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实际的地表大气环流
图3和图4
展示了39年记录所总结的实际地表气压。产生这个环流模式的气压与在图2中三环流圈模式的气压不同。产生这种差别(图2的三环流圈和图3的实际环流分布)主要是基于两个因素:
第一是地球表面并不是由均匀物质构成的。组成地球表面的两大成分是水和土壤。这两种物质在加热和降温条件下有着不同的特性表现从而
使纬度方向的气压带分布更加不均。第二个影响因素是海拔。海拔高度的增加使气压中心逐渐变强,这个因素在高压体系中体现的更为真实明显。
图3和图4显示的是从1959到1997年间月平均海平面和地表盛行风的大小。大气压力值随海拔高度而变化并从海平面压力算起。气压值的大小通过颜色的深浅表示(见图例)。蓝色表示气压低于全球平均值,黄色到橙色表示气压大于全球平均值。风向通过箭头表示,而风速的大小通过箭头的长短表示(见图例)。
在修改过的图形中,我们可以更加直观地观察热带辐合带、副热带高气压带和副极地低气压带。红线代表热带辐合带,这个低气压的形成是太阳热能和信风聚敛的结果。一月,热带辐合带产生于赤道以南(见图3)。在此期间,太阳照射南半球而使其接受更多的短波辐射。请注意代表热带辐合带的红线是弯曲的并且不与纬线平行。
产生这种弯曲是因为陆地和水不同的受热特性(海水热容大于陆地热容)。图中经过非洲大陆,南美洲和澳大利亚的红线是向南极弯曲的,产生该现象就是因为陆地比海洋升温快。
图:海平面气压和地表风(一月)
图3:1959到1997间一月份平均地表盛行风和气压中心。 图中的红线代表热带辐合带。高气压和低气压的中心也已标出。
图:海平面气压和地表风(七月)
图4表示1959到1997间七月平均地表盛行风和气压中心。 图片上的红线代表热带辐合带。高气压和低气压中心也已标出。
副热带高气压带实际上并没有产生一个环绕全球的统一带高气压区域。而是由一些区域性高压反气旋组成。这些气旋大致分布在纬度20°~30°处,在图3和图4上标以蓝色“H”。副热带高气压带是由从哈德利环流带来的下沉气流的出现产生。该下沉气流在夏季或太阳热能高的季节在海洋上空大量形成。在这种季节中,由于海洋退热相对于陆地速度较慢,海洋上空的气流仍然很凉;在陆地上,气流大量形成则发生在冬季,原因是陆地相对海洋退热速度快,因而形成大规模的大陆冷气团。
副极地低气压带在南半球南纬50°到70°之间形成低气压带(图3和图4),其强度随季节变化而变化,在南半球的夏季压强最大(图4)。那时该气压带中各个气团之间存在很大的温差。 在副极地低气压带以北地区,亚热带气团在夏季升温;在其以南地区,南极冰层也会向宇宙反射更多的太阳能量,所以南极洲上空的气团因为冰层吸收的热量很少依然处于低温状态。这样从北面来的暖气团与南面来的极地冷气流在副极地低气压带相遇加快了气流上升,从而产生强低压。
在北半球,副极地气压带并没有形成连续的环球气压带(图3和图4),而是由一个个低压气旋中心组成。在北半球的冬季,这些强烈的气压中心存在于格陵兰岛南部和阿留申群岛之间的洋面上,也在该区域产生很多中纬度气旋。夏季中副极地低气压带在北半球的发展不同于南半球,反而表现很弱(只在图4中的格陵兰岛,巴芬岛,加拿大),原因是北纬60 °到90°间地表吸收大量热量,使得通常情况下此区域应该产生的极地冷空气气团无法形成。
绝大多数的欧洲暴风都是由温带气旋(ETCs)引起的。产生这些中纬度天气现象的能量来自寒冷的极地气团与温暖的亚热带气团的温度差。又因为此温度差在冬季更为明显,欧洲暴风发生的频度与强度在冬季会有所增大。
欧洲暴风与大西洋飓风或印太地区台风的成因是截然不同的。飓风和台风都是强烈的热带气旋,这些气旋的能量来自热带大气层寒冷的上层和温暖的底层之间产生的垂直温差。由于飓风实质上产生于温暖的海水表面,所以当暴风眼移动到温度低的海面或是陆地上的时候飓风也就消失了。
产生温带气旋的水平温度梯度能够在暴风中心移至陆地上后仍然存在,因此在暴风登陆后其仍能保持很高风速甚至是加速。 同样的,当飓风能够保持同样的最小中心压力达到数日时,产生和驱使温带气旋的能量就会随着其内部气团的混杂而迅速减少-这样一个单一的典型气旋可单独存在三到五天。
暴风受控于极地急流,极地急流的位置决定了暴风路径。极地气流和暴风的路径每年甚至每月都在变动,而沿一定路径运动的暴风有加强急流气流的趋向,并阻止急流变动,我们称之为“漩涡反馈效应”。通过加强气流“漩涡反馈效应”能够让气流和暴风路径在几个星期到数月之内“记住”各自的位置,从而使中纬度天气持续性和其变化的可预测性有所增强。这也部分解释了欧洲风暴为什么有连续发生的趋向。当然,“漩涡反馈效应”并不足以保持逐年的持续性天气。
影响欧洲的暴风每年形成于北大西洋并随气流东移的~200扰动。该气流的路径受到亚速尔高压带和冰岛低压带的影响,这些相关气压的强度变化决定着暴风在欧洲登陆的位置。
随着温带气旋向欧洲海岸东移,气旋有可能会和高空大气的低压槽相遇。这种相互作用能使暴风迅速加强,就像1987年10月的那场暴风。
欧洲暴风可能在外露的海岸区域和高山地区产生风速高于67米/秒的狂风。在内陆,狂风可达到45米/秒。而绝大多数强大西洋飓风的持续风速可达到70米/秒,并伴随着90米/秒的狂风。
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