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熱力環(huán)流

熱力環(huán)流是大氣運(yùn)動(dòng)最簡(jiǎn)單的形式，由于地面的冷熱不均而形成的空氣環(huán)流。它是大氣運(yùn)動(dòng)的一種最簡(jiǎn)單的形式。太陽輻射能的緯度分布不均，造成高低緯度間的熱量差異，引起大氣運(yùn)動(dòng)。近地面空氣的受熱不均，引起氣流的上升或下沉運(yùn)動(dòng)，同一水平面上氣壓的差異和大氣的水平運(yùn)動(dòng)都會(huì)影響熱力環(huán)流的變化。

其形成過程為：受熱地區(qū)大氣膨脹上升，近地面形成低氣壓，而高空形成高氣壓；受冷地區(qū)相反，從而在近地面和高空的水平面上形成了氣壓差，促使大氣的水平運(yùn)動(dòng)，形成高低空的熱力環(huán)流。熱的地方空氣受熱膨脹上升，冷處收縮下沉。于是上空相同高度處，熱地方單位面積空氣柱重量（即氣壓）大，冷地方高空氣壓小，高空形成熱－冷的氣流。熱處氣流流失后，整個(gè)空氣柱減輕，地面形成低壓，冷處則形成高壓，近地面形成冷－熱的氣流。加上上升、下沉氣流，構(gòu)成了熱力環(huán)流。

熱力環(huán)流在現(xiàn)實(shí)生活中存在較為廣泛，例如山谷風(fēng)、海陸風(fēng)、城市風(fēng)等都是熱力環(huán)流的具體體現(xiàn)。

熱力環(huán)流與城市規(guī)劃有重要聯(lián)系。城市內(nèi)部由于人類活動(dòng)排放大量余熱，與郊區(qū)相比呈現(xiàn)“熱島效應(yīng)”。城市與郊區(qū)之間會(huì)形成熱力環(huán)流，為保護(hù)城市大氣環(huán)境，在城市規(guī)劃時(shí)，要研究城市風(fēng)的下沉距離。一方面將大氣污染嚴(yán)重的工業(yè)布局在城市風(fēng)下沉距離之外，以避免工廠排放的污染物流向城區(qū)；另一方面，應(yīng)將工業(yè)衛(wèi)星城建在城市風(fēng)環(huán)流之外，以避免相互污染。

緯度環(huán)流特征

緯度環(huán)流 亦稱 行星風(fēng)系 或 氣壓帶風(fēng)帶 ，地球上的風(fēng)帶和喘流由三個(gè)對(duì)流環(huán)流（ 三圈環(huán)流 ）所推動(dòng)：哈德里環(huán)流（低緯度）、費(fèi)雷爾環(huán)流（中緯度）以及極地環(huán)流。有時(shí)候同一種環(huán)流（譬如低緯度）可以在同一緯度（如赤道）有數(shù)個(gè)同時(shí)存在，隨機(jī)地隨時(shí)間移動(dòng)、互相合并與分裂。為了簡(jiǎn)單起見，同一種環(huán)流通常當(dāng)作一個(gè)環(huán)流處理。

低緯度環(huán)流

低緯度環(huán)流是人們研究較為深入的環(huán)流部分。由喬治?哈得萊（George Hadley 1685-1768）所記述的大氣環(huán)流模式，用以解釋貿(mào)易風(fēng)（信風(fēng)）的形成，與觀測(cè)到的非常符合。這是一個(gè)封閉的環(huán)流，由溫暖潮濕空氣從赤道低壓地區(qū)上升開始，升至對(duì)流層頂，向極地方向邁進(jìn)。直到南北緯30度左右，這些空氣在高壓地區(qū)下沉。部分空氣返回地面后于地面向赤道返回，形成信風(fēng)，完成低緯度環(huán)流。

低緯度環(huán)流基本活動(dòng)于熱帶地區(qū)，在太陽直射點(diǎn)引導(dǎo)下，以半年周期往返南北。

極地環(huán)流

極地環(huán)流也同樣是一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。雖然相比赤道的空氣，這里的空氣比較寒冷干燥，但仍然有足夠熱力和水分進(jìn)行對(duì)流，完成熱循環(huán)。本環(huán)流的活動(dòng)范圍限于對(duì)流層內(nèi)，最高也只到對(duì)流層頂（8公里）。往極地的氣流主要集中在空中，而赤道方向的氣流主要集中在地面。當(dāng)空氣到達(dá)極地范圍，它的溫度已經(jīng)大大降低，在這高壓干燥寒冷的地區(qū)下沉，受地轉(zhuǎn)偏向力影響向西偏轉(zhuǎn)，形成極地東風(fēng)。極地東風(fēng)與來自低緯的西風(fēng)相遇后，相對(duì)暖而輕的西風(fēng)氣流爬升到高空形成上升氣流，又分別流向南北，流向高緯的氣流在極地下沉形成極地環(huán)流。 極地環(huán)流的流出，形成呈簡(jiǎn)諧波形的羅斯貝波。這些超長(zhǎng)波在影響于中緯度環(huán)流與對(duì)流層頂間喘流的流向，扮演重要的角色。極地環(huán)流如散熱器般，平衡低緯度環(huán)流地區(qū)的熱盈余，使整個(gè)地球熱量收支平衡。

