极地气象学

南北极地区特点

极地气象学

北极地区大部分为欧亚、北美大陆包围的海洋，面积约1310万平方公里；南极地区大部分为由海洋包围的大陆，面积约1400万平方公里。南极大陆平均高度约2350米，其中超过3000米的，约占南极大陆面积的25％，最高约4000米，大陆中心和边缘有很大的温度差，平均约差30°C，4月份可差 55°C。北极地区温差不大，一般不超过10°C。两极地区均为冰区，北极平均冰界约在北纬72°，南极约在南纬63°。北极地区的冰雪，夏季可以大量融化，而南极大陆有97％终年被冰覆盖，平均厚度可达1700米，一般不融化。南极大陆周围的海冰区域却有很大的变化：3月海冰区最小，约为500万平方公里，冰界约达南纬 70°；9月冰区范围最大，约为2000

极地气象学

万平方公里，冰界约达南纬 57°附近。这些特点影响了南北极的辐射、近地面风系和温度的分布。地球南、北极地区终年寒冷的气候。其范围因气候分类方法不同而有差异。天文分类法以南极圈（南纬66°33′～90°）和北极圈（北纬66°33′～90°）内的气候为极地气候；气团分类法以北极锋至北极和南极锋至南极范围的气候为极地气候；气候要素和自然景观分类法则以最暖月平均气温小于10℃，树木不能生长的高纬度地区的气候为极地气候。

极地气候有以下主要特点：①辐射差额全年为负值。在任何季节，下垫面均比空气冷，因而形成稳定的北极气团和南极气团。②有极昼和极夜，最长各占半年。极昼时间虽长，但因太阳高度角小，光照微弱，雪面反射强，故气温低。③蒸发小，产生降水的水汽是外来的。降水以雪的形式，量少而温度低，难融化，长年积累，形成很厚的大陆冰盖。④风大雪干，能见度差，极昼时期沿岸地带多雾。

南北极地区气候类型

极地气候有两个类型：①苔原气候。相当于柯本气候分类的ET气候。最暖月平均温度低于10℃，但高于0℃。一年中只有2～4个月的月平均温度在 0℃以上。有苔藓、地衣之类植物生长。西伯利亚、阿拉斯加、加拿大北冰洋沿岸和邻近岛屿，以及格陵兰岛沿岸狭窄地带属此气候。②冻原气候。相当于柯本气候分类的EF气候。气温终年在0℃以下，冰雪长年不化。南极大陆、格陵兰岛大部分和北冰洋中央水域属此气候。

辐射平衡和热量平衡

极地风景

两极地区接受的太阳辐射少，就地-气系统而言，极区有大量的热量丧失。根据气象卫星观测，北极地-气系统的辐射热平均损失约为 100卡／（厘米2·天）。1月份热损失约160卡/(厘米2·天)，夏季则几乎没有热量损失。为了要达到辐射平衡，经计算，通过 70° 纬圈向两极输送的热量约为 1.2×1028 卡／（厘米2·年）。热量的输送，主要通过两种途径：①大气大型涡旋的热量输送。极区近地面冷空气组成的冷高压向中纬度地区运动，中纬度高空暖性高压向极区运动，通过这种方式进行热量交换，使极区得到来自中纬度的热量。②通过平均经圈环流把热量输入极区。高空大气自中纬度流向极地之后下沉，从低空流出极区。一般认为中纬度向极区的热量输送绝大部分是靠感热（见大气能量、非绝热加热）输送来完成的。此外，由于冰雪的反射率大，地面的长波有效辐射(见辐射差额)也因晴天多而增加，所以近地面气层强烈冷却，从而在极区的近地面层形成了一个强逆温层（见大气静力稳定度），其厚度可达 1公里。这种现象在南极大陆尤其显著，每上升30米温度可增加15～20°C。

天气

由于辐射损失的热量远大于吸收的热量，两极地区的气温都特别低。北极地区近地面的气温比南极温和，分布也比较均匀，1月极区约-32°C，7月约-2°C；南极地区气温则随地势高低而变化，其东半球部分的地势高，气温低，年平均气温可低达-57.5°C。南极地区曾记录到全球地面的绝对最低气温达-88.3°C。

北极夏半年常有层状云覆盖，北纬 85°处6～8月总云量为8～9（10分度云量），这是一种云底高度低于1公里、厚度350～500米的低云，它虽减弱了来自太阳的短波折射，但却大大减少了地面的有效辐射，使地面增暖，所以北极地区近地面气层夏季的温度较高，冬季则不然，天空大都晴朗，地面的有效辐射增加，使地面降温。南极地区的天气终年大都少云或晴朗，但在南纬50°～65°之间，存在一个气旋带，所以围绕南极大陆有一条气旋性云系。两极地区的大气中，水汽含量都很少，降水量也都比较少：北极地区年降水量约 200毫米；南极中部高原地区年降水量约为50毫米，全大陆年降水量自沿海向内陆剧减。北极地区的地面附近，冬季为稳定的高压区，盛行东风；夏季常有低气压侵袭，风向不定。南极地区外围(南纬60°～65°)为一气旋带，所以南纬 65°以北多为偏西风，以南多为偏东风。但是由于南极地区中东部为高原并且存在强烈的逆温层，在南极中部下沉的近地层空气沿高原下滑流向南极大陆沿海，形成南极有名的“下吹风”(katabatic wind)。在它的影响下，南极地区大气流场十分奇特（见图），冬季风速平均达9.0～12.5米/秒，夏季平均为4.9～9.0米/秒，越接近大陆边缘，风速越小，但当气旋侵入南极大陆时，风速可达20米/秒，冬季的风速可达40米/秒，引起大规模吹雪，能见度在1公里以下。

大气环流

南北极对流层，冬夏均为气旋式环流，称为极涡。在北半球，由于大陆分布不均匀，极涡经常不在北极中心，而偏于北美大陆或欧亚大陆，引起这些地区偏冷。南极则由于中心是大陆，周围是海洋，海陆分布比较均匀，所以，极涡几乎无偏心现象，中心位置比较稳定。南北极的平流层内，冬季为极涡，但夏季则为一巨大的反气旋所控制。冬季在极涡外围的极夜线附近，平流层内存在一支强大的急流，称为“极夜急流”。两极自冬到夏的环流变化比较剧烈。每年冬末，极区平流层有数次突然增温，随之极涡和极夜急流崩溃，在一个较短时间内，反气旋环流控制极区，并逐渐向中、低纬度地区扩展，到5月已控制整个半球，相对而言，北极的“爆发性增温”比南极地区要剧烈得多（见平流层和中层大气环流）。

企鹅

北极地区冰雪覆盖面积的变化同北半球许多地区的气压和降水有密切的关系，北极冰盖对气候变化的影响已引起人们的注意。关于北极冰盖对气候影响的机制，有两种不同的看法：①极冰的存在可以加剧气候的异常。在气候变暖时期，极冰融化后暴露出来的水面，会吸收更多的太阳辐射，传输给大气，使大气变得更暖，气候变冷时期其过程适相反。②极冰的存在缓和了气候异常状态。在气候变暖时期，极冰融化，极地向大西洋的冷流加强，使大西洋变冷而蒸发量减少，输入北极的水汽也减少，北极地区的云量也随之减少，有利于北极地区的辐射冷却，缓和了气候的变暖的趋向。大西洋变冷，还使大气南北向的温度梯度减小，南北向热量的交换也随着减少，使极区变暖的倾向受到抑制。这两种观点是如此的不同，所以，在联合国世界气象组织的全球大气研究计划中，已把这个课题列入极地试验计划之中。

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