大氣運動

大氣環流(一)局部環流與季風(Atmospheric circulation)

大氣環流(一)局部環流與季風(Atmospheric circulation)
國立台灣師範大學科學教育研究所吳佳蓉研究生/台灣師範大學科學教育研究所許瑛玿教授責任編輯

空氣的流動稱為氣流,可以是水平或垂直的,水平方向的氣流即我們一般所謂的「風」,垂直方向的氣流則稱為「上升氣流」或「下沉氣流」。氣壓分布不均造成空氣流動的力量,稱為氣壓梯度力,因此風有由氣壓高吹向氣壓低的趨勢。

地形起伏、海陸分布會使各地區大氣溫度不均,影響氣壓分布。受熱區的地面氣壓比周圍氣壓低,空氣流向受熱區;受熱區上層,氣壓比周圍氣壓高,空氣被推離受熱區。水平流動發生後,會在受熱區產生上升氣流,而在較冷區產生下沉氣流,形成一個環流狀的系統,即「大氣環流」。

(1)局部環流

  • 海陸風:

因海洋與陸地受熱不均,而在海濱附近形成日夜變化的風,稱為海陸風。白天時,由於陸地比熱比海水小,受熱後陸地溫度上升快,形成局部的低壓中心,海面上的 空氣則因為溫度較低,氣壓相對較高,空氣沉降,地表附近的空氣由海面吹向陸地,形成「海風」。夜晚時,陸地因長波幅射冷卻,散熱較快,形成相對高壓區,且 海洋因比熱大,散熱較慢,形成相對低壓區,使得低層空氣由陸地吹向海面,形成「陸風」。

台灣地區,海風大都從上午10?11時開始,起初風力很弱,範圍也小,到下午14?15時,氣溫最高的時候,海風最強,常可達3?4級左右,範圍也擴大, 但通常只能深入陸地20公里,至多也不過25公里。太陽下山以後,海風停止,陸風跟著就開始,陸風不如海風明顯,通常風力僅1?2級而已。海陸風現象,影 響之高度不大,通常只不過200~300公尺,最高不會超過600公尺。


左圖:海風示意圖、右圖:陸風示意圖 。(圖片來源:台灣大百科 http://taiwanpedia.culture.tw/web/content?ID=3307)

大氣環流(二)三胞環流(Atmospheric circulation)

大氣環流(二)三胞環流(Atmospheric circulation)
國立臺灣師範大學科學教育研究所吳佳蓉研究生/臺灣師範大學科學教育研究所許瑛玿教授責任編輯

大氣環流形成的主要因素之一是加熱的空間分布不均勻。由於低緯度地區的地面接受太陽輻射較多,氣溫比較高,所以到了高層呈現比中、高緯度為高的氣壓。空氣在高層直接由赤道流向南北極,然後在地面上由南北極流回赤道,而形成純南北方向的環流。這樣形成從赤道到北極只有一個對流胞的全球環流,稱為單胞環流,英國氣象學家George Hadley於1735年提出類似的概念,此一單胞環流因此被稱為哈德里胞(Hadley cell)。

大氣穩定度

大氣穩定度 (Atmospheric stability)
國立臺灣師範大學科學教育研究所吳佳蓉研究生/臺灣師範大學科學教育研究所許瑛玿教授責任編輯

在對流層中,溫度隨高度遞減,稱為大氣(環境)溫度直減率。氣塊受外力而運動,在運動過程中不與環境交換熱能,稱為絕熱過程,當空氣塊以絕熱過程垂直上升,周遭環境的氣壓減低,會使空氣塊體積膨脹,溫度下降。反之,空氣塊以絕熱過程垂直下降時,周圍氣壓升高,體積被壓縮,溫度上升。若過程中空氣未飽和而沒有凝結發生,稱為乾絕熱過程,未飽和空氣塊以絕熱過程垂直上升時,每上升1公里溫度降低約10℃,為乾絕熱直減率;若氣塊中的水氣飽和而有凝結發生時,則為溼絕熱過程,飽和空氣塊以絕熱過程垂直上升時,溫度遞減率每上升1公里平均6℃,為溼絕熱直減率。

氣團概論

氣團概論
高雄市立高雄女子高級中學張家齊老師/國立臺灣師範大學科學教育研究所許瑛玿教授責任編輯

所謂氣團,是指以溫度、溼度為主的物理性質,在水平方向上近乎一致的一大塊空氣,其範圍可達1500公里以上。換句話說,當一大團空氣停留在一廣大,且性質均勻的表面一段時間後,會自此地得到一定的特性,當此特性趨於一致時,即稱此為氣團。然而,因為氣團會移動,移動後會發生結構上的變化,此稱氣團變性。

颱風中心附近的輻合現象

颱風中心附近的輻合現象
高雄市立高雄女子高級中學地球科學科張家齊教師/國立台灣師範大學科學教育研究所許瑛玿教授責任編輯

 
通常解釋「輻合作用」時,會如此陳述:「近地面處空氣向低壓中心聚集,空氣被迫向上運動,出現上升氣流,容易造成陰雨的天氣」。但是這樣的說明無法解釋颱風眼附近微弱的下沉氣流,卻是氣壓最低所在。 

颮線

颮線
高雄市立高雄女子高級中學地球科學科張家齊教師/國立台灣師範大學科學教育研究所許瑛玿教授責任編

定義
  颮線是由成帶狀排列的積雨雲群所組成的,長度由幾十公里至幾百公里,寬度由一公里到數十公里,生命期約幾小時至幾十小時,為對稱型的中尺度天氣系統。颮線過境前後造成的天氣變化與鋒面過境相似,但較鋒面劇烈,亦即當地會有明顯的氣壓、氣溫的變化。

高速氣流(Jet Stream)

高速氣流(Jet Stream)
國立臺灣師範大學地科所彭天音碩士生/國立台灣師範大學地球科學系許瑛玿教授責任編輯

高速氣流,或稱噴射氣流,是在高空上圍繞地球的強而窄的高速氣流帶,集中在對流層頂或平流層,於中高緯西風帶內或低緯度地區的高空都可出現。其水平長度達上萬公里,寬數百公里,厚數公里。中心風速有時可達每小時200至300公里的偏西風,而且可以有一個或多個風速極大中心,常伴隨強大的水平風切和垂直風切的變化,有時風切的改變會造成亂流,讓飛機的飛行存在危險。

高速氣流(Jet stream)是1920年由日本氣象學家Wasaburo Ooishi發現。第二次世界大戰時,美國B29轟炸機在日本本土進行轟炸時,飛機引擎正常運作且沒有儀表故障下,儀表的指針卻顯示飛機的飛行速度很慢。經研究後才發現,高空中有風速達數百公里的西風噴流,會大大降低飛機前進的速度。