为
平均槽脊及 非定常大型 扰动对感热 输送 同一纬圈 暖升，冷降 大型定常扰 动对角动量 的输送
能
Q（太阳辐射）
平均摩擦损耗
维持纬向环流
实际上： 地球旋转为常数 东、西风带长期维持 ——两者相互补偿，达到平衡，证明角动量守恒
（三）角动量的输送方式
1、大气内部角动量的水平输送 2、大气内部角动量的垂直输送Βιβλιοθήκη 1、大气内部角动量的水平输送
平均经向环流 对角动量的输送
定常扰动
非定常扰动
表示通过纬圈φ处的整个大气垂直面（xz面） 在单位时间内向北水平输送的总角动量。
∴地转涡度平流使槽脊西退（长波槽），对槽脊发展 不起作用。
③ 厚度平流随高度的变化项
代入静力学方程
有：
补充：冷暖平流在天气图上的应用 ⑴ 等压面图上冷暖平流的判断
a）
等温线与等高线有交角处有温度平流
等温线与等高线没有交角处无温度平流 b）二十四小时变温 ＞０ 暖平流
＜０
冷平流
⑵ 温度槽脊落后于高度槽脊
Ⅵ. 纵向地转偏差的大小与风速的平方成正比
c)
太小
略
一、锋生与锋消的概念
锋生——密度不连续面的形成过程或水平温度梯度 加大的过程；即锋的生成或原有锋强度增强的过 程，均称为锋生。 锋消——反之 等压面图上等温线密集程度
天气图
地面图上锋两侧要素场差异明显
2. 讨论⑦式（锋生消公式）
设坐标系x轴平行于等位温线； y轴垂直于等位温线，指向位温升高的方向。
加热形式
凝结潜热加热——有利于锋生 下垫面加热——有利于锋消
一、位势倾向方程
1. 公式推导
简化的涡度方程
代入连续方程
得到
—— 13
作运算
——18
将14+18式，消去
项，得到：
—— 19位势倾向方程
2. 讨论19式各项的物理意义
① 证明左端项
设 ，则有：
k,l,m为三个方 向上的波数
同理
∴
即
② 地转风绝对涡度平流
c）冬季哈得莱环流较强对角动量输送显著；
d）费雷尔环流较弱，但水平输送方向与哈得莱环 流相反。
③. 槽脊输送角动量的方式（P161 图4.15）
a 对称槽 槽前对u角动量向北输送 槽后对u角动量向南输送 两者相等 无南北净输送 b 东北—西南向的倾斜槽 槽前对u角动量向北输送大于槽后对u角动量向南输送 有u角动量向北净输送 c 西北—东南向的倾斜槽 有u角动量向南净输送 实际大气在中高纬地区多为东北－西南向槽脊，所 以中纬度的扰动水平输送主要是向北输送西风角动量。
得：
—— 20
作运算 得：（σ在水平方向上分布均匀 ）
—— 21 将20－21，消去 项，得到：
——22 ω方程
2. 讨论22式各项的物理意义
① 左端项，同19式类似，同理可证
② 绝对涡度平流随高度变化项
——绝对涡度平流随高度增加， ω<0， 有上升运动
——绝对涡度平流随高度减小， ω>0， 有下沉运动
⑶ 温度槽脊超前于高度槽脊
∴温度平流对槽脊发展起主要作用
任意槽脊
温度槽脊落后于高度槽脊
温度槽脊超前于高度槽脊
④ 非绝热加热随高度的变化项
>0，非绝热加热随高度增加，
等压面位势高度降低。
<0，非绝热加热随高度减小，
等压面位势高度升高。
二、ω方程
１. 公式推导：
取14、17式
——14 ——17
作运算
④ 非绝热加热的拉普拉斯项
同理可证：
非绝热加热：凝结潜热 下垫面加热
一、太阳辐射作用(P153图4.10)
太阳辐射能是大气环流形成的基本能源。
1、太阳辐射能在整个地球表面分布不均匀， 随纬度增大而减小。
(1) 低纬度（40°N~40°S）是太阳辐射能净得区
(2) 中高纬（40°N~北极、40°S~南极）是太阳 能净失区
北美大槽
（二）地形影响——青藏高原
1. 高原的动力作用
①冬季极锋的西风急流在东亚明显分为南北两支， 在高原东侧形成“北脊南槽”
高原北部脊区——我国北方晴天多
孟加拉湾低槽——我国南方阴雨多
②高原东侧形成特殊天气系统
东亚大槽
500hPa 长江中下游风场辐合线 700hPa 江淮切变线 700hPa 西南涡
c) 中纬度系统的温压场结构的基本特征: 地面低压中心位于高空槽前脊后 地面高压中心位于高空槽后脊前 高空温度槽脊落后于气压槽脊
四、地转偏差
实际风与地转风的偏差称为地转偏差。
讨论：
a) （变压风）
代入地转风方程：
得：
变压风垂直于等变压线，指向变压代数值小的方向。
变压风的大小与变压梯度大小成正比，等变压线越密， 变压风越大。
三、热成风
地转风随高度的改变量称热成风，即上下两层 地转风之差。
Vg2
