熱帶環流

熱帶地區的大氣運動與中高緯度地區間的明顯的差異主要表現在:

（1）熱帶地區多出現水平尺度特別大的超長波系統和尺度在數百公里到一千公里左右的天氣尺度和中間尺度渦旋系統；（2）地轉近似在熱帶地區難於成立，氣壓場同風場的關係比較複雜，加之氣壓場變化不大，因此天氣系統在流場上反映較為清楚；（3）與中緯度地區天氣系統的發展大多依賴於斜壓不穩定釋放有效位能不同，熱帶地區環流系統的發展，主要由積雲對流釋放的凝結潛熱來驅動；（4）季風環流是熱帶大氣環流的重要組成部分，由於季風環流的建立，使得季風區的平均經圈環流呈現較複雜的狀態，在夏季半球除哈得萊直接環流外，往往還存在季風間接環流；（5）大氣環流的低頻變化在熱帶地區尤為明顯，初步的研究表明，它們同海-氣相互作用（特別是海温的異常）以及廣泛的對流凝結加熱作用等有着重要關係。

熱帶環流圈，又稱信風環流圈、哈得來環流圈。三圈環流模式中形成於低緯度的環流圈。赤道地區獲得的太陽輻射熱量多於其他緯度，地面空氣受熱膨脹上升並沿經圈向極地流動，因受地轉偏向力的作用，氣流逐漸右偏(北半球)，約在緯度30°上空，就成為與緯圈平行的西風。西風的形成阻礙了低緯上空氣流繼續流向高緯，便在30°上空堆積並輻射冷卻而下沉，下沉的氣流在低層分為兩支分別流向高緯和赤道。在北半球流向赤道的這支氣流，在地轉偏向力的作用下向右偏轉，成為東北信風回到赤道；相應的在南半球低緯地面上也有一支向左偏的氣流所轉變成的東南信風回到赤道，兩者匯合成赤道輻合帶，然後再繼續上升並又分別流向高緯。這樣在南、北半球各形成一個熱帶環流圈。是三圈環流中最強的環流圈。 ^[1] 

熱帶，一般指南、北半球的副熱帶高壓脊線之間的區域，約佔地球表面積的一半。在全球大氣環流方面，在這個區域裏大氣從地表得到西風角動量和淨的熱量收入，向中、高緯度輸送西風角動量和熱量，以補償中、高緯度大氣損失的熱量和西風角動量。熱帶的環流與中、高緯度的環流有密切關係。近代人們已開始愈來愈重視對熱帶氣象的研究，多次進行熱帶地區的氣象探測試驗，大大增進了對熱帶氣象的認識。 ^[2] 

1)熱帶地面流場

熱帶地區主要地面氣流是兩支偏東氣流，在北半球的副熱帶地區有兩個巨大的反氣旋，它們的中心均在大洋東部，其中，從反氣旋中心區流向赤道的偏東北氣流因為很穩定將其稱為東北信風。南半球的副熱帶地區海洋上也有三個巨大的反氣旋，其中，從反氣旋中心氣流向赤道的東南氣流也很穩定將其稱為東南信風。東北信風與東南信風交匯的地區稱為赤道輻合帶(或熱帶輻合帶)，此帶大致環繞全球，在大西洋、西非和太平洋東部赤道輻合帶平均位於5°～10°N，而在印度洋和西太平洋則位於10°S左右。與平均流場基本上相應的氣壓場，在1月份主要系統有：亞洲大陸的強大冷高壓，從冷高壓中流向赤道的東北氣流在冬季也相當穩定。但因夏季亞洲大陸的氣壓系統變為熱低壓，相應氣流也轉為西南和東南氣流。人們把這種相當穩定的盛行風隨季節發生顯著變化的氣流稱為季風。與海洋上巨大反氣旋相對應的氣壓系統為副熱帶高壓。 ^[2] 

因為海陸熱力性質差異，高壓中心均在大洋東部。在北半球因為冬季大陸比海上冷，故均為冷高壓控制，南半球則相反，因為它正是夏季，三個大陸均為熱低壓所控制。赤道輻合帶所對應的氣壓場是赤道低壓帶或稱為赤道槽。7月份低緯地區主要氣壓系統與流場特徵(5.15b)是：亞非地區為一強大的熱低壓所控制，印度洋、南亞、東南亞和我國南海的風系由冬季的東北季風轉變為穩定的西南氣流，即西南季風；太平洋和大西洋的副熱帶高壓帶比冬季強得多，東北信風也有所增強並伴隨副熱帶高壓帶北移到20°N或其以北；南半球這個季節是冬天，只有澳大利亞大陸為冷高所控制，它是經常影響西太平洋地區的南半球寒潮的來源。兩支信風匯合的熱帶輻合帶位置在各個經度上位移有很大差別，西太平洋的熱帶輻合帶1—3月都在南半球10°～20°S，4月中、下旬開始急速北上，並且第一次越過赤道到北半球。在逐日天氣圖上，熱帶輻合帶第一次北跳都是與西太平洋第一個颱風發生、發展和北上相聯繫的，等到這個颱風生命結束，輻合帶也就南撤了。5月下旬以後熱帶輻合帶穩定北上，7—9月到達最北位置10～15°N，10月中、下旬熱帶輻合帶開始迅速南移，12月就越過赤道到達南半球。

