[科普中国]-热带环流

大气运动特征

热带地区的大气运动与中高纬度地区间的明显的差异主要表现在:

（1）热带地区多出现水平尺度特别大的超长波系统和尺度在数百公里到一千公里左右的天气尺度和中间尺度涡旋系统；（2）地转近似在热带地区难于成立，气压场同风场的关系比较复杂，加之气压场变化不大，因此天气系统在流场上反映较为清楚；（3）与中纬度地区天气系统的发展大多依赖于斜压不稳定释放有效位能不同，热带地区环流系统的发展，主要由积云对流释放的凝结潜热来驱动；（4）季风环流是热带大气环流的重要组成部分，由于季风环流的建立，使得季风区的平均经圈环流呈现较复杂的状态，在夏季半球除哈得莱直接环流外，往往还存在季风间接环流；（5）大气环流的低频变化在热带地区尤为明显，初步的研究表明，它们同海-气相互作用（特别是海温的异常）以及广泛的对流凝结加热作用等有着重要关系。

热带环流圈热带环流圈，又称信风环流圈、哈得来环流圈。三圈环流模式中形成于低纬度的环流圈。赤道地区获得的太阳辐射热量多于其他纬度，地面空气受热膨胀上升并沿经圈向极地流动，因受地转偏向力的作用，气流逐渐右偏(北半球)，约在纬度30°上空，就成为与纬圈平行的西风。西风的形成阻碍了低纬上空气流继续流向高纬，便在30°上空堆积并辐射冷却而下沉，下沉的气流在低层分为两支分别流向高纬和赤道。在北半球流向赤道的这支气流，在地转偏向力的作用下向右偏转，成为东北信风回到赤道；相应的在南半球低纬地面上也有一支向左偏的气流所转变成的东南信风回到赤道，两者汇合成赤道辐合带，然后再继续上升并又分别流向高纬。这样在南、北半球各形成一个热带环流圈。是三圈环流中最强的环流圈。1

热带环流概况热带，一般指南、北半球的副热带高压脊线之间的区域，约占地球表面积的一半。在全球大气环流方面，在这个区域里大气从地表得到西风角动量和净的热量收入，向中、高纬度输送西风角动量和热量，以补偿中、高纬度大气损失的热量和西风角动量。热带的环流与中、高纬度的环流有密切关系。近代人们已开始愈来愈重视对热带气象的研究，多次进行热带地区的气象探测试验，大大增进了对热带气象的认识。2

热带平均环流特征1)热带地面流场

热带地区主要地面气流是两支偏东气流，在北半球的副热带地区有两个巨大的反气旋，它们的中心均在大洋东部，其中，从反气旋中心区流向赤道的偏东北气流因为很稳定将其称为东北信风。南半球的副热带地区海洋上也有三个巨大的反气旋，其中，从反气旋中心气流向赤道的东南气流也很稳定将其称为东南信风。东北信风与东南信风交汇的地区称为赤道辐合带(或热带辐合带)，此带大致环绕全球，在大西洋、西非和太平洋东部赤道辐合带平均位于5°～10°N，而在印度洋和西太平洋则位于10°S左右。与平均流场基本上相应的气压场，在1月份主要系统有：亚洲大陆的强大冷高压，从冷高压中流向赤道的东北气流在冬季也相当稳定。但因夏季亚洲大陆的气压系统变为热低压，相应气流也转为西南和东南气流。人们把这种相当稳定的盛行风随季节发生显著变化的气流称为季风。与海洋上巨大反气旋相对应的气压系统为副热带高压。2

因为海陆热力性质差异，高压中心均在大洋东部。在北半球因为冬季大陆比海上冷，故均为冷高压控制，南半球则相反，因为它正是夏季，三个大陆均为热低压所控制。赤道辐合带所对应的气压场是赤道低压带或称为赤道槽。7月份低纬地区主要气压系统与流场特征(5.15b)是：亚非地区为一强大的热低压所控制，印度洋、南亚、东南亚和我国南海的风系由冬季的东北季风转变为稳定的西南气流，即西南季风；太平洋和大西洋的副热带高压带比冬季强得多，东北信风也有所增强并伴随副热带高压带北移到20°N或其以北；南半球这个季节是冬天，只有澳大利亚大陆为冷高所控制，它是经常影响西太平洋地区的南半球寒潮的来源。两支信风汇合的热带辐合带位置在各个经度上位移有很大差别，西太平洋的热带辐合带1—3月都在南半球10°～20°S，4月中、下旬开始急速北上，并且第一次越过赤道到北半球。在逐日天气图上，热带辐合带第一次北跳都是与西太平洋第一个台风发生、发展和北上相联系的，等到这个台风生命结束，辐合带也就南撤了。5月下旬以后热带辐合带稳定北上，7—9月到达最北位置10～15°N，10月中、下旬热带辐合带开始迅速南移，12月就越过赤道到达南半球。

