三圈环流教学课件

三圈环流教学课件第一章三圈环流概述三圈环流是理解全球气候系统的基础，它解释了地球大气如何实现热量再分配，形成不同气候带本章将概述三圈环流的基本结构和全球意义认识三圈环流基本概念理解三圈环流全球意义掌握三圈环流空间结构12了解三圈环流的定义和主要特征掌握三圈环流对全球气候系统的重要作用什么是三圈环流？定义组成三圈环流指地球大气中赤道至极地之包括哈德利环流（赤道区域）、费雷间形成的三大环流系统，是大气运动尔环流（中纬度地区）和极地环流的主要形式（高纬度区域）三个独立但相互关联的环流圈特点这些环流贯穿对流层全深度，通过大规模空气流动调节全球气候和能量分布，维持地球气候平衡三圈环流的全球意义热量输送负责将过剩热量从赤道区域输送至热量不足的极地区域，平衡全球温度差异风带形成影响全球风带分布，如信风带、西风带和极地东风带，进而影响气候带的形成和分布气候系统连接与海洋环流紧密联系，共同构成地球气候系统的整体循环机制，维持气候稳定三圈环流的空间结构哈德利环流费雷尔环流位于赤道至约30°纬度之间，空气在赤位于约30°至60°纬度之间，与哈德利道上升，向极地方向流动，在副热带环流相反方向运动，主要受哈德利和下沉，形成闭合环流极地环流共同驱动形成极地环流位于60°至极地之间，空气在极地下沉，向低纬度流动，在副极地低压带上升，构成第三个环流圈这三个环流圈相互叠加、相互影响，共同形成复杂多变的全球气候模式第二章三圈环流的形成机制理解三圈环流形成的基本机制是把握全球气候系统的关键本章将详细介绍驱动三圈环流的主要因素及其相互作用太阳辐射差异赤道与极地接收太阳辐射量不同，形成温度梯度地球自转影响科氏力导致气流偏转，形成环流单元压力带形成形成全球性压力带与风带分布太阳辐射差异驱动地球能量收支不平衡•赤道地区接收太阳辐射强度大，气温高•极地地区接收太阳辐射强度小，气温低•形成赤道到极地的温度梯度热力不平衡驱动环流温度差异产生气压差异，进而驱动大气运动，形成南北向的热量输送，这是三圈环流的根本动力源泉地球自转与科氏力北半球偏转南半球偏转在北半球，移动的气团受科氏力影响向右偏转，形成顺时针环流在南半球，移动的气团受科氏力影响向左偏转，形成逆时针环流地球自转产生的科氏力是形成三圈环流结构的关键因素如果没有地球自转，大气环流将形成简单的单一环流模式，而不是现在观察到的三圈环流结构科氏力的作用使南北流动的气流产生东西分量，形成各纬度带特有的风带特征大气压力带与风带分布赤道低压带（）ITCZ1位于赤道附近，是南北半球信风的辐合区，上升气流强烈，多降水，形成热带雨林气候副热带高压带2位于约30°纬度，是哈德利环流下沉区，空气下沉增温变干，形成全球主要沙副极地低压带漠地带3位于约60°纬度，是极地气团与温带气团交汇区，天气变化剧烈，锋面活动频繁极地高压带4位于极地地区，冷空气下沉形成高压，气温极低，降水稀少，形成极地荒漠气候哈德利环流详解哈德利环流结构•赤道地区强烈加热导致空气上升•高空气流向副热带流动并冷却•副热带地区（约30°纬度）空气下沉•近地面空气回流至赤道，形成闭合环流气候影响哈德利环流形成信风带，驱动热带气候系统运行，影响热带降水分布和副热带沙漠形成，如撒哈拉、澳大利亚、阿塔卡马等大沙漠均位于副热带高压带控制区费雷尔环流特点中间环流西风主导费雷尔环流是三圈环流中的中间一费雷尔环流区域以西风带为主要特环，位于30°至60°纬度之间，连接哈征，这里的天气系统活跃，锋面活动德利环流和极地环流频繁，气候变化多端被动驱动费雷尔环流主要受哈德利环流和极地环流的共同挤压驱动，不像其他两个环流那样有明确的热力驱动机制极地环流特征极地环流结构•极地冷空气下沉形成极地高压中心•冷空气向低纬度流动，与温带气团交汇•在副极地低压带（约60°纬度）上升•高空气流回