什么是大气环流？
“环流”的意思就字面来看，应当是如环无端的流动。那么，大气环流是否也具有循环往复流动的特征呢？当我们无论从北极还是从南极的空中往赤道的方向看过去，地球大气确实是在环绕极地无始无终的运动着。但是，在大气科学中大气环流的概念还要丰富的多。一般来说，大气环流是指全球范围的，大尺度大气运动的基本状况。所谓的“大尺度”，它的范围到底有多大呢？科学家们把它设定为：在水平方向上几千千米以上，在垂直方向上要有10千米以上，时间在1天～2天以上。如在大气对流层南北方向的垂直剖面上，同时存在着三圈大尺度环流，气象学家们分别给它们定名为哈德莱环流、费雷尔环流和极地环流。
是谁直接驱动大气运动的？
“空气的流动就形成了风”，是许多书中对“风”这一自然现象的解释。那么，是什么原因造成了空气流动呢？
我们知道，地球是一个近似球形的行星，不同地理纬度的地区接收到的太阳辐射会有比较大的差别。在大部分面积是海洋的赤道地区，由于地球表面接收到的太阳能量多，那个地区上空的大气被海洋表面加热后，就会携带大量的水汽上升到高空并引起海平面气压的下降：上升区域以外其他气压相对较高地区的空气在压力差的作用下流到上升区进行补充，于是产生了沿地球表面流动的风。
因此，地球表面空气流动的一个重要原因是大气温度分布的不均匀。从能量学的角度来看，赤道地区上升气流中携带了大量的能量，这些能量的一部分可以转变成大气的动能，即风的运动。在这个意义上，可以说是海洋直接驱动了大气的运动。
赤道地区的气流都是上升的吗？
地球的形状是一个赤道地区略粗的椭球体，地球每年绕着太阳公转一圈。地球上的赤道地区接收到的太阳辐射最多，因此，赤道附近热带海面上的空气受到地表面的加热就会上升。海面附近的空气上升后，赤道以外地球表面附近的空气到赤道地区补充。那是不是沿着赤道到处都是这种情况呢？
在亚洲大陆的南侧耸立着全球最大的高原——青藏高原。青藏高原南侧和东侧的广大地区是世界上最著名的季风区。夏季的青藏高原表面在海拔4400多米的高处对大气加热，使高原上空的气流上升。这些上升的气流的一部分向赤道地区流去，在赤道附近的南半球下沉，形成了一种在赤道附近下沉，而副热带上升的反哈德莱环流。
哈德莱环流是什么环流？
居住在北半球温带地区的人都知道这样一个事实，南方要比北方暖和。即从地球赤道向北极方向，温度是越来越低。1735年，英国人哈德莱根据这样一个事实提出：大气在赤道地区被加热，产生上升运动，上升到高空后便会向两极流去，在极地受冷又下沉到地面；同时，在大气的底层，来自两极方向的冷气流又流向赤道补充那里因上升而减少了的空气。这样就产生了南北方向的一个直接热力环流圈。后来的观测发现这样一个热力环流圈在赤道和副热带之间确实存在。为了纪念最早提出直接热力环流圈设想的哈德莱，人们又把大气中热带和副热带之间南北方向的直接热力环流圈称为哈德莱环流了。
费需尔环流是怎么流的？
哈德莱环流中的下沉运动出现在副热带地区的原因是因为地球自身的旋转。由于地球的旋转，使得高空向两极方向流动的气流不断发生向东的偏转，到达副热带地区时就已经完全变成向东的流动了，因此不能到达两极地区。但是两极相对极地以外的地区又是冷却中心，空气在两极地区受到冷却下沉，高空有来自两极外地区流向极地补充因下沉而减少了的空气，所以在南北方向上同样存在着类似于哈德莱环流性质的直接热力环流圈。由于哈德莱环流和极地环流都是正向环流，两个环流之间的地区需要一个跟两个环流方向相反的环流圈进行补充。这样一个补充环流是由美国人费雷尔在1856年提出来的，因此叫做费雷尔环流。它的方向是高空向南流动，低空向北流动。
沃克环流是哪个方向的环流？