总之，低纬地区地面主要风系是信风带和季风。主要的环流系统有副热带高压、赤道低压(赤道槽)及与它相联系的赤道辐合带(热带辐合带)。人们把两支信风汇合的辐合带特称为信风辐合带(气压场称为信风槽)，它常出现在大西洋和太平洋的热带地区；把信风与季风(或赤道偏西风)汇合的辐合带，称为季风辐合带(也称为季风槽)，它主要出现在亚非季风表现最明显的地区，其平均位置随季节摆动很大，1月平均位于5°S左右，7月在10°～15°N之间，甚至可达20°N以北。亚洲和印度洋地区季风槽随季节南北摆动可达30个纬距以上，西半球这种位移则较小。2

2)热带对流层上部平均流场

1月份北半球热带对流层高层出现强大的西风，其最大风速在50 m/s以上。从阿拉伯半岛往东，副热带急流经西藏高原南缘向东移去，具有偏南分量，到日本上空与极锋急流相接近，成为最强大的西风带急流，其中心位于100～150 hPa高度，风速最大可达100 m/s以上。西风急流中有三个强度较弱的平均槽，分别在孟加拉湾、非洲西海岸和太平洋东部(图5.16)。

7月份北半球热带对流层高层有3个明显的反气旋中心，分别在北美、波斯湾和青藏高原上(图5.16b)．它们与地面强大的低压相对应。在热带的太平洋和大西洋地区有明显低槽。从西太平洋到非洲有一支稳定而且最强大的东风急流，其中心位于150～100 hPa高度，风速为30～40 m/s。在亚洲热带地区，冬季的副热带西风急流和夏季的东风急流都是全球最强大而稳定的气流，对全球的大气环流具有特殊意义，它与这个地区的青藏高原特殊地形、海陆分布和地理条件所形成的特别显著的季风活动有很大关系。在波斯湾和青藏高原上的反气旋中心相对应的气压场仅仅是一个全球最强大的高压称为南亚高压，北美高压强度和范围都较弱小。在这两个高压之间的太平洋和大西洋热带地区分别存在热带对流层的槽和近赤道脊。2

热带平均经向垂直环流从图5.17可以看出，全球低纬地区各个季节的平均经圈环流都是哈得来环流，但是其强度和位置都随季节有明显变化，在北半球冬强夏弱，其上升支冬季位于5°S附近，夏季在10°N附近，春、秋季则位于赤道附近。赤道地区不论什么季节平均都是上升气流，副热带地区都是下沉气流。2

热带平均纬向垂直环流图5.18a和5.18b分别表示6—8月和12—2月200 hPa、500 hPa和1000 hPa等压面上，在以赤道为中心、宽度为10°的纬带上取平均的纬向和经向风分量相对其纬向平均值的距平(偏差量)随经度差异的季节分布。从图中可以看出，在对流层上部200 hPa不论冬、夏季，有相对较强的赤道东风在东半球占主导地位，而西风在西半球占主导地位。在对流层下部(1000 hPa)则与上述情况相反。对流层中部500 hPa的纬向气流相对较弱。各个层次上的经向风分量都比相应的纬向风分量弱，说明低纬行星尺度运动表现为呈东西向的环流系统．从沿赤道15°N和15°S的红外辐射有效温度也可以得到证实。高层辐散、低层辐合的地区与平均降水区高耸云体的冷区相联系，相反，高层辐合、低层辐散的地区则与为晴空的暖区相联系。

综上所述，赤道对称的行星尺度特征的示意图如图所示。数个纬向环流圈中，最主要的结构是在印度尼西亚和西太平洋暖洋面上的上升运动及其东西两侧的下沉运动。与印度尼西亚的对流区东侧相联系的纬向环流圈常称作“沃克环流”，它横跨赤道太平洋。而与印度尼西亚的对流区西侧相联系的纬向环流圈常称作“反沃克环流”，它横跨赤道印度洋。2

造成的影响热带大气环流的低频变化不仅影响热带地区的天气和气候，而且往往导致全球范围的大气环流和天气、气候的异常。