信风 :低纬度盛行风,哈得莱环流的下部

更新时间:2023-10-24 17:41

信风(Trade winds)是常年由副热带高气压带吹向赤道低气压带的盛行风大气环流的主要成分之一,以风向恒定少变为特征。信风盛行的低纬地区被称为信风带,它会随着季节的变化而发生有规律的南北移动。

作为哈得莱环流的下部,信风主要形成于水平方向上的空气流动现象,在地转偏向力(即科里奥利力)的作用下,空气流动方向发生偏移,在北半球向右偏形成东北信风,在南半球向左偏形成东南信风;其强度与高低压系统间的气压差互成正比。据其不同特点,信风可分为低空信风、信风逆温层和高空信风三层。信风会对全球的气候和天气造成重要影响。例如,信风的强弱变化是导致ENSO循环(即厄尔尼诺暖流南方涛动现象)的重要原因之一,ENSO循环亦会推动信风变化。同时,信风也直接导致了北非地区哈马丹风季节,以及热带辐合带(ITCZ)的形成。

古代航海家利用信风穿越大洋,促进了人类的跨地区文明交流和贸易,因此信风也被称为“贸易风”。2014年美国澳大利亚科学家的研究表明,过去20年太平洋信风风力空前加强,使全球变暖趋势出现停滞局面,但一旦风力减弱,预计全球将重新迅速变暖。

定义

信风是从副热带高气压带吹向赤道低气压带的盛行风,是大气环流的主要成分之一。它常年由副热带高气压带吹向赤道低气压带,在北半球为东北风向,称东北信风;在南半球为东南风向,称东南信风。信风盛行的低纬地区被称为信风带,包括东北信风带和东南信风带。

命名

由于信风较为稳定,风向、风速终年少变,好像很守信用,故得名“信风”。古代商人们借助信风吹送获得了相对固定的帆船海路,往来于海上进行贸易,故信风又称“贸易风”。

成因

信风是大气环流的主要成分之一。以北半球为例,沿经圈有三个闭合环流圈,从低纬度到高纬度分别为哈得莱环流(空气自较暖处上升,在对流层上部向较冷处流去后下沉)、费雷尔环流(空气自较暖处下沉,较冷处上升)和极地环流(空气自较暖处上升,在对流层上部向较冷处流去后下沉)。受三圈环流影响,近地表形成六个风带和七个气压带。

由于不同性质地面的热力情况差异,两个气压带之间产生气压差,空气发生流动现象,并从高气压带流向低气压带,这种水平方向上的空气迁移运动形成了风。信风即是副热带高气压带带向赤道低气压带流动的空气产生的。另外由于在地球由西向东的自转运动而产生的地转偏向力的作用下,空气流动方向发生偏斜,在北半球向右偏,在南半球向左偏,因此在北半球形成了东北信风和东北信风带;在南半球形成了东南信风和东南信风带。信风带是哈得莱环流的下部分支。信风在赤道辐合上升至高空,补充了赤道上空流出的空气,构成哈得莱环流的上升支。

高位和分层

信风属地面风系,其到达的高度一般为100~1500米或更高,以风向恒定少变为特征。信风在海洋上比在陆地上更为稳定、显著,通常会产生部分多云或晴朗的天气。其平均风速约为每秒5~6米,但也可能出现每秒13米或更高的速度。信风可分为不同特点的三层:

低空信风

低空信风在副热带高气压带带附近的厚度大约限于500米的高空,但向赤道厚度逐渐增加,在副热带辐合带附近厚度最大,可达2500米左右。低空信风风力强而稳定,北半球一般为东北偏东风,南半球为东南偏东风,平均方向低于45°以下的占80%以上。风速也很有规律,夏季平均约10千米/时,冬季约20千米/时,仅在副热带高压带附近风速变化才较频繁,并与高压环流波动强度相一致。低空信风气团一般较为湿润,温度向赤道地区逐渐增高。但因低空信风层积云型较浅薄(上有逆温层),且近地面风速最高,因此积云型云层顶部常被切去并呈略向高纬倾斜的矮积云型,气候比较干燥,冬季只有在地形抬升作用的迎风坡有雨;夏季在逆温层较高并受其它环流系统影响的地区才有降水。

信风逆温层

信风逆温层位于低空信风之上,其温度随高度增加(在纬度20°地区约为1℃/100米),厚度的变化从几百米到1000米左右,和低空信风一样向低纬方向增加;同时,逆温层部和底部之间的温差大约从10℃减少到仅几度。逆温层的高度从海洋东部向西及向赤道一侧增高。冬季的逆温层最强,在海洋东部发育最好。信风逆温层的存在,阻止了低层气流的上升运动,使信风区降水少,只有当具有使逆温层抬升或遭到破坏的情况下,信风区才能有降水天气。

