大气环流是地球上大气运动的一种宏观表现形式，它不仅涉及大气在水平方向上的大规模运动，还包括垂直方向上的空气流动。其范围广泛，从局部地区到全球范围，从对流层到平流层甚至整个大气圈，不同时间尺度（如月、季、年、多年，或一周、梅雨期间等特定时段）下的大气运动平均状态或变化过程都可纳入大气环流的范畴。

形成原因

1. 太阳辐射：太阳是地球上大气运动能量的根本来源。由于地球自转和公转，地球表面接受太阳辐射能量并不均匀。赤道地区获得的太阳辐射多，气温高；极区获得的太阳辐射少，气温低。这种温度差异促使大气形成热力环流，是驱动大气环流的重要动力之一。
2. 地球自转：地球自转使得在地球表面运动的大气受到地转偏向力的作用。在北半球，地转偏向力使运动的大气向右偏转；在南半球，则向左偏转。这种偏转作用对大气环流的走向和形态产生重要影响，改变了大气原本可能径向流动的方向。
3. 海陆分布：地球表面海陆分布不均匀，海洋和陆地的热容量、热传导性等物理性质差异显著。陆地升温快、降温也快，海洋升温慢、降温也慢。这种差异导致在不同季节和地区，海洋和陆地之间形成不同的气压差，进而影响大气的运动，使大气环流更加复杂多样。
4. 大气内部热量和动量交换：大气内部南北之间存在着热量和动量的相互交换过程。不同纬度地区的大气在温度、湿度、气压等方面存在差异，这些差异促使大气在水平方向和垂直方向上进行运动，通过热量和动量的交换，维持着大气环流的动态平衡，同时也使得大气环流呈现出复杂多变的形态。

特征描述

（一）全球平均纬向环流

1. 低纬度地区：常盛行东风，称为东风带。在北半球为东北信风，南半球为东南信风。这些信风是由于地球自转和赤道地区与副热带地区之间的气压差共同作用形成的，较为稳定，对低纬度地区的天气和气候有着重要影响。
2. 中纬度地区：盛行西风，称为西风带。西风带所跨的纬度比东风带宽，其强度随纬度增加而增大。最大风出现在30° - 40°上空的200百帕附近，称为行星西风急流。西风带是连接低纬度和高纬度地区大气环流的重要环节，对中纬度地区的天气系统移动和气候变化起着关键作用。
3. 极地附近：低层存在较浅薄的弱东风，称为极地东风带。极地东风带的风力相对较弱，但由于其来自高纬度寒冷地区，对极地地区的气候和大气环流有着独特的影响。

（二）全球径向环流

在南北方向及垂直方向上的平均运动构成三个经圈环流：

1. 低纬度正环流（哈得来环流）：在近赤道地区，空气受热强烈上升，在高空向北运行过程中逐渐转为偏西风。当到达30°N左右时，有一股气流下沉，在低层又分为两支，一支向南回到近赤道地区，另一支北移。这个环流圈使得热量从赤道地区向中纬度地区输送，对维持全球热量平衡起着重要作用。
2. 中纬度逆环流（费雷尔环流）：这是一个相对复杂的环流系统，并非完全闭合的循环。它处于低纬度环流和极地环流之间，受到两个环流的相互作用和影响。在中纬度地区，由于高低气压系统的频繁交替出现，使得大气运动呈现出不规则的涡旋状，形成了费雷尔环流。

3. 极区正环流：极地地区空气下沉，在60°N附近为上升运动，从而形成一个正环流，但相对较弱。在中纬地区与低纬区之间，常出现极锋活动。极锋是冷暖气团交汇形成的锋面，对中纬度地区的天气变化有着重要影响。

主要方式

（一）平均纬向环流

指大气盛行的以极地为中心并绕其旋转的纬向气流，这是大气环流的最基本状态。就对流层平均纬向环流而言，低纬度地区盛行东风带，中高纬度地区盛行西风带，极地还有浅薄的弱东风带。这种纬向环流为全球大气运动提供了一个基本的背景场，其他各种尺度的大气运动都在其基础上发生和发展。

（二）平均水平环流

指在中高纬度的水平面上盛行的叠加在平均纬向环流上的波状气流，又称平均槽脊。通常北半球冬季为3个波，夏季为4个波，三波与四波之间的转换表征季节变化。这些波状气流的存在使得大气环流更加复杂，它们与天气系统的发生、发展和移动密切相关，是影响中高纬度地区天气变化的重要因素之一。

（三）平均径圈环流

指在南北 - 垂直方向的剖面上，由大气经向运动和垂直运动所构成的运动状态。对流层的径圈环流通常存在3个圈：低纬度是正环流或直接环流（气流在赤道上升，高空向北，中低纬下沉，低空向南），又称哈得来环流；中纬度是反环流或间接环流（中低纬气流下沉，低空向北，中高纬上升，高空向南），又称费雷尔环流；极地是弱的正环流（极地下沉，低空向南，高纬上升，高空向北）。平均径圈环流反映了大气在南北方向和垂直方向上的运动特征，对全球热量和水汽的输送起着重要作用。

