信风与行星风系
Trade Wind and Planetary Wind Pelt

信风在赤道两边的低层大气中,北半球吹东北风,南半球吹东南风,这种风的方向很少改变,它们年年如此,稳定出现。要介绍信风的形成原理必须介绍行星风系,了解了行星风系就知道信风的来历。

行星风系又称行星风带,是在不考虑海洋陆地与地形起伏影响下全球范围盛行风带的总称。它是太阳对地球辐射的不均匀性及地球自转所形成的一种理想化的大气环流形式。

太阳辐射能是大气环流的动力,赤道地区接受太阳辐射量最多,空气受热上升,受热空气上升到一定高度向高纬度地区(两极)流去,地面气压降低形成赤道低压带。气流在高纬度地区冷却后下降,在地面形成极地高压区,空气又流向赤道低压区,这就形成基本的大气环流,该环流也称为费雷尔环流,见图1。

静止地球的大气环流
图1—静止地球的大气环流示意图

请观看这种环流的动画,为清晰直观演示地球转动与风的流动,动画中环流高度放大了数十倍,风速也放大很多倍。运动的箭头表示空气的流向,橙红色箭头是地面风,蓝色箭头代表高空气流。

动画1—静止地球的大气环流动画

按此推理,北半球地面始终刮北风,南半球地面始终刮南风,实际上这种环流是不存在的,因为我们设定的地球是静止不旋转的,而且没有海洋陆地,也没有地形起伏。

我们还是用这个没有海洋陆地与地形起伏的地球,让他旋转起来,情况又如何呢。

在旋转地球的表面已不是惯性系,运动的物体会额外受到地转偏向力的影响,这种偏向力称为科里奥利力科氏惯性力(简称科氏力),在科氏力作用下,在北半球向任何方向运动的物体都会向右偏斜,在南半球向任何方向运动的物体都会向左偏斜。科氏力在赤道为0,向高纬度逐渐增大。其实科氏力不是一种力,它是真正的惯性结果。注意:科氏力的作用在大尺度运动的物体才明显,在平常的小空间仍是普通惯性系。有关科氏力的知识在此不作介绍,有兴趣者请另找参考资料。

先看北半球,在赤道受热的空气上升向高纬度(北方)流动,在赤道形成赤道低气压带。空中向北的气流在科氏力的作用下向东偏斜,随着向北科氏力增大偏斜增大,在纬度30度左右转成西风,这些空气不再北上,形成堆积并向地面下沉,引起地面气压升高,形成副热带高气压带。于是地面空气向南北两方向流动,向南流向赤道低压区,地面南下的气流在科氏力的作用下,向西偏斜,在赤道到纬度30度区间形成一个东北信风带。这一大气环流称为哈德里环流圈,见图2。

在副热带高气压带沿地面向北的气流在科氏力的作用下向东偏斜,形成以西风为主的地区(盛行西风带)。而北极地面气温很低,空气下沉形成极地高气压带,极地地面的冷空气南下,在科氏力的作用下向西偏斜,形成极地东风带

从副热带高气压带沿地面向北的气流在北纬60度遇到南下的极地冷风,爬上冷气流,地面形成副极地低压带,上升的气流向南流回北纬30度,向北流回极地。北纬30度至北纬60度的环流称为费雷尔环流圈,北纬0度至极地的环流称为极地环流圈,见图2。

南半球也是一样,向南分布有东南信风带、副热带高气压带、盛行西风带、极地东风带、极地高气压带,见图2。

行星风带
图2--行星风带的组成

北半球有4个气压带:赤道低气压带、副热带高气压带、副极地低气压带、极地高气压带,形成哈德里环流、费雷尔环流、极地环流共3个大气环流,简称三圈环流;三圈环流形成东北信风带、盛行西风带、极地东风带。南半球也是4气压带、三圈环流、3风带,这就是行星风系的整体概念。

请观看行星风系动画。动画仅为示意,为清晰直观演示地球转动与风的流动,动画中风速相对地球表面速度放大数十倍;环流高度也放大了数十倍。运动的箭头表示空气的流向,橙红色箭头是地面风,蓝色箭头代表高空气流。

动画2--行星风带动画

行星风系定义了整个地球总体气流基本走向,当然这仍是在一个无海陆、无地形变化的理想球体上定义的。实际的地球存在海洋、平原、高山等复杂的地貌,还有四季变化,各局部地区还有季风、海陆风等风,合成的风向、风力都是变化的。

不过地球表面主要是海洋,海洋平坦、温度均匀(同纬度),在大面积海面上的风带较稳定,在东北信风带与东南信风带仅在冬季与夏季受季风影响较大,但季风变化缓慢且有规律,所以,总体说海洋上的风是稳定有规律的,年年如此,很讲信用。人们把这种稳定有规律的风称为信风。古代的商贸船队就是利用信风进行航行,所以信风也称为贸易风

 
 
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