大气运动

大气运动是指不同地区，不同高度之间的大气进行热量，动量，水分的互相交换；不同性质的空气得以相互交流，并以此形成各种天气现象和天气变化的总称。大气运动包括水平运动和垂直运动两种形式。

简介单圈环流假设地球表面是均匀一致的，并且没有地球自转运动，即空气的运动既无摩擦力，又无地转偏向力的作用。那么赤道地区空气受热膨胀上升，极地空气冷却收缩下沉，赤道上空某一高度的气压高于极地上空某一相似高度的气压。在水平气压梯度力的作用下，赤道高空的空气极地上空流去，赤道上空气柱质量减小，使赤道地面气压降低而形成低气压区，称为赤道低压；极地上空有空气流入，地面气压升高而形成高气压区，称为极地高压。于是在低层就产生了自极地流向赤道的气流补充了赤道上空流出的空气质量，这样就形成了赤道与极地之间一个闭合的大气环流，这种经圈环流称为单圈环流。

事实上地球时刻不停地自转着，假使地表面是均匀的，但由于空气流动时会受到地转偏向力的作用，环流变得复杂起来。

三圈环流赤道上受热上升的空气自高空流向高纬，起初受地转偏向力的作用很小，空气基本上是顺着气压梯度力的方向沿经圈运行的。随着纬度的增加，地转偏向力作用逐渐增大，气流就逐渐向纬圈方向偏转，到30° N附近，地转偏向力增大到与气压梯度力相等，这时在北半球的气流几乎成沿纬圈方向的西风，它阻碍气流向极地流动。故气流在30°N上空堆积并下沉，使低层产生一个高压带，称为副热带高压带，赤道则因空气上升形成赤道低压带，这就导致空气从副热带高压带分别流向赤道和高纬地区。其中流向赤道的气流，受地转偏向力的影响，在北半球成为东北风，在南半球成为东南风，分别称为东北信风和东南信风。这两支信风到赤道附近辐合，补偿了赤道上空流出的空气，于是热带地区上下层气流构成了第一环流圈(Ⅰ)，称信风环流圈或热带环流圈。

极地寒冷、空气密度大，地面气压高，形成极地高压带。在北半球空气从极地高压区流出并向右偏转成为偏东风，副热带高压带流出的气流北上时亦向右偏转，成为中纬度低层的偏西风。这两支气流在60° N附近汇合，暖空气被冷空气抬升，从高空分别流向极地和副热带。在纬度60°N附近，由于气流流出，低层形成副极地低压带。流向极地的气流与下层从极地流向低纬的气流构成极地环流圈，这是第二环流圈(Ⅱ)；自高空流向副热带处的气流与地面由副热带高压带向高纬流动的气流构成中纬度环流圈，这是第三环流圈 (Ⅲ)。只受太阳辐射和地球自转影响所形成的环流圈，称为三圈环流。它是大气环流的理想模式。

由于下垫面条件不同，三圈环流的模式被打破，形成季风、海陆风、山谷风、焚风和峡谷风等。

所有这些运动，都是大气运动。1

热力环流1.形成成因：冷热不均。形成过程：地面受热不均→空气做垂直运动（受热上升，冷却下降）→同一水平面形成高、低气压中心，产生气压梯度（上升运动在近地面形成低压，高空形成高压。下降运动在近地面形成高压，高空形成低压）→大气做水平运动，形成风，热力环流形成。可见，大气运动首先是垂直运动，其运动原因是受热不均，其次是水平运动，其运动原因是同一水平面上有气压差。

2.高气压和低气压是指同一水平高度的气压状况，如下图中A′处的高气压是相对同一水平高度B′处和C′处的气压而言的。若A′处的高气压与近地面A处的低气压相比，气压值仍然小于近地面A处的气压值，原因是同一地点，气压值随高度的增加而递减。

3.一般情况下，在近地面气温高的地方则气压低，气温低的地方则气压高；近地面为低气压高空则为高气压，近地面为高气压高空则为低气压。地区间冷热不均引起空气的垂直运动，同一水平面上的气压差异导致大气的水平运动。

4.等压面凸起的地方是高压区，等压面下凹的地方是低压区。

风的形成近地面大气水平运动形成风。

大气的水平运动称为风。空气运动是在力的作用下产生的，作用于空气的力有重力、气压梯度力、地转偏向力、地面摩擦力。这些力的性质各不相同，对大气运动产生的作用也不一样。