可以說，在中高緯度地區(qū)，極地環(huán)流是影響這里氣象的主要成因。雖然加拿大和歐洲在夏季會(huì)間中遇到暴風(fēng)雨，在冬天從西伯利亞高壓區(qū)所帶來的寒冷才能感受到真正的嚴(yán)寒。實(shí)際上，就是因?yàn)闃O地高壓區(qū)的氣流，導(dǎo)致南極東方考察站在1983年錄得地球有紀(jì)錄以來最低氣溫：攝氏零下89.2度。

低緯度環(huán)流與極地環(huán)流有著同一特點(diǎn)：兩者都是由于地表的溫度而出現(xiàn)，直接與熱能相關(guān)。與此同時(shí)，其熱能特點(diǎn)蓋過其所產(chǎn)生的天氣現(xiàn)象。低緯度環(huán)流大量傳送的熱能，和極地環(huán)流巨形的吸熱能力，使除了特殊情況下，短暫氣象的效果不能被系統(tǒng)接收，也不能產(chǎn)生。在緯度30度至60度以外地區(qū)，根本不能感受到中緯度氣壓中心無休止地每天由低轉(zhuǎn)高再轉(zhuǎn)低的情況。

這兩個(gè)環(huán)流頗為穩(wěn)定，雖然不時(shí)增強(qiáng)減弱，但是并不會(huì)完全消失。

中緯度環(huán)流

由威廉?費(fèi)雷爾（William Ferrel 1817-1891）所提出的中緯度環(huán)流是一個(gè)次要的環(huán)流，依靠其余兩個(gè)環(huán)流而出現(xiàn)，如一處于兩者之間的走珠軸承。因處于中緯度的渦旋（eddy）循環(huán)（高壓及低壓區(qū)）而出現(xiàn)，故本區(qū)時(shí)而又稱為“混合區(qū)”。在南面處于低緯度環(huán)流之上，在北面又漂浮在極地環(huán)流上。信風(fēng)可以在低緯度環(huán)流以下找到，相同地西風(fēng)帶也可以在中緯度環(huán)流下找到。

在近地面，副熱帶高壓下沉至地面的空氣中，其中一股流向更高緯度的氣流，在地轉(zhuǎn)偏向力作用下形成西風(fēng)。西風(fēng)在副極地低壓與更高緯的極地東風(fēng)相遇后上升。其中一部分流回副熱帶高壓的上空，形成中緯環(huán)流。

與低緯度環(huán)流和極地環(huán)流不同，中緯度環(huán)流并不是真正閉合的循環(huán)，而重點(diǎn)卻在西風(fēng)帶上。不像信風(fēng)和極地東風(fēng)那樣，有所屬的環(huán)流捍衛(wèi)著它們?cè)谠搮^(qū)的主導(dǎo)地位。盛行西風(fēng)則不然，常?！奥犆庇诮?jīng)過的氣象系統(tǒng)。在上空通常由西風(fēng)主導(dǎo)，但是在地表風(fēng)向可以隨時(shí)突然改變。以北半球的參考系（觀點(diǎn)）而言，往北的低氣壓或是往南的高氣壓往往維持甚至加速西風(fēng)的流速；但是經(jīng)過當(dāng)?shù)氐睦滗h可能扭轉(zhuǎn)這種情況。而往北的高氣壓帶來東風(fēng)主導(dǎo)的氣流，常常持續(xù)數(shù)天。

氣團(tuán)移動(dòng)是中緯度環(huán)流底層特色之一。環(huán)流吸收由地表低壓區(qū)上升的空氣，它所處的地方是影響氣團(tuán)位置的原因之一（在天氣圖上可以見到地表低壓區(qū)是隨氣流移動(dòng)的）。地表風(fēng)整體的流向是從緯線30度至60度的?？墒侵芯暥拳h(huán)流上空的流向尚未能完全界定，一方面因?yàn)榄h(huán)流本身處于極地環(huán)流與低緯度環(huán)流之間，沒有一個(gè)強(qiáng)烈的熱源或冷源推動(dòng)對(duì)流，而另一方面地表渦漩也對(duì)上空環(huán)境造成不穩(wěn)定影響。

經(jīng)度環(huán)流特征

海陸間環(huán)流

季風(fēng)環(huán)流

海水的比熱容量遠(yuǎn)比陸地為高，所以陸地在冬季時(shí)的地表溫度比海洋低，夏季時(shí)的地表溫度比海洋高，造成大陸與海洋之間隨季節(jié)更迭的熱循環(huán)。當(dāng)空氣受熱膨脹，密度便會(huì)降低，因而向上升；反之亦然。這使得在夏季時(shí)陸地的氣壓會(huì)比海洋低，海洋的暖濕空氣向陸地移動(dòng)，冬季時(shí)則相反，所以季風(fēng)區(qū)在夏季和冬季的風(fēng)向會(huì)相反，可以按此分為冬季季候風(fēng)和夏季季候風(fēng)。世界上季風(fēng)氣候最典型的地區(qū)位于亞洲東部，原因是該地有世界上最大的大陸亞歐大陸和最大的海洋太平洋。該地由此形成了獨(dú)特的熱帶季風(fēng)氣候、帶季風(fēng)氣候和溫帶季風(fēng)氣候。

參考文獻(xiàn)

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