冷大气环流研究方法一尺度分离 大气环流研究的一个基本出发点,就是将大气环流看成是相对较小尺度流 体运动的平均背景场,而较小尺度运动则是大气平均环流场上叠加的扰动 流场。例如,天气尺度涡旋和中小尺度局地环流,相对于全球尺度的大气 环流,均被认为是平均环流背景场上叠加的次尺度涡动(扰动)部分,即 距平,或在平均值附近的有限振荡。如图是求算实测风沿纬圈(大气环流 的空间特征尺度可以用部分或整个纬圈的长度L表示)的平均值和距平值的 示意图。 平纬 纬圈方向 均圈 量上 和实 涡测 动风 量的
❖ 大气环流研究方法----尺度分离： 大气环流研究的一个基本出发点，就是将大气环流看成是相对较小尺度流 体运动的平均背景场，而较小尺度运动则是大气平均环流场上叠加的扰动 流场。例如，天气尺度涡旋和中小尺度局地环流，相对于全球尺度的大气 环流，均被认为是平均环流背景场上叠加的次尺度涡动（扰动）部分，即 距平，或在平均值附近的有限振荡。如图是求算实测风沿纬圈（大气环流 的空间特征尺度可以用部分或整个纬圈的长度L表示）的平均值和距平值的 示意图。 纬 圈 上 实 测 风 的 平 均 量 和 涡 动 量
以公式表达 A=[A]+A* IA]代表大气运动沿纬圈的平均状况,定义为A=1L∫0Adx。 A六为叠加在平均值上的距平(扰动)部分。相似地,对A在时间尺度上 取平均记为A,同样可以分解为时间尺度上的平均值和距平值。A=1/τ ∫τoAdt,,代表所取平均的时间长度。 值得强调的是,相对于时间平均的扰动部分(即类似于对纬圈平均时称为 涡动的部分),称为变量,记为A A=A-X。假设时间取足够长,则A将不随τ变化。一般地,它意味着时 间τ应大于天气系统的典型生命期。 中纬度,τ应当大于15~20天; 热带,τ要小些。 全球环流而言,τ要小于季节循环周期,即3个月,约91~92天
值得强调的是，相对于时间平均的扰动部分（即类似于对纬圈平均时称为 涡动 的部分），称为瞬变量，记为A’ A’＝A－A。假设时间取足够长，则A将不随τ变化。一般地，它意味着时 间τ应大于天气系统的典型生命期。 -----中纬度，τ 应当大于15～20天； -----热带，τ要小些。 -----全球环流而言，τ要小于季节循环周期，即3个月，约91～92天。 以公式表达： A = [A] +A* [A] 代表大气运动沿纬圈的平均状况，定义为[A] = 1/L∫0 LAdx。 A* 为叠加在平均值上的距平（扰动）部分。相似地，对A在时间尺度上 取平均记为A，同样可以分解为时间尺度上的平均值和距平值。A ＝1/τ ∫τ0 Adt，，代表所取平均的时间长度
今热力驱动的环流 风是人们在日常生活中直接感受到的大气运动形式。简而言之,大气环流 就是研先风的科学。其核心内容就是揭示风的形成、维持和消亡的变化规 律,并利用此规律分析风的各种表现形式,从而能够预测它的演变。然而, 大气流体运动的复杂多变,人类至今还不能完全掌握它的演变规律。千百 年来,人类孜孜以求,探索着大气运动的奥秘。 Halley(1687)和 Hadley (1720),通过对信风现象的研究,提出了赤道和高纬度极地之间的热力 差异是地球上的大规模风系形成的根本原因。 Hadley指出,在炎热的赤道,空气受热上升,而在寒冷的极 地空气遇冷下沉。因此赤道上空源源而来的空气向极地流动, 并在极地产生下沉,然后再从低空折向赤道运动。 这就是著名的 Hadley环流理论的基本思想。 今天看来, Hadley环流理论是太过于简单,但其基本观点—即热力驱 动了风,大气环流得以形成及维持的最终原动力,来自于太阳辐射的热量 分布不均匀,却是大气环流理论极为重要的基本观点
今天看来，Hadley环流理论是太过于简单，但其基本观点——即热力驱 动了风，大气环流得以形成及维持的 最终原动力，来自于太阳辐射的热量 分布不均匀，却是大气环流理论极为重要的基本观点。 ❖热力驱动的环流 风是人们在日常生活中直接感受到的大气运动形式。简而言之，大气环流 就是研究风的科学。其核心内容就是揭示风的形成、维持和消亡的变化规 律，并利用此规律分析风的各种表现形式，从而能够预测它的演变。然而， 大气流体运动的复杂多变，人类至今还不能完全掌握它的演变规律。千百 年来，人类孜孜以求，探索着大气运动的奥秘。Halley（1687）和Hadley （1720），通过对信风现象的研究，提出了赤道和高纬度极地之间的热力 差异是地球上的大规模风系形成的根本原因。 Hadley指出，在炎热的赤道，空气受热上升，而在寒冷的极 地空气遇冷下沉。因此赤道上空源源而来的空气向极地流动， 并在极地产生下沉，然后再从低空折向赤道运动。 这就是著名的Hadley环流理论的基本思想
(1) Hadley环流 热力作用所产生的大气环流,这是单纯的热力环 流。习惯上称纯热力驱动的大气环流流型为 Hadley环流。 地一气系统沿纬圈的太阳辐射能量的净收支是不均匀分布 辐射收支的 的。赤道地区获得的净辐射热量远多于极地地区。 纬度变化 根据热力学第一定理,辐射加热的不均匀将产生大气温度的变化 地一气系统所吸收的太阳短波射入辐射随纬度变化,辐射的最大值在赤道 并向极地减少;与此同时,地一气系统所发射的长波辐射随纬度变化要 比太阳短波射入辐射的变化平缓得多。在低纬度地区有热量的净收入,而 在高纬度地区有热量的净支出。因此热量的净收支不均匀的分布是随纬度 变化的。因此大气温度的纬度分布必然取决于热量净收支随纬度变化的规 律
地一气系统所吸收的太阳短波射入辐射随纬度变化，辐射的最大值在赤道 ，并向极地减少；与此同时，地一气系统所发射的长波辐射随纬度变化要 比太阳短波射入辐射的变化平缓得多。在低纬度地区有热量的净收入，而 在高纬度地区有热量的净支出。因此热量的净收支不均匀的分布是随纬度 变化的。因此大气温度的纬度分布必然取决于热量净收支随纬度变化的规 律。 (1) Hadley环流 热力作用所产生的大气环流，这是单纯的热力环 流。习惯上称纯热力驱动的大气环流流型为 Hadley环流。 辐射收支的 纬度变化 地一气系统沿纬圈的太阳辐射能量的净收支是不均匀分布 的。赤道地区获得的净辐射热量远多于极地地区。 根据热力学第一定理，辐射加热的不均匀将产生大气温度的变化
90·N 净支出 净收入 10 射出辐射 射入辐射 40 射出辐射 净支出 90·s 100 1s0 250 300 350(W·m-2) 地一气系统的太阳短波射入辐射和 长波辐射通量随纬度变化的情况
地一气系统的太阳短波射入辐射和 长波辐射通量随纬度变化的情况 射入辐射 射出辐射