高空信风

逆温层以上为高空信风,受地转东风控制,风速一般较低空信风低,高度在近副热带高气压带带处为6000米左右,在热带辐合带附近上升到10000米。高空信风气团性质干燥稳定,风向为东风。

周期变化

由于太阳直射点位置不断变化,南北半球上的信风带也会随着季节的变化而发生有规律的南北移动。以东北信风带为例,每年3月位于5°N~25°N左右,9月向北移动到10°N~30°N左右,到第二年3月,整个风带又退回到5°N~25°N附近。而南半球则反之。在信风带南北移动的过程中,北半球的东北信风可能越过赤道变成西北风;南半球的东南信风也可越过赤道变成西南风,形成赤道西风。

风带的季节性移动是形成季风的主要原因之一。由于信风带风向、风速最稳定,影响范围最广,因此在两个信风带的交接带,即热带交接带上形成的季风最显著。例如南亚和东南亚,都是著名的季风气候区。

影响

对气候环境的影响

降水分布

信风对降水的分布有密切的影响。如非洲中部的大部分地区处在赤道低压带和信风带交替控制区,信风控制时,盛行热带大陆气团,形成干旱少雨的旱季。又如亚洲中南半岛、印度半岛及中国台湾、广东省广西壮族自治区云南省南部等处,夏季赤道低压带北移,东南信风越过赤道右偏成西南季风,赤道气团带来大量降水,形成雨季(一般为6~9月)。

热带辐合带

南、北两半球信风相遇形成热带辐合带(Intertropical Convergence Zone,简称ITCZ),是南、北半球副热带高气压带带间气压最低的带区。热带辐合带是热带地区主要的、持久的大型天气系统,有时甚至可以绕地球一圈。它的移动、变化及强弱对热带地区的天气影响很大。一般而言,热带辐合带表现为一条由一系列活跃对流云团组成的近于纬向的连续云带,宽度可达5个纬距以上,东西长达数千千米。有时辐合带不活跃,云带很窄,表现为断裂的一团团尺度较小的云团。热带辐合带是低纬度热量、水汽输送最集中的地区,是大气能量源地,也是台风发生、发展的主要源地。因为热带辐合带区域的温度水平分布比较均匀,水平气压梯度很小,因此风力微弱。又因上升气流强盛,水汽充足的缘故,此区域多对流雨,一年有超过200天降雨。如果热带辐合带在某区滞留过久,会造成当地水灾、他地旱灾的发生。

哈马丹风

哈马丹风是从热带辐合带北侧的副热带高压带向南吹的东北地区信风。夏季,因撒哈拉沙漠地区变为热低压,哈马丹风强度减弱。冬季,撒哈拉地区成为冷高压并与亚速尔高压脊相连接,再加上欧亚大陆高压的影响,大大加强了哈马丹风的强度。它横穿苏丹草原地带,吹向西非,成为影响巨大的风系。哈马丹风终年在20°N~25°N以北地区活动,这里极端干燥少雨,是撒哈拉沙漠的中心地带。其影响的范围各月不同,1月前后势力最大,影响地区最广,几乎整个西非一带都受影响。有时向西可影响到大西洋中部,给海上带来大雾;在中部非洲的乍得喀麦隆刚果一带也会出现哈马丹风特有的天气。哈马丹风寒冷干燥,在经过撒哈拉沙漠途中更加干燥并带有大量浮游物。因此,哈马丹风所到之处气温急剧下降,并带来特有的天气,即哈马丹霭。这种霭早晨最浓,白天因对流时浮游物被运至上层而稀薄,到夜间因空气下沉而再次变浓。这种天气能见度很低,地上水平视程经常在500米以内,成为航空的巨大障碍。在吹哈马丹风之时,西非各地出现一年中最低气温,20°N以南地区极端低温有时达 0℃以下。哈马丹风特有的天气一般持续2~5天左右。

ENSO循环

ENSO是厄尔尼诺暖流和南方涛动(Souther Oscillation)的合称,是发生于赤道东太平洋地区的风场和海面温度振荡,是低纬度的海气相互作用现象,一般以3~7年为一个发生周期。信风的强弱变化是导致ENSO循环的重要原因之一。

