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日志

关于三圈环流理论的来龙去脉

已有 3297 次阅读2006-5-15 18:00 |个人分类:专题研究

 

    大英百科全书线上繁体中文版上只能看到简要的几行内容:

 

    三圈环流理论 tricellular theory,在气象学中指逐渐被废弃的有关地环风系的模式,它表示在南北半球各有3个平行的风圈或风带。三圈环流理论由......

   可能是类似于下面的文字——三圈环流理论 tricellular theory

    在气象学中指逐渐被废弃的有关地环风系的模式,它表示在南北半球各有三个平行的风圈或风带。三圈环流理论自T.伯杰龙最先提出(1928),后由C. G.罗斯贝作进一步发挥,用它代替乔治·哈得来在1735年所提出的哈得来环流模式。

    哈得来模式表示在南北半球各有一个单一环流,在低空空气向西并向赤道流动,在高空空气向东并向极地流动。三圈环流理论假定在每个半球上各有两个哈得来环流,一个出现在近赤道地区,一个出现在近极地区域。在两个环流之间是费雷尔环流,在费雷尔环流圈中,地面空气向东并向极地流动,高空则向西并向赤道流动。三圈环流理论较好地解释了地表面所观测到的风系:热带东风信风带,中纬度西风带和极地东风带。但是,这个理论与下列事实不一致:在高空中纬度西风带不是改变方向,而是风速变得更强;其次,在热带高空气常常很弱,或根本不存在;并且在三圈环流中向极地输送的能量不如热带大气从太阳辐射中得到的能量为多。此外,三圈环流理论不能解释大气中角动量的输送

    由于在热带和极地,东风带的流动方向和地球自转的方向相反,地面摩擦使其速度减慢(相对于地面),并不断地从地球获得角动量;又因为东风带的速度保持不变,因此必须把获得的角动量同时传递给中纬度西风带。中纬度向东吹的风速快于地球转动的速度,地面摩擦使其速度减慢并失去角动量传给地球;这样,它们也继续保持比较稳定的速度。怎样完成这种动量传递,三圈环流理论不能解释清楚。现在有人认为,完成这种动量传递的中纬度是高低气压系统,即扰动,和长的驻波。


 

    三圈环流模型Tricellular Model

 

 

   Halley (1686) first suggested and Hadley (1735) explained, the convective cell, seen above, that transfers heat from the equator to the poles by means of convection. This model was adapted by Ferrel in 1856 when he dicovered that there were infact three cells and Rossby (1941) made further refinements to the model. The tricelular model found by Ferrel is still the best model we have.


   三圈環流模型(The Tricellular Model)


   英國科學家哈得萊(George Hadley, 1685-1744)於1735年首先提出地球大氣的熱輸送模型。

   地球的大氣循環圈共有三個,分別是哈得萊環流(Hadley Cell)費雷爾環流(Ferrel Cell),和極地環流(Polar Cell)

 


 

    在中緯度以蛇行姿態移動的噴射氣流


    無論在任何高度下,中緯度地區所吹的盛行西風大致上都是屬於向東移的西風,此西風令中緯度的天氣系統向東移動,例如熱帶氣旋和溫帶氣旋。但在高空西風帶中,卻又存在著一個呈狹窄帶狀而強勁的「噴射氣流」(jet stream)。噴射氣流是第二次世界大戰時,美國B29轟炸機在日本本土進行轟炸時無意中發現的。當時自基地起飛朝向日本群島西飛的B29的機員曾發覺某種奇妙的現象,即在引擎正常運\作而沒有機械故障的徵兆下,儀器的指針卻顯示飛機的移動速度很慢,經研究後才發現,在高空中以數百公里時速由西向東吹的噴流會大大減低飛機前進的速度日本軍方也曾經利用此種噴流對美國施放氣球炸彈,但是當時並不以扭轉日本的劣勢。而時至今日航空交通發達的年代,高空西風亦影響著民航客機的飛行時數。在冬季,由本港飛往美加的時數一般較短,由美加飛回本港則需時較長。所以,西風的強弱決定著航機要帶多少燃油,能帶多少行李、搭客,從而影響航空公司的經濟效益。

夏季時,噴流的位置會比冬季時偏北,並在中緯度地區的範圍內環繞地球,同時也會以蛇行的姿態南北移動。

在太空看地球的噴射氣流

副熱帶高壓脊


副熱帶高壓脊(簡稱副高)是一個重要天氣系統。在預測熱帶氣旋移動時,我們必然要留意副高之強度,它的脊線位置等等。另外,副高不但會影響熱帶氣旋的路徑,它還會影響到東亞地區的旱澇狀況。因此,在預測天氣時,了解副高的強度和位置變化是絕對有助我們預測天氣變化。

副高是一個在太平洋上空的半永久性高壓環流系統,一般採用500百帕卡高度圖上西太平洋地區(180度以西)5880位勢米線包圍的範圍為代表。它不但影響熱帶氣旋的路徑,而且是一個影響中國天氣的重要環流系統。在衛星雲圖上,西太平洋特別少雲,甚至無雲的地方就是副高。副高的位置與強度決定了中國各月雨帶分佈,其氣候特徵是:5月副高脊線(等壓線曲率最大的地方)位置大致在15°N左右,中國雨帶主要在華南地區;6月副高脊線位置大致在20°N 左右,中國雨帶主要在長江及江南地區;7月副高脊線位置大致在25°N 左右,中國雨帶主要在淮河流域;8月副高脊線位置大致在28°N 左右,中國的雨帶達到最北的位置,在黃河流域。由於各年西太平洋副高的強度與位置變化很大,因降水的分佈的年際差異很大。另外,一般副熱帶高壓強時易西伸,弱時則東退;初夏脊線位置偏南,盛夏偏北,同時脊線的位置的南北變化往往有半月左右的周期性擺動。

在西太平洋上的副高

http://www.weather.com.hk/learn/wind2.asp

发表评论 评论 (2 个评论)

回复 GeoFox 2006-5-15 20:47

太专业了……

回复 zgmm 2006-5-16 09:00

Ferrel环流之新解

      由于Ferrel环流与中高纬度存在强盛的西风带这一现代大气观测手段所证实的事实相悖,对其是否存在,及其环流形态一直存在着很大的争议。

      本文利用1998~2003年的NCEP/NCAR(National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research,美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心)再分析资料(1.0°×1.0°,经/纬度网格),根据北半球夏季(6~8月)太平洋地区(0°~60°N;160°E~120°W)的三维风场的基本特征,分析了北半球夏季太平洋地区平均经圈环流,特别是Ferrel环流的特征,发现Ferrel环流具有与已往研究不同的性质,并在此基础上提出了Ferrel环流新的概念模型,与过去的经典的环流概念模型相比能较好地描述高低空环流的基本特征,同时在考虑地球自转效应下,能够完满地解释中高纬度西风带的维持。

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