到极地，完成环流极地涡旋极地上空形成强大的低压环流系统，即极地涡旋，控制极地气候极地涡旋的强弱和稳定性直接影响北半球中高纬度地区的冬季天气第三章三圈环流与海洋环流的联系大气环流与海洋环流密切相关，共同构成地球气候系统本章将探讨大气三圈环流与海洋环流的相互作用及其对全球气候的综合影响0102认识海洋三圈环流分析风驱动海洋环流了解海洋环流系统的基本结构和特点理解大气风场对上层海洋环流的驱动作用03探究热盐环流系统掌握深层海洋环流的形成机制和全球意义海洋三圈环流简介定义驱动因素海洋三圈环流是与大气三圈环流类似海洋环流受大气风应力、地转效应的大规模海洋环流系统，在各大洋区（科氏力）和海水密度差异（热盐差域形成相对独立但相互联系的环流结异）共同驱动，形成复杂的三维环流构系统气候意义海洋环流系统是全球气候调节器，通过储存和运输热量、溶解气体和营养物质，影响全球气候和海洋生态系统风驱动的上层海洋环流风应力传递主要表层环流热量传输大气环流产生的风带对海面施加摩擦力，将动在大气风带的持续作用下，形成五大洋的主要表层海洋环流携带大量热量，如墨西哥湾暖流量传递给海水，驱动表层海水运动环流系统，如北太平洋环流、北大西洋环流北上温暖西欧，黑潮影响东亚气候，调节陆地等温度热盐环流（全球输送带）深层海洋环流热盐环流是由海水温度和盐度差异导致的密度差异驱动的深层海洋环流，形成连接全球大洋的输送带主要特点•流速缓慢但流量巨大•运行周期长达数百至千年•连接表层和深层海洋•调节全球碳循环和气候系统气候意义热盐环流是地球气候的调温器，其强度变化可能导致区域性甚至全球性气候变化三圈环流对气候的影响全球热量再分配降水格局塑造大气和海洋环流共同调节全球热量分三圈环流控制全球降水带和干旱区分布，减缓赤道和极地温差，影响季风布，如热带雨林带、副热带沙漠带和系统、热带气旋和温带风暴的形成和温带多雨区的形成都与环流位置密切强度相关气候变化反馈三圈环流对气候变化既有响应也有反馈作用，其强度和位置变化会放大或抑制气候变化信号，是气候系统变化的关键环节典型案例哈德利环流与热带雨林赤道辐合带降水机制哈德利环流在赤道附近形成赤道辐合带（ITCZ），强烈的上升气流带来丰富的降水，平均年降水量超过2000毫米热带雨林形成•亚马逊盆地南美洲最大热带雨林区•刚果盆地非洲中部热带雨林核心区•东南亚群岛全球最分散的热带雨林区环流变化影响哈德利环流强度和ITCZ位置变化会导致热带地区干旱或洪涝灾害，如厄尔尼诺期间亚马逊北部常发生严重干旱典型案例费雷尔环流与温带气候西风带气候特征费雷尔环流区域的西风带带来温带风暴和锋面系统，使中纬度地区降水充沛，气候温和但多变，四季分明欧洲气候影响西欧气候受西风带和北大西洋暖流共同影响，形成温和湿润的海洋性气候，比同纬度的其他地区温暖许多北美气候特点北美大陆东西两岸气候差异显著，西岸受太平洋影响温和湿润，东部内陆气候大陆性特征明显，冬夏温差大环流异常与极端天气费雷尔环流异常会导致中纬度地区出现持续高温、干旱或寒潮、暴雪等极端天气事件，严重影响农业和经济典型案例极地环流与极地气候极地涡旋作用极地环流形成的极地涡旋控制极地冷空气分布，是北半球冬季天气的重要影响因子极地气候特征•常年气温低，极端最低温度可达-

