大氣的角動量在產生、消耗和輸送的過程中達到平衡，使東風帶和西風帶保持定常狀態。研究大氣角動量平衡，弄清地球和大氣之間的相互作用同地面摩擦的關係，不但可以揭示大氣環流中行星風系得以維持的機制，還可從大氣環流的演變觀點出發，研究地球自轉速度的年變化，後者主要屬天文學的範疇。
基本介紹
- 中文名：大氣角動量平衡
- 學科：物理
- 過程：產生消耗傳輸
- 性質：名詞
概述,源匯,輸送,
概述
絕對角動量 角動量是描述物體轉動狀態的一種物理量。處於旋轉運動狀態的質點，其旋轉軸到質點的距離(r)和該質點的動量(mv)的矢量積(mv×r)，定義為質點相對於旋轉軸的角動量，其中m為質點的質量，v為質點的線速度。因此，單位質量空氣相對於地軸運動的絕對角動量為
L=(ωr cosφ+u)r cosφ≈ωR2Ecosφ+uREcosφ
式中ω為地球自轉角速度，u為東西向風速，γ為空氣質點至地心的距離，φ為緯度，RE為地球半徑。式中第一項表示當空氣和地球一起作固體旋轉運動時所具有的角動量，稱為ω角動量，第二項為相對於地球運動的角動量，稱為相對角動量或u角動量。
源匯
大氣圈整體運動的總角動量，主要受地面的摩擦和山脈作用而發生變化。因摩擦力的方向和風向相反，在東風帶里，地面摩擦力給大氣一個自西向東的力矩，使地球持續地給予大氣正的角動量，因此近地面層的東風逐漸減弱；在西風帶里，地面摩擦力給大氣一個自東向西的力矩，地球持續地從大氣獲取正的角動量，因此近地面層的西風也逐漸減弱。山脈作用決定於其兩側氣壓的差異：如果東側的氣壓大於西側，則山脈給大氣一個自西向東的力矩，增強大氣自西向東的運動;如果西側的氣壓大於東側，則將減弱大氣自西向東的運動。計算表明，摩擦作用比山脈的影響大。因此，總的說來，東風帶為產生角動量的區域（即角動量源），西風帶為消耗角動量的區域（即角動量匯），為了維持在大氣環流中東風帶和西風帶的定常狀態，就必需將東風帶取自地球的正角動量輸送到西風帶去，還給地球。
輸送
大氣中角動量輸送是這樣完成的：在低緯度地區，哈得來環流（見大氣環流）的上升氣流把東風帶的角動量淨輸送到高空，再由平均經向環流和大型渦旋向北水平輸送；在中緯度和高緯度地區則主要依靠大型渦旋向北輸送。在北半球，水平輸送量最大的地區在北緯30°～35°地帶的對流層頂附近的高空。為了完成角動量淨向北輸送，高空大型擾動的槽線必須是從東北到西南傾斜，而且南部比北部斜度大。向北輸送的角動量到達中緯度和高緯度地區之後，主要通過鉛直方向的湍流，順著西風速率的鉛直梯度方向由高層輸送到低層，以補充地面西風帶角動量的消耗，使地面西風帶維持定常狀態。
