第四章_4西風(fēng)帶大型擾動

1、一、環(huán)流指數(shù)與指數(shù)循環(huán)一、環(huán)流指數(shù)與指數(shù)循環(huán) 1.西風(fēng)岸大氣環(huán)流兩種基本狀態(tài) 緯向環(huán)流平直西風(fēng)環(huán)流 經(jīng)向環(huán)流波狀流型具有較大南北向氣流 或出現(xiàn)大型暖高壓，冷低壓 .西風(fēng)指數(shù)36363635551111113555363636IHHHHH 高指數(shù)：值大西風(fēng)強，緯向環(huán)流為主 低指數(shù)：值小西風(fēng)弱，經(jīng)向環(huán)流為主 、指數(shù)環(huán)流 （指數(shù)循環(huán)） 大氣環(huán)流演變呈“指數(shù)循環(huán)”狀態(tài)經(jīng)向環(huán)流和緯向環(huán)流不斷交替轉(zhuǎn)換，循環(huán)出現(xiàn)：高指數(shù)低指數(shù)高指數(shù)二、西風(fēng)帶長波二、西風(fēng)帶長波 1、西風(fēng)帶波動分為三類： 超長波波長10000km，北半球23個波， 由地形和海陸分布的強迫振動引起 長 波波長300010000km，50120經(jīng)

2、距， 北半球37個波，由行星鋒區(qū)長波擾 動所引起 短 波幾百3000km，由鋒區(qū)中的短波擾 動所引起。一般情況下，長波和短波不容易分辨。如圖所示，迭加后的長波槽就變得極不明顯，而長波脊則因為同位相迭加顯得很強。 2、長波的辨認(rèn)方法： 1) 時間平均圖 （P175 圖4.31 b） 2) 空間平均圖 (P177 圖4.31c)3) 平均高度廓線圖 (P178 圖4.31d)4) 分析長波的結(jié)構(gòu)和特征深厚系統(tǒng)：700對流層頂長波：50120經(jīng)距，移速慢：10經(jīng)距/天 ，靜止或西退熱力結(jié)構(gòu)：冷性槽，暖性脊3、長波的移動 1） 長波波速公式 條件：正壓，水平無輻散運動 用小擾動法將方程線性化： 假設(shè)：

3、 則：帶入式 其中得到 上式為一個二階線性偏微分方程 波動方程設(shè)其解： 即將長波視為在基本的西風(fēng)氣旋上迭加的經(jīng)向正（余）弦波將帶入式有 所以有 上式即為長波波速公式Rossby波速公式（槽線方程）2）討論式： a.波速C與西風(fēng)風(fēng)速有關(guān)，越大，移動越快，反之， 移動越慢。當(dāng)槽脊向東時，槽脊移動的速度總是小于西風(fēng)風(fēng)速。 b.波速C與波長L有關(guān)，長波移動的慢，短波移動的快。 c.波速C與緯度有關(guān)（ ），高緯度波動移動的快，低緯移速慢。 d.靜止波的波長：若C = 0，則有 后退波（西退） 靜止波 前進(jìn)波（東移）緯度越高，西風(fēng)越大，則 越大 （P180 表4.2） e.靜止波臨界的緯向風(fēng)速：C=0,

4、前進(jìn)波當(dāng) 靜止波 后退波緯度越高，波長越短， 越小 （ P180 表4.1）cuu_3）長波波速公式的物理意義 正壓，水平，無輻散大氣，槽脊的移動是由絕對渦度平流決定 相對渦度平流： 槽東進(jìn) 地轉(zhuǎn)渦度平流： 槽西退a.槽（脊）前正（負(fù)）的相對渦度平流，局地渦度增大（減?。?槽（脊）東進(jìn)b.槽前（后）偏南風(fēng)（北風(fēng)），負(fù)（正）地轉(zhuǎn)渦度平流，局地渦度減小（增大） 槽西退 4、長波調(diào)整 長波波數(shù)的變化及長波的更替稱為長波調(diào)整。長波穩(wěn)定，大型環(huán)流很少變動，天氣過程按一定型式發(fā)展長波調(diào)整，天氣過程發(fā)生劇烈變化 1) 南北兩支西風(fēng)帶短波同位相迭加成為長波 2) 上游槽(脊)的轉(zhuǎn)向?qū)ο嗯R脊(槽)的影響 (P1

5、82 圖4.33) 3) 群速度和上下游效應(yīng) (P182 圖4.34)群波振幅最大值的移速稱為波群速.設(shè):兩個振幅相同,波長和移速不同的正弦波則綜合波 討論式： a）綜合波的振幅是隨x，t而變化的余弦波： 余弦波振幅為，波長為 波速（群速度） 得到 212121122121222c o s 222LLLLL CL CAxtLLLLL Lb) 正壓無輻散長波的波群速，將長波波速 帶入式有： 長波的波群速由上式可見：1.綜合波的范圍線以群速向下游方向傳播2.長波的波群速大于 和，即大于西風(fēng)風(fēng)速和長波波速3.由于波動能量和波的振幅的平方成正比，所以這種波動最大振幅的傳播，也就是波動能量的傳播 能量頻