89.2°C•降水稀少，多以固态形式存在•极昼极夜现象明显与全球气候变暖关系极地变暖速率是全球平均水平的两倍以上，极地环流变化导致极地涡旋不稳定，可能引发中纬度极端寒潮天气三圈环流的动态变化年际变化厄尔尼诺-南方涛动ENSO等海气耦合现象影响环流强度和位置，导致全球多地出现反常天季节性变化气，如东亚冬季风强弱变化随着太阳直射点南北移动，赤道辐合带ITCZ位置季节性摆动，导致全球风带和降长期趋势水带季节性迁移，形成季风现象全球变暖背景下，哈德利环流扩张，副热带高压带向极地方向移动，可能导致亚热带干旱区扩大和降水格局改变三圈环流的观测与模拟环流观测手段•卫星遥感全球风场、温度场和云系分布•高空探测气球、飞机和火箭探测垂直结构•地面观测气象站网和海洋浮标系统数值模拟技术利用大气环流模式GCM和海气耦合模式CGCM模拟三圈环流的形成、演变和未来变化趋势，为气候预测和气候变化研究提供科学依据现代观测和模拟技术使我们能够全方位了解三圈环流的结构和变化三圈环流教学中的难点与突破三维结构理解难三圈环流是复杂的三维空间结构，学生难以直观理解垂直和水平运动的结合建议使用三维动画和立体模型帮助学生构建空间概念抽象概念具体化环流、气压、科氏力等概念较为抽象可通过生活类比和物理实验将抽象概念具体化，如旋转水盆模拟科氏力效应系统思维培养气候系统各组成部分相互关联，需要系统思维可通过案例教学和问题导向学习，引导学生认识各环节的联系和整体性课堂互动设计建议地球仪演示实验利用灯光照射旋转地球仪，观察不同纬度受热差异；用彩色丝带和风向标在地球仪上标示环流路径本地气候分析组织小组讨论当地气候特征与全球环流的关系，分析本地区受哪个环流圈主要影响及其季节变化模拟环流实验设计简易的环流箱模型，通过加热和冷却不同位置，观察对流现象；加入旋转平台模拟地球自转效应视觉辅助素材推荐三圈环流全球分布图大气垂直剖面示意图海洋环流与风带对应图展示三圈环流在全球的空间分布，包括水平和垂展示从赤道到极地的大气垂直剖面，清晰显示三展示大气风带和海洋表层环流的对应关系，突出直结构，标明各个环流圈的边界和主要特征个环流圈的位置、高度和气流方向风驱动海洋环流的作用机制课件总结要点核心地位三圈环流是全球气候系统的核心1驱动因素2由太阳辐射差异和地球自转共同驱动形成空间结构3包括哈德利环流、费雷尔环流和极地环流三个相互关联的环流圈海气耦合4与海洋环流紧密耦合，共同调节全球能量分布和气候格局气候变化5三圈环流的变化是理解和预测气候变化的关键，其结构和强度受全球变暖影响正在发生改变拓展阅读与资源学术资料在线资源•复旦大学海洋环流课程讲义《全球气•国家气象科学数据中心环流资料库候系统中的海洋环流》•NASA地球观测系统数据可视化平台•《大气科学导论》，美国气象学会出•中国科学院大气物理研究所气候系统版模拟资源科普视频•《全球大气环流》，中国气象出版社监测报告•《看不见的力量全球大气环流》科•中国气象局气候变化监测公报普纪录片•世界气象组织WMO全球气候状况年•中国气象局气象科普频道《气象万度声明千》系列•政府间气候变化专门委员会IPCC评•复旦大学地球科学系《地球大气运估报告动》慕课课后思考题本地气候分析全球变暖影响三圈环流如何影响你所在地区的气全球变暖会如何改变三圈环流的结候？请结合当地的气温、降水特点构和强度？这些变化可能对全球气和季节变化进行分析，并说明该地候格局产生哪些影响？请从哈德利区主要受哪个环流圈的影响环流扩张和极地涡旋稳定性两个方面进行讨论海气相互作用海洋环流与大气环流的相互作用有哪些典型案例？请选择一个海气耦合现象（如厄尔尼诺、北大西洋涛动等），分析其形成机制和气候影响致谢学术支持资源支持教学实践特别感谢复旦大学杨海军教授提供的气象学感谢全国高校微课教学平台提供的丰富素材感谢各位参与教学实践的同学们的积极参与教学资料和研究成果，为本课件的科学性和和案例，以及中国气象局科普中心提供的气和宝贵反馈，你们的学习热情是本课程不断前沿性提供了重要保障象图像和数据支持改进的动力结束语三圈环流连接天地海洋是理解地球气候的钥匙掌握三圈环流知识，不仅能够理解日常天气变化，还能透视全球气候系统的运行机制它是气象学和海洋科学的基础，也是理解气候变化的重要工具希望通过本课程的学习，你已经打开了探索地球气候系统奥秘的大门让我们以科学的视角，关注气候，关爱地球！。