西风带两大疑难：为何冬强夏弱？为何高空也是西风？

百科 2024-11-01 06:00 湖南

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在三圈环流理论中，关于西风带有两个疑难问题：为何冬强夏弱？为何高空也是西风？

这是三圈环流理论没有考虑海陆差异、实际探测资料等带来的“胎生病”。

其一是该模型没有考虑海陆热力性质差异，所以它无法解释北半球普遍存在的气压中心以及大陆东岸的季风，但这一局限性在模式建立前已做声明，所以我们都好理解。

其二是高空气象探测发展，中纬度高空西风逐渐为人们所认识（图2），但三圈环流模型中的费雷尔环流圈上层自北向南流动的空气受地转偏向力作用向右偏转，演变为东风带，与实际不符。

当前对三圈环流模型比较合理的改进，如图所示：

▲ 图来自《地表系统：自然地理学导论》

盛行西风冬强夏弱，很多资料都说是因为冬季南北温差大，导致水平气压梯度大。

但有同学提出疑问：若是冬季南北温差大导致，高纬温度低，低纬温度高，根据近地面“温高压低”原理，副热带高压气压会降低，副极地低压气压会升高，不是反而使气压梯度变小吗?

首先我们来了解下西风带。

按照热力环流图，中纬度高空应是偏东风，但是在20世纪三四十年代，通过高空气球观测，证实对流层高层存在很强的西风，其形成原因众说纷纭，大气科学多采用热成风的原理解释。

自由大气中风随高度的变化同气压场随高度的变化密切相关，而气压随高度递降的快慢又与大气柱中的平均温度有关。

在暖气柱中，气压随高度增加而降低得慢，即单位气压高度差大，而在冷气柱中，气压随高度增加而降低得快，即单位气压高度差小。于是，由于气柱中平均温度在水平方向上有差别，到一定高度以后，等压面就会出现倾斜，暖区一侧等压面抬起，冷区一侧等压面降低，结果使高层水平面上的气压值不相等，出现了由暖区指向冷区的气压梯度力，从而产生了平行于等温线的风，而且气层中平均温度梯度愈大，高层出现的风也愈大，这种由于水平温度梯度的存在而产生的风称为地转风。在自由大气中，随着高度的增高，高空风总是愈来愈趋向于热成风，这个结论与实际情况是相符的。比如北半球中纬度的对流层中，温度分布大致是南暖北冷，在对流层上层总是以西风为主（热成风是西风)。热成风大小与温度梯度成正比，而冬季南北温差大，自由大气中暖区指向冷区的气压梯度力也变大，西风强度也变大。

（热力因素形成的高低压，其地面与高空相反，比如，赤道低压的上空是一个强大的高压，极地高压的上空是一个强大的低压。而动力因素形成的高低压，其地面与高空一致。比如，副热带高压上空的气压大于副极地低压上空的气压。）

在近地面，西风带形成的直接原因是副热带高气压带和副极地低气压带之间存在的气压差，但这两个动力性气压的形成也是高低纬之间冷热不均所致，这种温差需要通过大气运动缓和，所以，高低纬度之间的温差是近地面西风带的根本原因。

在北半球，1月份，最大西风风速中心位于30°N的对流层上层约12km高空，可达40m/s 以上; 7月份，西风最大风速中心位于40°~50°N之间的上层，减小到20m/s。即北半球西风带冬强夏弱，随季节南北位移。

关于西风带的问题，你怎么看，欢迎在下方留言交流！

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