總之，低緯地區地面主要風系是信風帶和季風。主要的環流系統有副熱帶高壓、赤道低壓(赤道槽)及與它相聯繫的赤道輻合帶(熱帶輻合帶)。人們把兩支信風匯合的輻合帶特稱為信風輻合帶(氣壓場稱為信風槽)，它常出現在大西洋和太平洋的熱帶地區；把信風與季風(或赤道偏西風)匯合的輻合帶，稱為季風輻合帶(也稱為季風槽)，它主要出現在亞非季風表現最明顯的地區，其平均位置隨季節擺動很大，1月平均位於5°S左右，7月在10°～15°N之間，甚至可達20°N以北。亞洲和印度洋地區季風槽隨季節南北擺動可達30個緯距以上，西半球這種位移則較小。 ^[2] 

2)熱帶對流層上部平均流場

1月份北半球熱帶對流層高層出現強大的西風，其最大風速在50 m/s以上。從阿拉伯半島往東，副熱帶急流經西藏高原南緣向東移去，具有偏南分量，到日本上空與極鋒急流相接近，成為最強大的西風帶急流，其中心位於100～150 hPa高度，風速最大可達100 m/s以上。西風急流中有三個強度較弱的平均槽，分別在孟加拉灣、非洲西海岸和太平洋東部(圖)。

7月份北半球熱帶對流層高層有3個明顯的反氣旋中心，分別在北美、波斯灣和青藏高原上(圖3b)．它們與地面強大的低壓相對應。在熱帶的太平洋和大西洋地區有明顯低槽。從西太平洋到非洲有一支穩定而且最強大的東風急流，其中心位於150～100 hPa高度，風速為30～40 m/s。在亞洲熱帶地區，冬季的副熱帶西風急流和夏季的東風急流都是全球最強大而穩定的氣流，對全球的大氣環流具有特殊意義，它與這個地區的青藏高原特殊地形、海陸分佈和地理條件所形成的特別顯著的季風活動有很大關係。在波斯灣和青藏高原上的反氣旋中心相對應的氣壓場僅僅是一個全球最強大的高壓稱為南亞高壓，北美高壓強度和範圍都較弱小。在這兩個高壓之間的太平洋和大西洋熱帶地區分別存在熱帶對流層的槽和近赤道脊。 ^[2] 

從圖4可以看出，全球低緯地區各個季節的平均經圈環流都是哈得來環流，但是其強度和位置都隨季節有明顯變化，在北半球冬強夏弱，其上升支冬季位於5°S附近，夏季在10°N附近，春、秋季則位於赤道附近。赤道地區不論什麼季節平均都是上升氣流，副熱帶地區都是下沉氣流。 ^[2] 

圖5a和5b分別表示6—8月和12—2月200 hPa、500 hPa和1000 hPa等壓面上，在以赤道為中心、寬度為10°的緯帶上取平均的緯向和經向風分量相對其緯向平均值的距平(偏差量)隨經度差異的季節分佈。從圖中可以看出，在對流層上部200 hPa不論冬、夏季，有相對較強的赤道東風在東半球占主導地位，而西風在西半球占主導地位。在對流層下部(1000 hPa)則與上述情況相反。對流層中部500 hPa的緯向氣流相對較弱。各個層次上的經向風分量都比相應的緯向風分量弱，説明低緯行星尺度運動表現為呈東西向的環流系統．從沿赤道15°N和15°S的紅外輻射有效温度也可以得到證實。高層輻散、低層輻合的地區與平均降水區高聳雲體的冷區相聯繫，相反，高層輻合、低層輻散的地區則與為晴空的暖區相聯繫。

綜上所述，赤道對稱的行星尺度特徵的示意圖如圖6所示。數個緯向環流圈中，最主要的結構是在印度尼西亞和西太平洋暖洋麪上的上升運動及其東西兩側的下沉運動。與印度尼西亞的對流區東側相聯繫的緯向環流圈常稱作“沃克環流”，它橫跨赤道太平洋。而與印度尼西亞的對流區西側相聯繫的緯向環流圈常稱作“反沃克環流”，它橫跨赤道印度洋。 ^[2] 

熱帶大氣環流的低頻變化不僅影響熱帶地區的天氣和氣候，而且往往導致全球範圍的大氣環流和天氣、氣候的異常。