大气环流

大气环流是天气和季节的平均结果，它形成了一个反复出现的全球模式，包括翻转环流圈、信风和急流，将热量从热带重新分配到两极。

Definition

大气环流是全球大气的统计平均大规模流动，包括平均经向环流圈、盛行地表风和高空急流，它们共同将能量和角动量输送到不同纬度。

Scope

本主题涵盖全球大气的时空平均结构，包括哈德莱环流圈、费雷尔环流圈和极地环流圈、信风和中纬度西风、副热带和极锋急流，以及涡旋在输送热量和动量方面的作用。

Core questions

• 信风、西风和极地东风是如何产生的？
• 哈德莱环流圈、费雷尔环流圈和极地环流圈如何使大气翻转？
• 平均环流圈和瞬变涡旋如何共同完成向极地输送热量的工作？
• 是什么决定了急流的位置和强度？

Key theories

哈德莱环流

赤道附近强烈的太阳辐射驱动上升运动和热力直接的翻转环流圈，其向极地的上层分支受地球自转偏转，产生副热带急流和地表信风。

中纬度涡旋驱动环流

在热带外地区，斜压涡旋而非简单的翻转环流圈完成了大部分向极地的热量和动量输送，维持了地表西风和涡旋驱动的极锋急流。

Mechanisms

不均匀的太阳辐射使热带比两极更温暖，大气通过向极地输送能量来响应。在热带地区，这通过热力直接的哈德莱环流圈发生，其上层分支保持角动量形成副热带急流，其下沉分支形成副热带沙漠。在中纬度地区，斜压涡旋完成了大部分输送，维持了地表西风、费雷尔环流圈和极锋急流，而弱的极地环流圈则完善了整个模式。

Clinical relevance

大气环流决定了地球的气候带、沙漠和雨带的位置、影响商业和航空的盛行风，以及天气系统移动的路径，使其成为理解所有区域天气和气候的背景。

History

乔治·哈德莱于1735年提出了一个单一的热带翻转环流圈来解释信风；威廉·费雷尔在19世纪增加了中纬度环流圈，20世纪的观测和理论工作，包括洛伦茨的综合和斯塔尔对涡旋通量的分析，建立了现代的、考虑涡旋的大气环流图景。

Key figures

• George Hadley
• William Ferrel
• Edward Lorenz
• Victor Starr

Seminal works

• wallace2006
• vallis2017

Frequently asked questions

为什么在北纬30度附近有沙漠？

哈德莱环流圈的下沉支在北纬30度附近下沉，使空气变暖变干，从而抑制云层和降雨，形成了巨大的副热带沙漠带。

是什么驱动了中纬度盛行的西风？

斜压涡旋，即中纬度天气中移动的高压和低压系统，输送动量以维持地表西风和涡旋驱动的急流，因此西风是由天气系统本身维持的。