Vg1
讨论： 1. 热成风与等平均温度线平行，背热成风而立， 低温在左，高温在右。
2. 热成风风速大小与平均温度梯度成正比，与 纬度成反比，等温线越密集热成风越大。
3. 热成风与冷暖平流
自下而上地转风随高度逆转时——气层中有冷平流 自下而上地转风随高度顺转时——气层中有暖平流
——⑧ 所以转为讨论⑧式
a) 水平运动的作用
∴
当 当
时，则 时，则
，锋消； ，锋生。
气流辐散，锋消
气流辐合，锋生
∴在垂直于等位温线的方向上有气流辐合利于 锋生，反之则有利于锋消。
进一步说明：
一个线性流场可分解为四种简单的流场 平流场 旋转场 辐合辐散 变形场 前三种对锋生、锋消不起作用。
变形场：
2、大气的平均温度特征（P153
图4.11）
(1) 对流层中，低纬为暖中心，向极地温度逐渐递 减，冬季南北温差大于夏季。 (2) 平流层中，低纬为冷中心，夏季温度由赤道向 极地逐渐升高。
3、温度分布不均匀必然产生热力环流
假定：地球不旋转、地球表面性质一样
对流层中低纬暖，高纬冷， 使空气在赤道上升，极地下沉。 在南北温差的作用下，高空为 赤道吹向极地的南风；在气压 梯度力作用下，低层为极地吹 向赤道的北风。
补充：天气图上判断冷暖平流
a) 24小时变温(△T24)： <0 >0
冷平流 暖平流
b) 水平温度平流：
c) 等高线与等温线有交角处，有温度平流 等高线与等温线平行处，无温度平流
4. 中纬度系统的温压结构 a) 中纬度对流层中，温度分布南暖北冷， 所以高层为西风气流，且高度越高，西风越大。
b) 地面闭合高压和低压系统 在高空转变为西风气流的波状槽脊。
2. 高原的热力作用
夏季中心位于青藏高原及其 附近地区对流层上部的高压。
①夏季为热源
a 南亚高压形成 高层高压 低层低压 上升气流，高温高湿 b 夏季高原南侧转为东风急流
②冬季为相对冷源 低层高压（P165 图4.18） 高原南多西风急流适应
五、能量收支（P166 图4.19）
三圈环流 和东西风 带
负变压中心有变压风的辐合；
正变压中心有变压风的辐散。
②
——纵向（切向）地转偏差
Ⅰ. 气流气旋式旋转
产生指向地转风相反方向地转偏差——实际风小 于地转风 。 Ⅱ. 气流反气旋式旋转
产生指向地转风相同方向地转偏差——实际风大 于地转风。
Ⅲ. 高空槽前脊后有纵向地转偏差的辐散， 高空槽后脊前有纵向地转偏差的辐合。
a. 地转风相对涡度平流
天气图应用
槽前脊后为正的相对涡度平流，等压面高度降低
槽后脊前为负的相对涡度平流，等压面高度升高 槽脊线上涡度平流为零，等压面高度无变化 ∴相对涡度平流使槽脊东移（短波槽），对槽脊 的发展不起作用。
低
Vg 高 ζg < 0 ζg > 0 -Vg· ▽ζg < 0 Vg 高
ζg < 0
2、大气内部角动量的垂直输送（P162 图4.16）
地球角动量 的垂直输送
相对角动量 的垂直输送 涡动引起的垂 直角动量输送
①
哈得莱环流有净余的Ω角动量，向上输送 ——补偿了高空西风带 费雷尔环流有净余的Ω角动量，向下输送 ——补偿了低层西风带 平均经圈环流对角动量的垂直输送是主要的
②扰动的垂直运动是上升、下沉互补出现 由于高层u角动量大于低层u角动量，所以扰 动的垂直运动总是向下净输送u角动量。 ③计算表明，向上、向下对角动量的垂直输送平衡。 ④水平输送与垂直输送共同作用，大气角动量收支 平衡，东西风带长期维持，地球角动量收支平衡， 地球转动角动量速度是常数。
地球角动量
相对角动量
（一）地球大气系统中绝对角动量分布状态
1、 地球角动量，为西风角动量， 其大小随纬度增高减小，赤道最大，极地最小。 2、低层相对角动量
弱 极地东风带——具有东风角动量
强 中纬西风带——具有西风角动量
低纬东风带——具有东风角动量
（二）地球大气系统中绝对角动量守恒
a 低纬东风带由于摩擦和山脉的作用从地球 获得西风角动量 b 中纬西风带由于摩擦和山脉的作用 失去西风角动量
——构成直接热力环流圈
二、地球自转作用
地转偏向力，f随纬度变化
（P154 图4.12a、b）
1、北半球对流层大气环流模式 极地环流圈———强 费雷尔环流圈——弱 哈德莱环流圈——强
三圈经向环流
极地 环流 Ferrel 环流 Hadley 环流
极锋 急流 副热带 急流
2、低层三风四带
极地东风（东北风）
三风 中纬西风（西南风） 四带
极地高压带
副极地低压带
低纬东风（东北信风）
副热带高压带