為何副熱帶高壓帶夏季更顯著,西風帶冬季更顯著?


謝邀,很久之前就收到了邀請,自己感覺這個問題有點過於龐大,最近忙著各種考試,沒有時間來組織語言。直到最近我發現我又被邀請了一次。先誠摯的道個歉~

其實,如果淺究其原因,很簡單,用初高中地理的一句話就可以解釋:太陽直射點的年變化。


不過我覺得還是有必要從天氣學的角度來解釋,既然加了這個標籤~~~

我覺得如果仔細看的話,還是會有收穫的。
這是我上知乎以來寫的最長的回答。。先給自己贊一個~~~~~~

————————————這下面是正式回答————————————
一、預備知識(這對理解下面的說法很重要。)
1、大氣是一個層結流體

Def:層結即層次結構,根據英文原意層結流體意為分層了的流體。一般指垂直層面相關物理要素分布的不均勻的流體,如大氣垂直高度上溫度,密度分布,海水垂直深度上鹽度,溫度的分布等。

大多數人對於大氣的分層次沒有什麼深刻的認識,覺得氣象學家一會說這裡有一個低壓,一會兒又說這裡有一個高壓,一會兒又變成了低壓。覺得很混亂,一個地點怎麼可能又是低壓又是高壓呢?其實不然,正是由於大氣是一個層結流體,才會在不同高度上出現不同的天氣系統,他們相互配合相互影響,造就了各種複雜多變的天氣系統。
而在氣象學上常用的高度單位是百帕(hPa),百帕的數值隨高度是不斷減小的。
這裡有一個大氣靜力學方程來描述這種關係:

dp=
ho gdz

但是在通常情況下,天氣分析中常用的幾個層次的近似對應關係如下圖:

左邊的是單位為米,右邊的是百帕。就相當於我們說的850hPa近似於1500m的高度。

所以,理解了大氣分層,不同的層次上有不同系統,對於理解我下面講的十分有效。

2、深厚系統與淺薄系統
我們既然知道大氣是一個層結流體,具有不同的層次,那麼有的天氣系統就可以從低層大氣一直存在至中高層大氣,這個被稱為深厚系統。而有的天氣系統只存在於某一層次中,並不能貫穿底層至中高層大氣,這種系統被稱之為淺薄系統

3、暖/冷高壓,暖/冷低壓
既然知道了淺薄系統與深厚系統就可以分析常見的四種形式的高低壓系統的淺薄與深厚性。
大氣科學家很久之前就推導了大氣中的熱成風公式來解釋這四種高低壓的淺薄與深厚性。
由於公式比較複雜,在此就不再贅述。
給出了最簡單的在正壓大氣中的對稱結構的高低壓系統的性質。

1)暖高壓:是一個深厚系統,高低空皆為高壓

2)暖低壓:是一個淺薄系統,低層為低壓,中高空低壓減弱甚至變為高壓

3)冷高壓:是一個淺薄系統,低層為高壓,到了中高層高雅減弱甚至變為低壓

4)冷低壓:是一個深厚系統,高中低三層皆為低壓。

也就是說,暖高壓與冷低壓為深厚系統,而冷高壓與暖低壓為淺薄系統。

二、行星風帶與三圈環流
1、直接熱力環流
這是以前人們假想的一個地球大氣環流結構,因為赤道熱,空氣上升。極地冷,空氣下沉。但其實這是一個不成立的環流系統。但是它揭示了整個大氣環流的驅動力是熱力性質


赤道的暖空氣上升,極地的冷空氣下沉,熱力過程使得整個地球大氣的重心下降重力勢能轉變為動能,從而驅動了整個環流的運動。

2、三圈環流
其實真實的大氣緯向環流是指的三圈環流。三圈環流促進了風帶與氣壓帶的形成。
這個大家都比較了解,在此就不再贅述了。下面就仔細講講題主所說的副熱帶高壓與西風帶的關係~

三、正式的回答問題了。。。
1、極地低壓(極渦)與極地高壓。
高中地理我們學到,由於極地冷,空氣下沉,形成了極地高氣壓,而若對氣象有了解的童鞋就會奇怪了,冬天的冷空氣,夏天的降水,都不是跟一個叫做極渦的東西有關係嗎,極地渦旋是一個低壓啊,怎麼又變成了高壓帶呢。有了之前的預備知識,就可以回答了,極地高壓是一個冷高壓,是一個淺薄系統,由於猛烈地下沉,導致低層是高壓,而稍微高一點的就變成了一個低壓。
如果畫成圖的話是這樣的。

