第五讲高空急流的次级环流及其与锋面系统的耦合.pptVIP

目前三十一页\总数七十四页\编于六点 目前三十二页\总数七十四页\编于六点 目前三十三页\总数七十四页\编于六点 目前三十四页\总数七十四页\编于六点 目前三十五页\总数七十四页\编于六点 目前三十六页\总数七十四页\编于六点 目前三十七页\总数七十四页\编于六点 目前三十八页\总数七十四页\编于六点 目前三十九页\总数七十四页\编于六点 目前四十页\总数七十四页\编于六点 （a）1979年2月19日0000GMT通过对流层上部锋区的剖面图。细实线：θ线，粗实线：位涡（10×10-6K mb-1S-1）。 （b）等风速线（虚实线）和流函数线（100=3.100×105m2S-1） （c）同（b），但是对19日1200GMT 目前四十一页\总数七十四页\编于六点 （c）同（b），但是对19日1200GMT 目前四十二页\总数七十四页\编于六点 引起高空锋生和对流层顶（虚线）折叠的横向/垂直环流示意图（Danielsen，1968） 目前四十三页\总数七十四页\编于六点 图5.5是一个高空急流－锋系移过一个天气尺度斜压波时的概略图。这可代表一个短波槽移过长波槽的天气型式。开始在一极槽和中纬度脊间有一汇合区，这种气流汇合区一般可导致高空锋和急流的形成和加强（图5.5a）。大约一天之后（图5.5b），急流和锋在西南－东北倾斜的辐散槽后西北气流中移到了拐点处。这时温度槽落后于气压槽四分之一波长，因而锋面位于冷平流区。如果在发展的短波扰动附近，基本纬向风随纬度出现西风不断增加，则高度场的倾斜意味着有正压发展，而温度波和高度波的分离对斜压发展最有利。 目前四十四页\总数七十四页\编于六点 图5.5b的流场结构反映了早期发展阶段非对称槽结构的特征。在48小时后(图5.5c)，急流锋系达到长波槽底，且具有弯曲的取向。由于温度场和高度场间南北倾斜和位相差的消失，而变成对称结构，这表明正压和斜压发展停止。最后(图5.5d)，急流和锋移到长波槽下游西南气流中的拐点处，而长波槽具有汇合的结构，槽轴的西南－东北向倾斜及温度波超前于高度波分别意味着正压和斜压阻尼。这时波槽的非对称结构与图5.5b相反。上面的过程清楚地说明了一个移动性急流－锋系与一缓慢移动的斜压波相互作用的情况。 目前四十五页\总数七十四页\编于六点 1954年2月27日15时，最大风层（a）等风速线，（b）平均高度，（c）12小时后的等风速线，（d）图是（a）和（c）图的槽以西最大风等风速线的空间—时间剖面。这张图的绘法是根据每个时间的图，在穿过急流带中心而正交于急流轴的一条线上填上各点的风，然后分析等风速线，稍加平滑。 目前四十六页\总数七十四页\编于六点 图5.5 72小时期间一个对流层上部急流—锋系通过一中纬斜压波传播的理想概略图。（a）急流—锋在中高纬气流间的汇合区中形成；（b）急流—锋位于增辐波西北气流拐点中；（c）急流—锋位于强烈发展的波槽槽底；（d）急流—锋位于阻尼波西南气流拐点处。粗实线是等高线，粗虚线是等风速线，细虚线是等温线。 目前四十七页\总数七十四页\编于六点 地转悖论（Geostrophic paradox） 在急流入口区，地转风场是汇合的，它使平均温度场在急流中心处增密（图5.6）通过热成风关系，使地转垂直切变增强。 图5.6 急流入口区汇合流场使南北温度梯度增加 目前四十八页\总数七十四页\编于六点 同时，地转风把较低的地转动量从外区向内核区输送，这使内核区的风速减小（尤其是上层平流作用为主的层次），从而减小了该气柱中的地转风垂直切变。因此，完全相同的地转风急流一方面增加内核区（中心区）垂直切变的量值，另一方面通过负的地转动量平流减少地转风的垂直切变（图5.7）。 图5.7 地转动量平流使近急流中心处的风速减小（切变减小） 目前四十九页\总数七十四页\编于六点 这就构成了一个悖论：一方面地转温度平流通过增加平均温度梯度应使急流中心区热成风增加，另一方面，地转动量平流应使中心区热成风减小。所以，地转风实际上是破坏了热成风平衡，即使热成风平衡的两个分量产生了相反的符号变化（平均温度梯度增加与风垂直切变减小）。因为热成风是地转平衡的一种形式，因而可以说地转风破坏了它自己！这就叫地转悖论。但实际观测表明，中纬天气尺度急流总是近于地转平衡的，因而可以推论，必需有另外的一部分气流在面对自身破坏趋势下维持地转平衡，这部分气流是强迫的、非地转次级环流。因为地转急流趋于产生热成风不平衡，所以强迫的次级环流必须把急流带回到一种地转平衡状态。因而，急流入口区附近的次级非地转环流其作用是：（1）减少水平温度梯度；同时（2）增加垂直切变（图5.8），因为要解决地转悖论，必须产生强迫的次级环流。 目前五十页\总数七十四页\编于六点 图5.8