在大气的顶部，到达地球的太阳辐射量在相同的纬度上是相同的。但是，由于其他因素的影响，纬度相同、不同地点地球表面上的温度却有很大的差别。同学们熟悉烧水时容器内热水上升和下降的情景吗？受到来自下方的加热，直接受热部分的水就会上升，相对受热量小的地方水就会下降。同学们试想一想那一大片高温海面加热大气的情景吧，大气受到赤道西太平洋和东印度洋海表面的加热后，它自然会受热上升，而周围地区的空气会流过来补充，上升的空气在高空有些会流到表面温度相对较低的赤道东太平洋或赤道西印度洋，然后在那里又下沉下来，这样就构成了东西方向的环流圈。人们为了纪念最先提出南方涛动概念的沃克爵士，就将这种由于东西方向温度差异而产生的环流圈就叫做沃克环流了。
为什么郑和七次下西洋有六次在冬季起航？
我国明朝的郑和曾率领庞大的船队，扬帆远航，7次下西洋（现在的南海和印度洋地区）。其中有6次是在冬季起航，夏季返航。为什么大部分时间都选择在冬季启航呢？
从时间的选择上可以看出当时我国的航海技术是相当注意气候变化规律的。原来，我国大部分地区受季风的影响。郑和下西洋的船队都是帆船。冬季起航，夏季返航，去时船队受东北季风的推动，归来受西南季风的引领，往返皆得到“乘风破浪”的天助，自然是最好的选择了。
如果没有青藏高原，我国江南将会是什么景象？
自古以来，中国的江南地区作为鱼米之乡，以它的美丽和富饶闻名于世。然而，与江南位于同一纬度带上的非洲地区却出现了地球上最大的沙漠——撒哈拉大沙漠。这种差别是怎么形成的呢？
科学家们通过对气候模型的计算表明，如果没有青藏高原，则不会出现在青藏高原上升，在赤道地区下沉的反哈德莱环流。我国的江南大部分地区位于副热带，是哈德莱环流下沉气流控制的区域，降水量将会很小，也有可能出现沙漠化。因此，正是有了青藏高原，才会有我国美丽富饶的江南。
为什么青藏高原与我国西北地区的大面积沙漠有关？
横空出世的青藏高原巍然屹立在印度洋的北侧，世界降水量最多的“雨极”就出现在它的南坡上。但在它的北侧，却出现了许多大面积的沙漠。在高原南北地区出现截然相反的两种极端气候情况，与青藏高原的存在有什么关系没有呢？
这种截然相反气候的出现正是青藏高原影响的结果。由于高原的存在，来自印度洋的水汽被青藏高原阻挡在高原以南，几乎全部凝结成水而降落。翻越过高原的空气中含水量非常少，当气流再从高处下沉到高原北侧时。空气中几乎不含任何水分。所以在我国新疆许多地方的气象观测中常常出现湿度为零的记录。由于高原对印度洋水汽的阻挡，我国新疆地区降水的主要水汽来源只好依靠遥远的大西洋或北冰洋。因降水稀少，这些地区出现大片的沙漠就丝毫也不奇怪了。
什么是季风？
季风本来是一个具有上百年历史的气候学概念，它是指接近于地面的大气在冬季夏季盛行，但风向几乎是相反，而且气候特征又明显不同的现象。那么，季风区在哪里？事实上亚洲、非洲、大洋洲的热带和副热带地区是联成一片的、世界上最大的季风区。东亚的海上、南亚、东非和西非属于明显的季风区。
自20世纪80年代开始，科学家们对季风的研究已经超出了传统的概念，也就是说现代季风的研究不但包括季风的平均状态、季节变化、年际变化、基本成因以及季风气候区划等问题，还进一步研究季风的环流系统、爆发与撤退过程、中短期变化以及季风和整个大气环流的相互联系和相互作用等问题。
季风的形成与海陆分布有关吗？
季风是地球表面附近的大气现象，影响季风形成的原因主要是大气下方地球表面附近的热力因素。由于陆地土壤的热容量小，而海水的热容量大又能上下交换，因此，在冬季太阳辐射减少时，陆地温度降低快于海洋，大陆地表温度低于海洋；在夏季陆地升温又快于海洋，大陆地表的温度也高于海洋。由于大气中的热量主要来自地球表面，因而相对而言，冬季大陆是大气的冷源，海洋是大气的热源，而夏季则相反。对大气气压场来说，冬季受大陆冷却的影响，地球表面附近大陆上为冷高压；夏季受大陆加热的影响，陆地表面附近为热低压。围绕高压和低压风场的旋转方向相反，形成了冬夏相反的季风气流。
为什么季风的形成与太阳辐射的季节变动有关？