也就是說,在極地地區, 地面是一個高壓,而在中低層與高層,由於下沉運動十分猛烈,空氣都沉向地面,所以在中低層與高層形成了低壓。

而在轉回到三圈環流與氣壓帶風帶,靠近極地高壓帶的一個氣壓帶是副極地低氣壓帶 ,這是一個冷低壓,而冷低壓是一個深厚系統,低中高三層一致都是低壓。

這就可以發現了,極地高壓帶的中上部是一個低壓,而副極地低壓帶的中上部也是低壓,兩個低壓正好匹配,所以形成了一個龐大的位於大氣中低層至高層的低壓帶——極渦。
就像這張誇張過的圖片所示的一樣

2、極渦與西風帶的關係
對於題主所提的西風帶的顯著性,我可以說一句:西風帶全年都很顯著,全年無休的顯著。只有強還是弱(這裡指的是風大風小),而沒有顯不顯著,只要中緯度的天氣過程是自西向東移動的,它就是顯著的。顯然,中緯度的天氣過程的確是自西向東移動的。(就連在東風帶中生成的向西靠近我國的颱風一頭扎進了西風帶它還是會馬不停蹄的向東走。所以許多颱風的路徑是subset 形狀的。)

而極渦是促進西風帶的一個重要因素,就像下面的這張圖片一樣

西風帶正好處於極渦的南部,副高的北部,跟隨極渦與副高的旋轉方向(箭頭方向),西風帶就被這兩個「發動機」帶動了(主要是極渦,高壓等壓線較稀疏,帶不動太多)。

所以回答西風帶的問題:
隨著夏季太陽直射點的北移,極地的下沉運動受到部分抑制,極渦減弱,「發動機」功率都降下來了,西風帶自然就慢了下來。

3、副熱帶高壓帶
副熱帶高壓是一個動力強迫形成的氣壓帶,也是一個暖高壓。也就是深厚系統
因此找副高夏季顯著的原因 就找動力的源頭,還是那張三圈環流的圖,動力強迫的源頭在低緯的上升氣流。夏季,太陽直射點北移,上升氣流猛烈了,跑哪去了,都沉到副高里去了。所以副高自然強盛了。

------------------------------------------------------------完(2015.6.20凌晨)-------------------------

最後增補一下關於
極地低壓的問題,因為《天原》不在身邊,只能拿壽老爺子的分裂版《天氣學》來了,內容都一樣。
首先放出兩張定義

1、極地低壓和極渦的關係

2、

鑒於評論中有小夥伴對於定義很在意,只能貼出我這個定義的來源了。因為極地渦旋和極地氣旋都是低壓系統,所以都可以稱為極地低壓。
平時在一天一天的天氣圖上描述的時候很少會用到低壓這種含糊的字眼,一般都會說極渦咋了咋了分裂了還是南下了,或者或這個氣旋咋了咋了加深了還是前傾了。
但是在講大氣環流的時候,不管是地面的極地氣旋還是中高層的極地渦旋都被平均了~~平均了~~在平均圖上,地面是一個(平均)高壓帶,高層是一個低壓帶。這是一個淺薄的冷高壓在高層轉成了低壓。所以就會說極地高壓和極地低壓。一般不會引起誤會的。。。。。。


謝邀╮(╯▽╰)╭
熱源和冷源的強盛程度不同
再明白一點,就是太陽輻射量的變化

夏季直射點北移,北半球接受的輻射量增大,促成夏季的熱源,這種熱源作為最基礎的熱力因素,是副高能強盛北抬推進的基礎。熱源強大也伴隨著冷源萎靡,整個西風活動都處於低迷

冬季相反的,輻射量減少,再加上北半球大陸面積大,降溫快,更容易形成強大的冷源,以此為熱力基礎的西風和極渦也就勢力強悍,促成激烈的西風活動

極個別年份,夏季太陽輻射量的極度衰弱,會導致出現全年無夏的情況。


說白了其實就是冬夏季北半球輻射變化造成的現象。
由於太陽直射區域會有很強的上升運動,因而在直射區域南北兩側會有明顯的下沉區,這個下沉區域就形成了副熱帶高壓系統。也就是說,無論冬夏,只要有太陽,就會有副熱帶高壓,區別就在於位置的不同。

夏季太陽直射區域在赤道以北,因而副高位置自然偏北。同時由於陸面對於溫度響應要遠高于洋面,溫度遠高于洋面,上升作用強烈,因此,副熱帶高壓位於洋面,低壓位於陸面,中緯度地區因而盛行偏東風。我國夏季風帶來的降水就是因為這種海陸熱力差異而形成的。

反之,冬季太陽直射區域位於赤道以南,因而北半球副高本身較弱。同時,由於輻射減少,溫度降低,海陸熱力系統反轉。陸面為蒙古西伯利亞高壓,洋面為低壓系統,空氣由陸面流向洋面,即西風帶控制。這也是為何我國冬季盛行西北風的原因。

總結一下,就是太陽輻射的季節變化是我國甚至東亞地區不同季節受不同氣候系統控制的根本原因。


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