表现形式

大气环流主要表现为全球尺度的东西风带、三圈环流（哈得莱环流、费雷尔环流和极地环流）、定常分布的平均槽脊、高空急流以及西风带中的大型扰动等。这些表现形式相互关联、相互影响，共同构成了全球大气运动的基本格局。太阳辐射在地球表面的非均匀分布是大气环流的原动力，它促使大气产生各种运动，进而形成不同的大气环流形式。大气环流不仅是地 - 气系统进行热量、水分、角动量等物理量交换以及能量交换的重要机制，也是这些物理量的输送、平衡和转换的重要结果。它构成了全球大气运动的基本形势，是全球气候特征和大范围天气形势的主导因子，也是各种尺度天气系统活动的背景。

纬度环流

（一）低纬度环流

低纬度环流对低纬度环流运作的了解相对清楚。由乔治·哈得莱（George Hadley，1685年 - 1768年）所记述的大气环流模式，用以解释贸易风（信风）的形成，与观测到的非常符合。这是一个封闭的环流，由温暖潮湿空气从赤道低压地区上升开始，升至对流层顶，向极地方向迈进，直到南北纬30度左右，这些空气在高压地区下沉。部分空气返回地面后于地面向赤道返回，形成信风，完成低纬度环流。低纬度环流基本活动于热带地区，在太阳直射点引导下，以半年周期往返南北。它大量传送热能，对热带地区的天气和气候有着重要影响。

（二）极地环流

极地环流同样是一个相对简单的系统。虽然相比赤道的空气，这里的空气比较寒冷干燥，但仍然有足够热力和水分进行对流，完成热循环。本环流的活动范围限于对流层内，最高也只到对流层顶（8公里）。往极地的气流主要集中在空中，而赤道方向的气流主要集中在地面。当空气到达极地范围，它的温度已经大大降低，在这高压干燥寒冷的地区下沉，受地转偏向力影响向西偏转，形成极地东风。极地环流的流出，形成呈简谐波形的罗斯贝波。这些超长波在影响于中纬度环流与对流层顶间湍流的流向，扮演重要的角色。极地环流如散热器般，平衡低纬度环流地区的热盈余，使整个地球热量收支平衡。在中高纬度地区，极地环流是影响这里气象的主要成因之一。例如，加拿大和欧洲在冬季从西伯利亚高压区所带来的寒冷气流，导致气温急剧下降，能让人感受到真正的严寒。实际上，就是因为极地高压区的气流，导致南极东方考察站在1983年录得地球有纪录以来最低气温：摄氏零下89.2度。

（三）中纬度环流

由威廉·费雷尔（William Ferrel，1817年 - 1891年）所提出的中纬度环流是一个次要的环流，依靠其余两个环流而出现。如一处于两者之间的走珠轴承，因处于中纬度的涡旋（eddy）循环（高压及低压区）而出现，故本区时而又称为「混合区」。在南面处于低纬度环流之上，在北面又漂浮在极地环流上。信风可以在低纬度环流以下找到，相同地西风带也可以在中纬度环流下找到。与低纬度环流和极地环流不同，中纬度环流并不是真正闭合的循环，而重点却在西风带上。不像信风和极地东风那样，有所属的环流捍卫着它们在该区的主导地位。盛行西风没有这样幸运，常常听命于经过的气象系统。在上空通常由西风主导，但是在地表风向可以随时突然改变。以北半球的参考系（观点）而言，往北的低气压或是往南的高气压往往维持甚至加速西风的流速；但是经过当地的冷锋可能扭转这种情况。而往北的高气压带来东风主导的气流，常常持续数天。气团移动是中纬度环流底层特色之一。湍流吸收由地表低压区上升的空气，它所处的地方是影响气团位置的原因之一（在天气图上可以见到地表低压区是随湍流移动的）。地表风整体的流向是从纬线30度至60度的。可是中纬度环流上空的流向尚未能完全界定，一方面因为环流本身处于极地环流与低纬度环流之间，没有一个强烈的热源或冷源推动对流，而另一方面地表涡漩也对上空环境造成不稳定影响。

研究意义

大气环流作为地球大气运动的重要特征，其研究具有多方面的重要意义。首先，大气环流是完成地球 - 大气系统角动量、热量和水分的输送和平衡，以及各种能量间相互转换的重要机制。通过大气环流，热量从低纬度地区向高纬度地区输送，水分在不同地区之间进行循环，角动量也在全球范围内进行调整，从而维持了地球气候系统的相对稳定。其次，大气环流的研究有助于我们深入了解各种天气系统的形成、发展和演变规律。许多天气系统，如锋面、气旋、反气旋等，都与大气环流密切相关。通过对大气环流的研究，我们可以更好地预测天气变化，提高天气预报的准确率，为人们的生产生活提供更可靠的保障。此外，大气环流的研究对于探索全球气候变化也具有重要意义。全球气候的变化与大气环流的长期变化密切相关，通过研究大气环流的历史演变和未来趋势，我们可以更好地理解全球气候变化的机制，为应对气候变化提供科学依据。最后，合理利用气候资源也离不开对大气环流的研究。了解大气环流的规律，可以帮助我们更好地规划农业生产、能源开发等活动，提高资源利用效率，实现可持续发展。