信風與行星風系
Trade Wind and Planetary Wind Pelt

信風在赤道兩邊的低層大氣中,北半球吹東北風,南半球吹東南風,這種風的方向很少改變,它們年年如此,穩(wěn)定出現(xiàn)。要介紹信風的形成原理必須介紹行星風系,了解了行星風系就知道信風的來歷。

行星風系又稱行星風帶,是在不考慮海洋陸地與地形起伏影響下全球范圍盛行風帶的總稱。它是太陽對地球輻射的不均勻性及地球自轉所形成的一種理想化的大氣環(huán)流形式。

太陽輻射能是大氣環(huán)流的動力,赤道地區(qū)接受太陽輻射量最多,空氣受熱上升,受熱空氣上升到一定高度向高緯度地區(qū)(兩極)流去,地面氣壓降低形成赤道低壓帶。氣流在高緯度地區(qū)冷卻后下降,在地面形成極地高壓區(qū),空氣又流向赤道低壓區(qū),這就形成基本的大氣環(huán)流,該環(huán)流也稱為費雷爾環(huán)流,見圖1。

靜止地球的大氣環(huán)流
圖1—靜止地球的大氣環(huán)流示意圖

請觀看這種環(huán)流的動畫,為清晰直觀演示地球轉動與風的流動,動畫中環(huán)流高度放大了數(shù)十倍,風速也放大很多倍。運動的箭頭表示空氣的流向,橙紅色箭頭是地面風,藍色箭頭代表高空氣流。

動畫1—靜止地球的大氣環(huán)流動畫

按此推理,北半球地面始終刮北風,南半球地面始終刮南風,實際上這種環(huán)流是不存在的,因為我們設定的地球是靜止不旋轉的,而且沒有海洋陸地,也沒有地形起伏。

我們還是用這個沒有海洋陸地與地形起伏的地球,讓他旋轉起來,情況又如何呢。

在旋轉地球的表面已不是慣性系,運動的物體會額外受到地轉偏向力的影響,這種偏向力稱為科里奧利力科氏慣性力(簡稱科氏力),在科氏力作用下,在北半球向任何方向運動的物體都會向右偏斜,在南半球向任何方向運動的物體都會向左偏斜。科氏力在赤道為0,向高緯度逐漸增大。其實科氏力不是一種力,它是真正的慣性結果。注意:科氏力的作用在大尺度運動的物體才明顯,在平常的小空間仍是普通慣性系。有關科氏力的知識在此不作介紹,有興趣者請另找參考資料。

先看北半球,在赤道受熱的空氣上升向高緯度(北方)流動,在赤道形成赤道低氣壓帶。空中向北的氣流在科氏力的作用下向東偏斜,隨著向北科氏力增大偏斜增大,在緯度30度左右轉成西風,這些空氣不再北上,形成堆積并向地面下沉,引起地面氣壓升高,形成副熱帶高氣壓帶。于是地面空氣向南北兩方向流動,向南流向赤道低壓區(qū),地面南下的氣流在科氏力的作用下,向西偏斜,在赤道到緯度30度區(qū)間形成一個東北信風帶。這一大氣環(huán)流稱為哈德里環(huán)流圈,見圖2。

在副熱帶高氣壓帶沿地面向北的氣流在科氏力的作用下向東偏斜,形成以西風為主的地區(qū)(盛行西風帶)。而北極地面氣溫很低,空氣下沉形成極地高氣壓帶,極地地面的冷空氣南下,在科氏力的作用下向西偏斜,形成極地東風帶

從副熱帶高氣壓帶沿地面向北的氣流在北緯60度遇到南下的極地冷風,爬上冷氣流,地面形成副極地低壓帶,上升的氣流向南流回北緯30度,向北流回極地。北緯30度至北緯60度的環(huán)流稱為費雷爾環(huán)流圈,北緯0度至極地的環(huán)流稱為極地環(huán)流圈,見圖2。

南半球也是一樣,向南分布有東南信風帶、副熱帶高氣壓帶、盛行西風帶、極地東風帶、極地高氣壓帶,見圖2。

行星風帶
圖2--行星風帶的組成

北半球有4個氣壓帶:赤道低氣壓帶、副熱帶高氣壓帶、副極地低氣壓帶、極地高氣壓帶,形成哈德里環(huán)流、費雷爾環(huán)流、極地環(huán)流共3個大氣環(huán)流,簡稱三圈環(huán)流;三圈環(huán)流形成東北信風帶、盛行西風帶、極地東風帶。南半球也是4氣壓帶、三圈環(huán)流、3風帶,這就是行星風系的整體概念。

請觀看行星風系動畫。動畫僅為示意,為清晰直觀演示地球轉動與風的流動,動畫中風速相對地球表面速度放大數(shù)十倍;環(huán)流高度也放大了數(shù)十倍。運動的箭頭表示空氣的流向,橙紅色箭頭是地面風,藍色箭頭代表高空氣流。

動畫2--行星風帶動畫

行星風系定義了整個地球總體氣流基本走向,當然這仍是在一個無海陸、無地形變化的理想球體上定義的。實際的地球存在海洋、平原、高山等復雜的地貌,還有四季變化,各局部地區(qū)還有季風、海陸風等風,合成的風向、風力都是變化的。

不過地球表面主要是海洋,海洋平坦、溫度均勻(同緯度),在大面積海面上的風帶較穩(wěn)定,在東北信風帶與東南信風帶僅在冬季與夏季受季風影響較大,但季風變化緩慢且有規(guī)律,所以,總體說海洋上的風是穩(wěn)定有規(guī)律的,年年如此,很講信用。人們把這種穩(wěn)定有規(guī)律的風稱為信風。古代的商貿船隊就是利用信風進行航行,所以信風也稱為貿易風

 

副熱帶高氣壓帶,簡稱“副高”,副熱帶高壓帶是一條環(huán)繞全球的干旱帶,集中了世界上絕大部分沙漠區(qū)域。但副熱帶也是全球天氣氣候最為多變、洪澇干旱最為頻發(fā)的地帶。我國江南、江淮、黃淮、華南等地區(qū)高溫的持續(xù)、雨帶變化、臺風走向均與副高有關。

對人民生活影響最大的是夏天連續(xù)的高溫天氣,由于副熱帶高壓的東部是強烈的下沉運動區(qū),下沉氣流因絕熱壓縮而升溫,會出現(xiàn)持續(xù)性的晴熱天氣,晴朗天氣太陽輻射更多地到達地面,使得地面和近地面大氣獲得更多的熱量,使大氣溫度進一步攀升。這就是上海、杭州、南京、武漢的溫度高于深圳、湛江、汕頭的原因。

 
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