厄尔尼诺发生时,东南信风减弱,赤道逆流增强,暖海水输送到东太平洋,南美洲的寒流被暖流取代,形成大范围的海水异常增暖。而突然增强的这股暖流沿着厄瓜多尔海岸南侵,使海水温度剧升,冷水鱼群因而大量死亡,海鸟因找不到食物而纷纷离去,渔场顿时失去生机,使沿岸国家遭到巨大损失。厄尔尼诺现象导致全球降水量比正常年份明显增多,致使太平洋中、东部及南美太平洋沿岸国家洪涝灾害频繁,同时印度印度尼西亚澳大利亚一带则严重干旱,世界多种农作物受到影响。

此外,还有一种现象,被称之为拉尼娜现象或称反厄尔尼诺暖流。拉尼娜现象指赤道附近东太平洋水温反常下降的一种现象,表现为东太平洋明显变冷,同时也伴随着全球性气候混乱。拉尼娜的产生主要是由于赤道地区偏东信风不断加强引起的。与厄尔尼诺的发生机制正好相反,当赤道太平洋信风持续加强时,赤道东太平洋表面暖水被吹走,深层的冷水上翻作为补充,海表温度进一步变冷,从而形成拉尼娜。拉尼娜现象发生时,不仅使沃克环流增强,也使得大洋东岸降水减少,秘鲁寒流水温降低,导致旱灾的出现,同时加剧大洋西岸洪涝的发生。同样,拉尼娜现象的出现也会导致大气环流异常,对全球气候产生重大影响。

对自然生态的影响

形成表层洋流

信风是引起表层洋流的主要原因,风对水面的拖曳力及其施加于波浪迎风面的压力能使海水缓慢前进。热带海洋上的信风常年从大洋的东部吹向西部,受信风影响,在赤道上层大洋中出现了向西流动的海流。由于南半球东南信风的范围、强度更加广阔和稳定,因此,在赤道上和南半球靠近赤道的地区为强劲的、向西的南赤道流,在10°N附近为向西的北赤道流。赤道附近这些向西流动的海流受大洋西岸的影响,使大量海水在赤道西部边界附近海区堆积,海面高度升高,西部出现指向东部的压力。在海水压力的作用下,一部分海水在南北两支赤道流的中间形成了赤道逆流,向大洋东部流去,一部分海水在赤道表层南赤道流以下形成了赤道潜流,流向大洋东部。因此,热带海洋上的信风在赤道海区直接产生了南、北赤道流,间接形成了赤道逆流和赤道潜流。

沙尘扩散

撒哈拉沙漠处于14°N~35°N之间,受亚热带高压带和东北地区信风带交替控制。盛行的东北信风往往会将沙漠中的沙尘吹向大西洋,朝着美洲前进,穿越加勒比海抵达美国东部,甚至还扩散到了西班牙和地中海地区。由此形成的沙尘层可能减缓大西洋的变暖速度,并在一段时间内阻碍飓风活动。此外,撒哈拉沙漠中的大量沙尘还借由信风输送并沉积在亚马孙河盆地,给南美洲的土壤带来物质积累,有效防止土壤中磷的消耗。

对人类活动的影响

四百多年前,航海家斐迪南·麦哲伦借助信风穿越太平洋抵达菲律宾群岛。因为在古代全靠风帆航行,因此,信风这种定期定向的独特风就成了国际商船远航的主要动力。人们借助信风进行跨大洋的文明交流和国际贸易活动。

相关研究

英国天文学家爱德蒙德·哈得莱是第一个对信风作出解释的人。他在1686年提出赤道地区的空气温度要比其他地区高,采暖散热器流的上升使赤道两边的冷空气向赤道流动,由此形成了信风。1735年,英国气象学家乔治·哈得莱对这一理论提出了修正,指出是地球由西向东的自转使空气发生了偏移,形成了东北地区与东南两个方向的信风。在解释信风的过程中,哈得莱对热量从赤道地区向其他地区的传递进行了说明,提出赤道上空的暖空气在高空向两极方向流动并逐渐下沉,信风与反信风共同形成一个闭合环流圈,这种空气运动方式被称为哈得莱环流。

英国媒体2014年2月10日报道,美国澳大利亚科学家称,1994年至2014年这20年期间太平洋信风风力的空前加强,使全球变暖趋势出现了停滞的局面。这些吹过热带地区的东风加速了赤道地区的海洋环流,将热水推入太平洋深处,同时给地平线带来了较冷的水。这促使其他地区气温降低,并在很大程度上解释了全球平均气温为何自2001年以来基本保持稳定。

免责声明
隐私政策
用户协议
目录 22
0{{catalogNumber[index]}}. {{item.title}}
{{item.title}}
友情链接: