激发Rossby波沿大圆路径传播，影响中高纬， 如PNA遥相关
  • 中小尺度因子的影响（积云对流）
    • 凝结潜热释放→暖心结构形成
    • √ 向上输送热量和水汽
    • √ 动量的垂直混合
    • √ 产生飑线→下沉运动强烈→抑制对流发展→天气尺度系统消散
• 热带(低纬)大气环流的基本特征
  • 南北半球副高之间为宽广的赤道槽，两支信风交汇带为ITCZ，基本环绕全球，平均位置季节变化大，1月位于5ºS左右，7月位于12-15ºN
  • 低层
    • 1月
      • 北半球（冬）：亚洲大陆（冷H）、北美大陆（冷H）、太平洋（副H）、大西洋（副H），低纬度盛行NE季风和NE信风
      • 南半球（夏）：非、美、澳三大陆为热L，三大洋为副H，副高北缘盛行SE信风
    • 7月
      • 北半球（夏）：亚非大陆为强大热L，二大洋副G增强，印度洋-南海盛行SW季风
      • 南半球（冬）：三大洋上副H季节变化小，澳洲为冷H，南半球寒潮的来源
    • 环流系统
      • 副高：在大洋上，北半球夏强冬弱，南半球变化小
      • 信风：NE（北半球），SE（南半球），宽广而稳定，常年存在
      • 季风：NE（冬），SE（夏）
      • ITCZ：位置变化大，台风源地，多发生在海洋地区
      • 赤道缓冲带：南北半球偏东信风气流越过赤道时发生偏转的过渡带
  • 高层
    • 夏季
      • 青藏高压、墨西哥（北美）高压，青藏高压南侧的强赤道东风
      • 大洋中部槽：北太平洋、北大西洋
        • 副热带西风位于中纬度
    • 冬季
      • 西北太平洋高压
      • 南美高压
      • 副热带西风向低纬移动
    • 南半球季节变化不明显
    • 环流系统
      • 青藏高压：夏季最强大暖高压，100hPa最强
      • 美洲高压：夏季位于北美洲，冬季位于南美洲
      • 大洋中部槽(TUTT) ：太平洋、大西洋上高层大槽，夏季，NE-SW走向
      • 副热带西风急流：东亚最强，Vmax>100m/s，冬强夏弱（200hPa）
      • 热带东风急流：亚非上空明显，夏强冬弱，Vmax>50m/s
  • 平均剖面垂直环流概况
  • 经向环流与纬向环流
    • 经向环流
      • Hadley环流：
        • 赤道地区较暖的空气上升，副热带较冷的空气下沉→形成高压区；气流在高空由赤道→副热带，吹SW风，低空由副高区→赤道，吹信风，因此在赤道到30-40ºN（ºS）之间形成一闭合的经向环流圈
      • 三圈环流：Hadley, Ferrel and Polar cells;
        • Hadley环流圈上升支随季节南北位移: Hadley上升支，冬季大概位于5°S，夏季位于10-15°N，对应热带辐合带的位置；
        • Hadley高/低层的南北风速度远大于上升/下沉运动速度: 南北风约1-2m/s，垂直运动约 0.4cm/s,相差3个量级；
        • 配合前面温度的纬向平均剖面可知：Hadley环流圈是由热力驱动，热-上升，冷-下沉，位能转换为动能
      • 低纬经向环流不仅存在季节差异，纬向不同地区亦有所不同
        • 太平洋信风区
          • 无论冬、夏季都存在一个Hadley环流，夏季弱，冬季强
        • 亚洲季风区
          • 冬季为强大Hadley环流
          • 夏季为与Hadley环流相反的季风经圈环流（低纬宽广上升气流，赤道以南下沉）
    • 纬向环流
      • 海温的纬向差异、东西差异
        • 西太平洋印尼岛屿地区的海温高（+2C），赤道太平洋东部海温低（-8C）
      • Walker环流：
        • 由于赤道太平洋海温的纬向差异，赤道西太平洋高海温区上升，赤道东太平洋低海温区下沉，高层吹西风，低层吹NE信风→闭合赤道纬向环流
• 热带(低纬)气象要素分布的基本特征
  • 平均温度场
    • 中纬度温度的经向梯度最大；
    • 北半球夏季对流层低层最高温度位于副热带；
    • 热带对流层顶温度最低；
    • 基本特点
      • 年变化小，愈近赤道，四季差异愈不明显，湿度的变化比温度的变化更重要，干湿季的概念代替了中纬度的温度四季
      • 等温线几乎与纬圈平行，水平温度梯度小 — 基本无锋面
      • 高温所在纬度随赤道槽变动，1月在5ºS（槽内），7月在20ºN（槽略北）
      • 北半球副热带地区冬夏季温度分布变化明显，海陆温差也较大
    • 信风逆温
      • 信风逆温： 由于副热带高压东侧的大规模下沉运动（增温）所形成，下沉增温气流 在低层遇到 中纬度向赤道流动的冷空气（冷平流），逆温就形成于两气层之交汇处
      • 作用
        • 由于低层不断增温增湿，有利于湿层不稳定能量大量积蓄
        • 抑制对流发展，阻碍水汽向上输送，造成上干下湿的垂直结构
        • 逆温层存在，天气晴好；如被破坏，易产生雷暴天气
  • 湿度
    • 图片得到的结论
      • 在热带地区，相对温度来说，湿度的空间分布差异较大；
      • 几个湿度最大区，分别对应着对流活动较强的区域，上升运动把低层的水汽往上层输送；
      • 湿度的季节变化大，干湿季比温度变化分明；
      • 最大值出现在赤道附近（18g/kg），随季节南北半球移动；
      • 湿度的经向变化大。由于湿度的纬向变化较大，故很多重要特征，如海陆差异、大洋东西差异在纬向平均中无法反映。
    • 特点
      • 干湿季明显，水汽的季节变化比温度场变化明显
      • √ 热带大（80%），副热带小（<30%）
      • √ 大洋西部湿度>东部，层结不稳定，雨量多
      • √ 湿度大，但湿层不高，信风逆温区在3km以下
  • 云和降水
    • 图片
      • 降水最大值-ITCZ的位置；
        • 最有趣的特征是雨带随季节的南北位移。最大降水冬季：印度尼西亚南部，夏季：Himalayas南麓；非洲大陆的雨带南北位移；
        • 冬季三个最大降雨中心：非洲刚果，马来西亚，巴西；夏季最大降雨区：南亚-东亚季风区；
      • 地形的影响明显。
    • 云
      • 常见云为积云和Cb云，层云和层积云主要出现在热带大洋的东部，高积云和高层云常伴随热带天气系统而出现
      • 云量海洋（陆地）日变化小（大）
      • 降水季节变化大，干湿季明显，暖季雨量>冷季
      • 热带多（大）于副热带，大洋西部>大洋东部
      • 降水量大，且集中，多阵性降水（年雨量一般>2000mm）
  • 总的基本特征：
    • 相对中高纬，气象要素的年变化小，气候平均值具有一定代表性
    • √ 水平温度梯度不明显，气团性质差异不大，基本无锋面，常用变温
    • √ 四季温度变化不明显，但干湿季明显，要注意雨季的起迄
    • √ 干湿层垂直结构明显，注意逆温层的破坏
    • √ 气压场微弱，除台风外，一般不分析等压线
    • √ 地转风原则不适用，常分析流线（风场）
    • √ 热带地区对流旺盛，多对流天气出现，故层结稳定度分析有重要意义
• 课后思考
  • ENSO如何影响我国天气/气候？
  • 局地Hadley与纬向平均有何不同？Hadley环流的年际变化如何？
  • 全球变暖背景下，全球水循环如何改变？
• 习题
  • 1、海温和地形如何影响热带环流？并举出具体例子
    • （1）海陆分布和地形的影响
      • 中高纬地区
        • 海洋与大陆相间分布 → 不均匀加热 → 导致平均槽脊（大气活动中心）
      • 低纬地区
        • 副热带（大陆、海洋）、赤道（海洋） → 季风 → 南北半球大气质量交换强烈
        • 此外：局地环流、地形降水、迎风坡存在对流性降水
    • （2）海温的影响和陆面的作用
      • 西太平洋暖池：海温大于28度
      • 厄尔尼诺现象
        • 厄尔尼诺：主要指太平洋东部和中部的热带海洋的海水温度异常地持续变暖
        • 南方涛动: 热带太平洋(东南太平洋与印度洋及印尼地区之间)的反相气压振动
        • 这一振荡的平均周期为2－7年，最大值出现在3.5年左右
        • 气候影响
          • 西太平洋海温为负距平，气压为正距平
          • 西太平洋冷海水下沉引起罗斯贝波，反气旋，将湿润水汽向亚欧大陆输送，冬季风减弱
      • 热量和水汽的交换 (海气相互作用)、海温与台风、ITCZ的关系
  • 1. 影响低纬环流的主要因子有哪些？
  • 2. 低纬环流在冬夏有何变化？存在哪些环流系统？为何南半球的变化不如北半球的明显？ （限300字内）
  • 3. 低纬主要存在哪几支基本气流？它们是如何变动的？与环流系统有何联系？
  • 4. 何谓Hadley环流和Walker环流？
  • 5. 用自己的语言描述热带地区温、湿、雨的分布有何特点（限200字内）？
  • 6. 何谓信风逆温？对天气有何作用（影响）？
  • 7. 亚洲低纬地区高低层大气环流的基本特征如何？