中纬度气旋与反气旋.DOC

第十章　中緯度氣旋與反氣旋 10.1前言 中緯度氣旋、反氣旋與鋒在西風帶最常見，影響亦最大，都是重要的天氣系ｖ統，亦是本章研究的重點。下面我們先討論中緯度氣旋與反氣旋的消長，鋒則留待下章討論。 10.2地面氣壓系統的形成 1.氣壓趨勢方程（pressure tendency equation） 由流體靜力平衡得 即　　 （連續方程） 　 ……………………… (10.1) 　　由上式可知，地面氣壓之局部變化，乃由 水平輻散（horizontal divergence） 依氣壓定義可知：只有空氣柱質量減少，地面氣壓才會減小，但由 　知，質量輻散（）時，即地面上氣旋渦度不增反減，所以地面才有氣旋式渦度增加，而為了下降，相對之要大於零（Dines compensation）。 （B）密度平流項 ……………………….…. ..(10.2) 　　∴　要（）需 　　a. 下層輻散（合），上層輻合（散）；需有偏地轉風。　　b. 正（負）的氣壓平流（即），為此，氣壓系統需要隨高度向上游傾斜。 　　c. 冷（暖）平流。 　　此式看似簡單，但由於是一邊界值問題（boundary value problem），而地面（）本身即為下邊界，所以並不能用此法求得。 2.由連續方程知 ∴　當（上升）時，層內有輻合，形成氣旋；反之，當（下沉）時，內輻散，形成反氣旋。 此法看似簡單，但及均不易求得，故並不好用，但可為定性依據。 3.由渦度方程（省略摩擦項） …………………………………...……. (10.3) 可知，當有　a. 正渦度平流時， 　　　　　　b. （北風）時， 　　　　　　c. （輻合）時，或有上升運動時， 　即　，局部重力位下降。 如省略項，(10-3)式可寫成 ……………..…….……….. (10.4) 式中 上式可用以求得1000hPa的重力位趨勢；式中第一項為地轉風對地轉絕對渦度之平流，第二項為輻散項。造成第二項的條件包括所有可能形成（=1000hpa）面垂直運動（）之因素： 溫度平流：平流 垂直方向渦度平流的變量：向上 垂直方向摩擦力的改變量： 非絕熱效應：非絕熱 即　 下面我們看各項貢獻： （a）渦度平流項 左圖為理想之500hPa斜壓波，圖中脊前（槽後）有AVA或NVA，而脊後（槽前）有CVA或PVA。 由於高低壓系統愈近地面愈呈封閉的圓形（circular），所以上層風場對渦度平流的作用大於下層，因而 槽前正渦度平流向上增加，有上升運動，地面（） 槽後負渦度平流之絕對值向上增加，有下沉運動，所以 這就引發了地面氣壓系統的改變。Petterssen將此種發展作用稱為type B。其發展源來自上層PVA移到地面低壓中心上游的適當（可增加該中心上升運動）的位置處。 （b1）溫度平流 如右圖所示，地面冷鋒後有冷平流，暖鋒前則有暖平流，相伴的就是冷鋒後氣壓上升，暖鋒前則有氣壓下降。Petterssen稱此種發展作用為type B。 （b2）正渦度平流向上增加 有上升運動，必伴有地面氣壓下降。（方程） （b3）摩擦作用 設即不隨高度變。設在無摩擦層及以上總渦度，則在摩擦層內，總渦度。所以正渦度向上增加，作用與（b2）同。 此種作用稱為艾克曼吸引（Ekman pumping），相對應的是地面輻合，亦即氣旋加深。 上述結果顯示，摩擦的直接影響是消耗能量，會使氣旋減弱，但摩擦所形成的輻合則使氣旋應強。 （b4）非絕熱效應 當區域內非絕熱增溫呈局部最大時，即 時，會對當地旋生或氣旋加強產生相當貢獻。此種加熱包括： （1）輻射增溫造成熱低壓（thermal low）。 （2）的可感熱傳導，對形成或增強有貢獻。 （3）積雲對流所形成之潛熱釋放時間如果夠長（long enough），致動力可“感受到它的存在”，即可促成氣旋發展或生成。 （4）雲下雨滴蒸發之冷卻作用，對相關區內小高壓或脊生成或增強有貢獻。 4.重力位趨勢方程（已如前述）。 10.3 Suticliffe發展定理及皮特生（Petterssen）發展方程 一、Suticliffe development theorem Q-G渦度方程： 將上式分別用於500hPa及1000hPa，並相減則得 ... (10.5) 又知，即， 所以　 …………...…………. (10.6) 設　　即省略垂直運動及非絕熱作用對的影響，代表內之平均風。 則　 …………………………... (10.7) 式中　　　 將公式（10.7）展開，即得 再引用： （1）根據在層內，如果等溫線在各面上都是平行的，則“一層大氣之平均風，，可取任一分層之風速代替之”。Suticiffe以代 （2），即500hPa面之相對渦度均來自熱力渦度，風都是熱力風。 （3） 結果得到 …………………………..