3.2.1 时间平均的大气环流
3.2.1 时间平均的大气环流
3.2.1.1 地面气压场和风场分布
1月（代表北半球冬季）和7月（代表北半球夏季）气候平均的地面气压场和风场分布见图3.9。可以看到，南半球的气压分布比较简单，高纬度地区在南极上空有一低压带，冬、夏无明显区别；副热带为一高压带，只是在夏季，在澳大利亚、南非和南美大陆为低压区，这个分布与三圈环流模型所示的海面气压分布相似。
北半球地面气压分布比较复杂。在北半球冬季高纬度有两个强大的低压区，即冰岛低压和阿留申低压，而在大陆上有两个相应的强大的高压区，即西伯利亚高压和北美高压。夏季大陆上是低压区，即北美低压和亚洲大陆低压，并且在北半球20°N～30°N的副热带地区夏季太平洋和大西洋东部有强大的副热带高压。在太平洋的西部，包括日本、中国东南部经常出现西太平洋副热带高压，对中国、日本和韩国夏季旱涝有着重要影响。
总体来说，南、北半球的气压分布与季节和海陆分布有很大关系。无论是南半球或北半球的大陆，冬季处于高压控制，夏季处于低压控制；而海洋上冬季处于低压控制，夏季处于高压控制。比较冬、夏季海平面图可以看出，冰岛低压、阿留申低压、太平洋副热带高压（也称夏威夷高压）、大西洋副热带高压（也称亚速尔高压）和格陵兰高压等系统，在北半球冬夏季都存在，人们称之为半永久性大气活动中心（简称为大气活动中心）；而亚洲高压（也称蒙古高压或西伯利亚高压）、亚洲热低压、北美冷高压和北美热低压等季节性系统，由于只在一定的季节中经常存在，人们称之为季节性大气活动中心。大气活动中心对促使南北和海陆之间热量、水汽和动量之间交换有重要作用。
1月和7月地面风场的分布显示，南、北半球低空风场分布相似。北半球副热带洋面上盛行东北信风，南半球副热带洋面上盛行东南信风。1492年哥伦布（C.Columbus）首先搭乘帆船横渡大西洋成功，他就是巧妙地运用了大西洋的东北信风。
中纬度盛行西风，又称西风带。北半球冬季大陆东部、大洋西部盛行北风，而大陆西部、大洋东部盛行南风。因此，大陆东部比较冷，而大陆的西部比较暖。在北半球夏季，大陆东部、大洋西部盛行南风，大陆西部、大洋东部盛行北风，因此，大陆东部很闷热，而在西部很凉爽。从图3.9还可以看到，副热带地区是气流相对弱的地区，并且降雨很少，太阳辐射很强。很早以前，人们就认识到此区域是航海很难的区域。风场的分布与地面气压分布是相配合的。
图3.9 北半球1月（a）和7月（b）气候平均的地面气压场（单位:hPa）和风场
（Lutgens等，2004）
3.2.1.2 500hPa高度场分布
1月和7月份气候平均的500hPa等压面上高度场的分布见图3.10。由于500hPa等压面大约位于大气质量1/2的高度上，处于对流层中部，因此，这一层的环流型可代表对流层的环流。在高空，风向与等压面上等高线几乎平行，并且等高线越密集风速越大。在北半球，高压区位于风向的右方。冬季时，北半球副热带地区有3个副热带高压，分别位于中印半岛和我国南海、拉丁美洲和印度洋上空；而夏季在副热带海域有很强的副热带高压，中心分别位于太平洋、大西洋和北非上空。在南半球，高压区位于风向的左方。南半球中高纬地区冬、夏皆为平直西风气流。
北半球冬季西风带环流上有3个槽脊，即东亚大槽、北美大槽以及东欧槽，阿拉斯加和大西洋东部的较强的脊和西伯利亚平而宽的脊。这3个扰动的波长大于地球半径，属于行星波。并且，这些波动在纬向呈现出很慢的变化，故又称准定常波动。
北半球夏季西风带明显北移，从20°N到极区整个区域几乎都吹西风，偏西风较冬季弱很多。中高纬地区平均有4个槽和脊，即位于太平洋中部的洋中槽，位于北美东岸到大西洋上空较浅的槽，位于贝加尔湖地区和欧洲西部较弱的槽；而4个脊分别位于阿拉斯加、中欧、西伯利亚西部和东部，其中位于阿拉斯加的脊最强。因此，在夏季环流上有4个准定常行星波动。地面上气旋与反气旋活动与这些行星波动密切相关，气旋活动大部分位于这些大槽的槽前区域，而反气旋活动则位于脊前区域。
3.2.1.3 200hPa风场分布
在副热带对流层上层的200hPa附近有一风速的极大值，称为副热带西风急流（图3.11）。这个急流的位置和强度均有较大的季节变化。冬季，它位于30°N纬度带，夏季位于40°N附近，比冬季偏北；在西风强度方面，这个纬度带的风速差别很大。一般从东亚到西太平洋副热带急流最强，可达到70m/s以上；位于北美东部和大西洋西部急流的风速为50～60m/s；而位于北非与阿拉伯半岛的急流的风速只有40～50m/s。夏季副热带急流的强度远比冬季弱，只有20m/s左右。
此外，一般在冬季的70°N附近还有一个较弱的西风急流带，称为极锋急流，风速一般为20m/s左右，是副热带急流强度的一半。在南半球的副热带35°S附近地区也有一急流带，它的强度比北半球要弱，一般只有30m/s左右。
图3.10 北半球1月（a）和7月（b）气候平均的500hPa等压面上高度场分布（单位:gpm）
（Ahrens，1994）
图3.11 北半球2月气候平均的200hPa等压面上风速分布（单位:m/s）
（黄荣辉，2005）
急流在大气环流中起到重要作用。由于大气气流的经向非均匀分布，使得扰动在气流上有可能发生演变，即扰动才能在基本气流上发展和衰减，准定常的行星波也才有可能在球面大气上传播。若是气流是均匀的平直西风气流，则扰动只能在此气流上平移，不可能发生、发展与衰减；并且由于气流的垂直分布不均匀，才有可能把大气的位能变成扰动动能，从而使扰动得到发展。因此，扰动能够在大气中不断产生演变，其中急流的存在是很重要的环流条件之一。