了解观测到的环流
观测到的最简单的全球大气特征是热带比两极温暖得多。正如第五章所讨论的，这是地球几何结构的直接结果:地球表面单位面积的年平均太阳入射辐射在赤道要比在两极大得多，而两极地区被冰雪覆盖，因此将大部分入射辐射反射回太空，这一事实加剧了这种差异。不太明显的事实是，热带地区实际上从太阳接收的能量比它们向太空发射的能量要多，而在高纬度地区恰恰相反。由于这两个地区每年平均处于平衡状态，必然存在一个过程，从热带地区输送多余的能量，以弥补高纬度地区的不足，如图8.1(左)所示。
隐含的约6 x 1015W的输送(见图5.6)必须受到大气环流的影响，将暖空气向极地携带，冷空气向赤道携带。(事实上，海洋环流也有贡献，如第11章所述。)因此，与没有这种输送相比，热带地区会更冷，极地地区会更热。因此，在这方面和在其他方面一样，大气环流在气候中起着关键作用。raybet雷竞技最新
是什么运动提供了所需的运输?图8.2描述了第5章中讨论的观测到的大气环流的大致特征。纬向流在中纬度的高空是强烈的西风，在第7.3节之后，我们现在可以将这一事实理解为温度随纬度下降的直接结果。地面风被地面附近的摩擦作用限制为微弱热的风平衡(式7-24)表明，气温向极地方向下降必然伴随着西风随高度的增加而增加。综上所述，这两个事实要求中纬度的纬向气流从地面的接近零向高度的强西风带增加，如图7.19所示。
图8.1。由观测到的大气状态所暗示的(左)能量和(右)角动量(mtm)的纬向输送。在能量收支中，热带地区的辐射净增加，高纬度地区的辐射净损失;为了平衡每个纬度的能量收支，隐含了一个向极地的能量通量。在角动量预算中，大气在低纬度获得角动量(那里的地面风是东风)，在中纬度失去角动量(那里的地面风是西风)。这样就意味着向极地方向的大气角动量通量。
图8.1。由观测到的大气状态所暗示的(左)能量和(右)角动量(mtm)的纬向输送。在能量收支中，热带地区的辐射净增加，高纬度地区的辐射净损失;为了平衡每个纬度的能量收支，隐含了一个向极地的能量通量。在角动量预算中，大气在低纬度获得角动量(那里的地面风是东风)，在中纬度失去角动量(那里的地面风是西风)。这样就意味着向极地方向的大气角动量通量。
图8.2。年平均条件下观测到的大气环流示意图。高空西风带呈阴影状，显示副热带急流的核心位于赤道向极的侧翼哈德利环流．表层西风带和表层信风是同样被标记的还有中纬度的高低。只显示了北半球。垂直比例被大大夸大了。
图8.2。年平均条件下观测到的大气环流示意图。上层西风带被遮蔽，显示了哈德利环流向极侧副热带急流的核心。地面西风带和地面信风也很明显，中纬度的高低也很明显。只显示了北半球。垂直比例被大大夸大了。
尽管近地表风较弱，只有几m s-1，但它们仍然呈现出明显的空间分布，热带地区的纬向成分是偏东的，中纬度地区是偏西风的(图7.28)。因此，在存在表面摩擦的情况下，大气对中纬度地区的地面的角动量必然会减少，而在热带地区则会增加角动量。如图8.1(右)所示，角动量平衡因此，大气的平衡需要西风角动量从低纬度向中纬度的输送来维持平衡。
尽管对流层上层的西向东环流是大尺度环流的主要组成部分大气流动，它不能负责所需的向极地的能量和角动量传输，而南北流动是必需的。正如我们在第5章(图5.21)所看到的，的确在经向面有一个平均环流，它是由热带大气哈德利环流主导的，在年平均水平上，赤道附近有平均上升流，高空有向极地的流动，亚热带有下沉，地面有向赤道的回流流。在热带地区，环流将能量和角动量按需要向极地输送;然而，经向环流在中纬度变得更弱，因此不能产生太多的输送。我们在第5.4.1节中看到，大部分热带外大气的南北向气流以涡流的形式出现，而不是像热带那样出现平均翻转。正如我们将要看到的，正是这些涡流产生了在温带向极地的输送。
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