关于平流层和中层大气环流介绍

[拼音]：pingliuceng he zhongceng daqi huanliu

[外文]：general circulation of stratosphere and mesosphere

平流层和中层的大气运动状态。这两层大气，因所含的臭氧吸收大量的太阳紫外辐射而获得能量，又因其中的臭氧、二氧化碳和水汽的红外辐射而损失能量，两者的净差额是驱动这两层大气盛行环流的主要能源。在70公里以上的中层大气顶附近，除上述能源外，还要计及大振幅的大气潮汐和重力波（见大气波动）等的影响。

平流层在对流层之上中层之下（离海平面约12～50公里）。在北半球，平流层的极地区域，夏季为暖中心，温度自北向南递减；而冬季则为冷中心，温度自南向北递减。按照热成风近似平衡的关系（见大气运动的平衡状态），相应于上述温度的水平分布，平流层的环流，冬夏截然不同。北半球冬季为一个强大的绕极气旋性涡旋所控制，低气压中心位于极地上空（图1），故从北极到热带盛行西风环流；夏季则完全相反，整个北半球为一个强大的反气旋所控制，高气压中心位于北极，故从北极到热带都盛行东风（图2）。不过，无论冬夏，平流层的环流都比较平直，超长波比较突出。平流层和对流层之间的大气环流可相互影响。例如，对流层的波动将能量向上传播，以及平流层对上传能量的拦截和吸收，都将会影响平流层的环流演变。平流层冬、夏大气环流的基本状态，随着季节变化其转变的形式每次不尽相同，较常见的是自冬至夏的突变型。在此种转变的过程中，一般在高纬极区会出现1～3次，几天之内升温达 40～50°C的爆发性增温现象。在每次增温期间，绕极气旋性环流，都将受到一定的破坏，并在最后一次增温期间迅速减弱，经过一系列的环流演变后，就转变成典型的夏季环流形势。自夏至冬，绕极反气旋环流逐渐减弱，极地高纬度地区将出现气旋环流，极夜来临之后，气旋环流进一步加强，终于形成冬季的典型形势。

在近赤道地区的平流层中，还存在东西风带准两年周期的交替变化现象，称作准两年周期振荡。这种纬向风的振荡现象有两个最主要的特征：

（1）振荡周期近于两年（24～30个月）。

（2）这种振荡都从30公里以上的气层向下传播，速度很慢，每月约1公里；而且在高度约23公里以上，振幅不变。但在对流层顶（约12公里）附近则显著衰减。这种现象的物理成因尚无定论。在热带平流层下部，东西风带准两年周期振荡还叠加着周期为4～5天的经向风振荡，以及周期约为15天的纬向风扰动现象。理论研究表明，前者是罗斯比-重力混合波引起的，后者是开尔文波产生的（见热带平流层波动）。

由于驱动中层和平流层大气环流的主要能源相似，两者的动力学控制方程组也相似，故有相似的环流形势。在北半球冬季的中层大气，也是绕极气旋的西风气流，而夏季则为绕极反气旋的东风气流，只是冬季西风急流的位置比平流层偏南，而夏季东风急流的位置则比平流层偏北而已。中层大气环流，除此种冬夏不同的年周期变化外，还有半年周期和准两年周期的变化，以及由于非线性作用（例如不同尺度大气运动之间的相互作用）和扰动的铅直传播所引起的不规则周期变化等。但是，由于气压为1百帕高度（48公里）以上的资料不多，对中层大气环流的情况，仍有待于进一步探索。（见平流层和中层大气物理学）

参考书目

1. J.R.Holton，The Dynamic Meteorology of the stratosphere and Mesosphere，MeteorologicalMonographs，Vol.15，American Meteorological Society，Boston，1975.