在近地面，因为惯性离心力较小可以忽略不计，风主要受三个力的影响：气压梯度力、地转偏向力、摩擦力。

1.水平气压梯度力。气压梯度是一个向量，它垂直于等压面，由高压指向低压，数值等于单位距离内的气压差。水平气压梯度的单位通常用hPa/赤道度表示（1赤道度等于在赤道上经度相差1度间的距离,约为111km）。水平气压梯度很小，一般为1hPa/赤道度~3hPa/赤道度。而垂直气压梯度在低层大气可达1hPa/10m，相当于水平气压梯度的十万倍。但有重力与其平衡，因此，运动的空气所受的总垂直分力并不大，对空气产生运动的作用并不如水平气压梯度明显。水平气压梯度虽小，却是推动空气运动的起始动力，是空气产生水平运动的直接原因和动力。

2.地转偏向力。空气在转动的地球表面按水平气压梯度力方向运动的同时，会受到地球自转偏向力的影响。全球各纬度带的地转偏向力数值大小不等，赤道上的地转偏向力为零，极地的地转偏向力最大，其他纬度的地转偏向力介于两者之间。地转偏向力的方向在北半球指向物体运动的右方，在南半球指向物体运动的左方。地转偏向力只在空气相对于地表有运动时才产生，并且只改变空气运动的方向（风向），而不改变空气的运动速率（风速）。

3.摩擦力。大气运动中受到的摩擦力一般分为内摩擦力和外摩擦力。内摩擦力是在速度不同或方向不同的相互接触的两个空气层之间产生的一种相互牵制的力，它主要通过湍流交换作用使气流速度发生改变，也称湍流摩擦力，其数值很小，往往不予考虑。外摩擦力是空气贴近下垫面运动时，下垫面对空气运动的阻力。它的方向与空气运动方向相反。一般海洋上摩擦力小，陆地上摩擦力大，所以海上风大，陆上风小。摩擦力可减小空气运动的速度，并引起地转偏向力相应减小。摩擦力对运动空气的影响以近地面最为显著，随着高度的增加而逐渐减小，到1km—2km高度以上，摩擦力的影响已小到可忽略不计。因此，把此高度以下称为摩擦层，以上称为自由大气。

全球性大气环流1.由赤道地区热空气上升、极地地区冷空气下沉，可以知道低纬和高纬环流是热力原因形成的环流，中纬环流是动力因素形成的动力环流，所以赤道低气压带、极地高气压带是热力原因形成的，副热带高气压带和副极地低气压带为动力原因形成的。在学习中我们要善于根据热力环流原理，理解七个气压带和风带的形成原因和相关的气候现象。例如赤道地区终年高温，气流受热作上升运动，南北移后近地面空气密度减小形成低压，形成赤道低气压带，受其控制的地区，多对流雨，降水丰富。又如在赤道低气压带与副热带高气压带之间，由于存在气压差异，水平气压梯度力由副热带高气压带指向赤道低气压带，又由于地转偏向力的影响，往北半球的低纬地区吹就形成了东北信风，往南半球的低纬地区吹就形成了东南信风。由于信风由高纬（温度低的地区）流向低纬（温度高的地区），一般情况下降水稀少，但如果信风来自海洋，且有地形的抬升，也可能形成丰富的降水，如马达加斯加岛的东部地区、澳大利亚大陆的东北部沿海地区、巴西东南沿海地区等。

2.由于地球的公转运动，引起太阳直射点随季节而南北移动，导致气压带和风带在一年内也随太阳直射点作周期性的季节移动。气压带和风带在一年内有规律的南北移动，常使一些地区在不同季节出现完全不同的气候，如地中海气候地区和热带草原气候地区。

3.海陆分布使气压带和风带的分布变得复杂化。由于海陆热力性质的差异，使纬向分布的气压带被分裂为块状，形成一个个高、低气压中心。北半球1月份副极地低气压带被陆地上冷高压切断，如图甲所示，副极地低气压带仅保留在海洋上，在海洋上形成阿留申低压，亚欧大陆形成亚洲高压；7月份副热带高气压带被陆地上热低压切断，如图乙所示，副热带高气压带仅保留在海洋上,在海洋上形成夏威夷高压，亚欧大陆形成亚洲低压。