地球的球形和太阳辐射直射纬度的变化，造成地球表面接收太阳辐射量具有明显季节性变化。在每年夏至这一天，太阳辐射直射纬度达到最北的位置——北回归线，而在冬至这一天，太阳辐射直射纬度达到最南的位置——南回归线。假设地球表面的热力性质是均匀的，则当太阳直射纬度在北半球时，对大气加热最强的地区位于北半球，上升运动最强的区域也位于北半球，在地球表面上就会出现南半球的气流将流向北半球补充；而当太阳直射纬度位于南半球时，地球表面北半球的气流将流向南半球补充。由此就导致了冬夏两季相反的季风气流。
南北两个半球的空气是怎样互相交换的？
由于太阳辐射直射纬度随季节的变化，冬夏两季地球表面接收得到太阳辐射最多的区域也分别位于南半球和北半球。因此，随着季节的转换，两个半球之间的大气必然存在着交换。但是，由于地球表面陆地面积在两个半球不一样，北半球陆地面积要远远大于南半球陆地的面积，陆地上的山脉起伏也是影响大气运动的重要因素，因此，两个半球大气的交换不是沿赤道大面积进行，而是要通过某些通道进行的。人们把这些通过通道跨越赤道的气流称为越赤道气流。夏季地球表面附近从南半球流向北半球最强的越赤道气流位于非洲东部沿岸附近，而冬季地球表面附近最强的北半球流向南半球越赤道气流位于马来西亚半岛附近。
东亚季风的形成为什么还与青藏高原有关？
除了海陆分布和太阳辐射直射纬度的季节性变动以外，东亚季风的形成还与青藏高原具有密切的关系。青藏高原要比周围的陆地高出几千米，所以青藏高原对大气加热或冷却的高度要比高原周围大气距离地球表面都高。因此，夏季青藏高原表面附近的大气温度要比高原周围相同高度大气温度高，冬季高原表面附近大气温度也就比高原周围温度低了。这种温度分布随季节的变化也影响到高原附近的气压场，从而形成高原附近冬夏季相反的季风气流。
什么是季风系统？
什么是季风系统呢？季风系统指的是与形成季风环流有关的天气系统。以夏季印度季风系统为例，北半球夏季印度地区为大气的加热中心，因此地面上对应的气压系统是印度低压，低压中心附近是上升气流；来自南半球的气流主要是中心位于南印度洋马斯克林群岛附近的冷高压中心附近从高空下沉的辐散气流、非洲东岸的低空索马里急流；高空的青藏高压、高原南侧高空东风急流以及高空向南半球的越赤道气流等系统，都是印度季风系统的成员。
为什么冬季最强的低空越赤道气流在亚洲？
夏季最强的南半球越赤道气流位于非洲的东岸，但冬季最强的北半球向南越赤道气流却位于亚洲。为什么冬夏两季最强越赤道气流的位置不同呢？
北半球的冬季，即南半球的夏季。由于海陆分布的原因，南半球澳大利亚陆地表面存在着中心气流上升的热低压。从北半球亚洲大陆冷高压中心辐散出来的冷空气就可以越过赤道进入南半球。冷空气与暖空气相比密度大，因此大量的冷空气是沿地球表面向南运动的。当冷空气运动到青藏高原北侧时，受高原的阻挡，冷空气不能越过山脉到达印度洋，大量的冷空气转而向东南方向运动。在青藏高原的东北侧，冷空气不再受青藏高原的阻碍，便会势如破竹地沿我国东部南下到达南海海面上，在马来西亚附近产生较强的越赤道气流进入南半球。
因此，青藏高原对冷空气的阻挡作用导致了最强的北半球向南越赤道气流出现在亚洲的南海南端。
印度的“雨极”与索马里低空越赤道息流有什么关系？
同学们已经知道，一个地区的降水至少需要两个最基本的条件：水汽供应和抬升运动。水汽量供应越多，上升运动越大，降水量就越大。位于喜马拉雅山南麓的印度，夏季存在全球最强的低空急流提供水汽供应，青藏高原大地形对来自印度洋气流的抬升可以产生很强的上升运动，因此，最强的低空急流和最大高原的地形抬升两个世界之最，造就了世界最强的降水。研究表明，索马里低空急流的强弱与印度西部降水量的大小关系非常密切。夏季风爆发后，南半球向北半球的水汽输送增加了6倍，而进入阿拉伯海西部大气层的所有水汽，有三分之二是从南半球输送来的。
夏季全球最强的低空越赤遵气流为什么位子非洲东岸？