4.亚洲东部季风环流最为典型。海陆热力性质的差异，导致冬夏间海陆气压中心的季节变化，从而形成季风环流。如下图就是不同季节海洋和陆地之间的季风环流（虚线箭头表示高空的大气运动方向）。南亚季风的成因除海陆热力性质差异外，还有气压带、风带的季节移动，即南半球的东南信风夏季随着赤道低气压带北移而向北越过赤道，在地转偏向力的影响下，形成西南季风。冬夏季风势力的强弱主要取决于水平气压梯度力的大小。

相关知识点一：大气的组成和垂直分层

1）低层大气的组成：干洁空气（氮—生物体的基本成分、氧—生物维持生命活动的基本物质、二氧化碳—光合作用的基本原料、臭氧—吸收太阳紫外线“地球生命的保护伞”）、水汽和固体杂质（成云致雨的必要条件）

2）：大气的垂直分层

高度 温度 大气运动 对人类活动的影响

高层大气 2000-3000千米 电离层反射无线电波

平流层 50-55千米 随高度的增加而上升 平流运动 臭氧吸收紫外线升温;有利于高空飞行

对流层 低纬：17-18千米，中纬：10-12千米，高纬：8-9千米 随高度增加而递减 对流运动 天气现象复杂多变，与人类关系最密切。

二：大气热力作用

（1）对太阳辐射的削弱作用

吸收作用：具有选择性，水汽和二氧化碳吸收红外线，臭氧吸收紫外线，对于可见光部分吸收比较少

反射作用：无选择性，云层越厚，反射作用越强，在夏季多云的白天，气温不是很高

散射作用：具有选择性，对于波长较短的篮紫光易被散射，所以晴朗的天空呈蔚蓝色

（2）对地面的保温效应

①大气吸收地面的长波辐射，截留热量而增温，由于大气对于太阳短波辐射的吸收能力比较差，但是对于地面长波辐射吸收作用强，所以地面辐射大部分都是被大气吸收

②大气逆辐射是大气辐射的一种,方向朝向地面,对地面热量进行补偿，起保温作用。2

三：大气的热力状况

大气的热力作用

1）热力环流：由于地面冷热不均而形成的空气环流，是大气运动的一种最简单的形式。

2）大气的水平运动—--风

影响因素：等压线越密集的地方，则风力越大

在单一水平气压梯度力作用下：风向垂直等压线，指向低压

风向 在水平气压梯度力和地转偏向力作用下：风向与等压线平行

在三个力作用下：风向与等压线成一夹角,始终由高压指向低压方向.

四；大气环境保护

（1）全球变暖

原因：二氧化碳的增多而使气温升高

二氧化碳增多的原因：①大量燃烧矿物燃料，②毁林

危害：①海平面上升，淹没陆地

②改变各地降水状况和干湿状况，导致世界各国经济结构的变化

保护措施：①提高能源的利用技术和能源利用效益，采用新能源

②努力加强国际合作

（2）臭氧层的破坏与保护

原因：除了自然原因以外，主要是人类使用制冷设备排放的氟氯烃

危害：①危害人体健康，②对生态环境和农林牧渔业造成破坏

保护措施：减少并逐步禁止氟氯烃等消耗臭氧物质的排放，加强国际合作

（3）酸雨

概念：人们一般把PH值小于5.6的雨水称为酸雨

成因：燃烧矿物排放的大量二氧化硫和氮氧化物等酸性气体

危害：河湖水酸化，土壤酸化，危害森林和农作物生长，腐蚀建筑和文物古迹等

防治措施：防治酸雨最根本的措施是减少人为硫氧化合物和氮氧化合物的排放，我国已经采取了发展洁净煤技术、清洁燃烧技术等措施来控制酸雨

意义风就是指大气的水平运动。通过大气的运动，进行热量和水汽的输送，产生多种天气变化。

能量大气运动的能量来源于太阳辐射，同时由于地球的形状，造成各纬度获得的太阳辐射能多少不均，造成高低纬度间温度的差异，这是引起大气运动的根本原因。而水平气压梯度力则是引起大气运动的直接原因1。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学