6、散_cu上（下）游效應(yīng)：上（下）游長波系統(tǒng)發(fā)生變化，以比 系統(tǒng)本身的移速和平均西風(fēng)風(fēng)速都快 的速度，即波群速影響下（上）游長 波系統(tǒng)也發(fā)生變化，稱為上（下）游 效應(yīng)上下游效應(yīng)：大范圍上下游長波系統(tǒng)變化的相互聯(lián)系4） 預(yù)報長波調(diào)整的定性經(jīng)驗 a.上游長波槽脊加強（減弱、移動）天后，下游 長波槽脊也會加強（減弱、移動）冬三夏四長波槽一般來說相對穩(wěn)定，長波調(diào)整才移動 b.在歐亞地區(qū)為兩個長波槽脊，如果超過兩個槽（或少于兩個槽）出現(xiàn)長波調(diào)整 三、阻塞高壓與切斷低壓三、阻塞高壓與切斷低壓 1、概述：1）定義：當(dāng)西風(fēng)帶長波槽和脊的經(jīng)向度變大，暖脊向北伸展到很高的緯度地區(qū)，且兩側(cè)冷槽往南伸到較低的緯度地區(qū)時

7、，暖脊被冷空氣包圍，與南面的暖空氣主體分離，出現(xiàn)孤立的暖區(qū)，從而形成閉合高壓區(qū)。阻塞高壓常和切斷低壓相伴出現(xiàn)。南伸的冷槽被暖空氣切斷，出現(xiàn)孤立的冷堆，形成閉合低壓區(qū)，即切斷低壓。條件：a）中高緯高空有閉合的暖高中心 以北 b）暖高中心呈準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)維持3天以上 c）西風(fēng)急流在阻高西側(cè)分為兩支，繞過阻高 后匯合，其分支點和匯合點的范圍大于 4050個經(jīng)度。No502）結(jié)構(gòu) （P192 圖4.42） a.阻高為深厚的暖性系統(tǒng)：700hpa對流層頂 b.高壓中心軸線，自下而上向西北方向傾斜 c.阻高對應(yīng)冷而高的對流層頂 d.近地面為冷高壓3）阻高的活動 a.北半球常出現(xiàn)在大西洋，歐洲和北美 b.亞 洲

8、常出現(xiàn)在烏拉爾山，鄂霍次克海 c.亞 洲、三個月最多 阻塞高壓常發(fā)生在暖空氣很活躍、冷空氣也較強的地區(qū)和季節(jié)，因此它有明顯的地區(qū)性和季節(jié)性。最常出現(xiàn)在北大西洋東北部和北太平洋阿拉斯加地區(qū)，以春、秋季最多。烏拉爾山和鄂霍次克海也常有阻塞高壓，它們大多由北部的高壓演變而成，強度不很大，但對中國的天氣影響很大。當(dāng)它們穩(wěn)定維持時，中國南方多連陰雨天氣；當(dāng)烏拉爾山阻塞高壓減弱崩潰時，常引起中國的寒潮爆發(fā)。 阻塞高壓的建立和崩潰常常伴隨著一次大范圍甚至半球范圍的環(huán)流型式的劇烈轉(zhuǎn)變。它的建立，標(biāo)志著緯向環(huán)流向經(jīng)向環(huán)流的轉(zhuǎn)變;它的持續(xù)，標(biāo)志經(jīng)向環(huán)流處于強盛階段；它的崩潰，標(biāo)志著經(jīng)向環(huán)流向緯向環(huán)流的轉(zhuǎn)變。因此，

9、研究阻塞高壓對了解環(huán)流型的轉(zhuǎn)變、冷暖空氣的活動和天氣預(yù)報具有重要的實際意義。 2、阻高的建立過程 第一型：西風(fēng)帶不穩(wěn)定波動發(fā)展過程 （P186圖4.36） 冷暖平流強，發(fā)展短波槽 第二型：迭加過程 西風(fēng)帶發(fā)展短波槽 （P187圖4.37） 阻高適應(yīng)共同點：a 上游有發(fā)展西風(fēng)槽，槽后有冷平流，槽前有強的暖平流和負(fù)熱成風(fēng)渦度平流，使高脊發(fā)展強大。 b 高壓脊兩側(cè)由于冷平流作用，槽南伸加強，形成（切斷）低壓 c P188圖4.38 500hpa高壓脊以西為暖平流 200hpa高壓脊以西為冷平流 有利于高壓脊發(fā)展 0PvPg5、阻高的重建和后退穩(wěn)定階段 阻高的重建：新的阻高相繼在舊的阻高的原地建立，稱

10、阻高重建（P189圖4.39） 阻高在不發(fā)展槽前的冷平流和正渦度平流共同作用下而崩潰，又在緊跟而來的發(fā)展槽前的暖平流作用下重建阻高的西退： a）不連續(xù)西退：一個阻高趨于消失，而在消失的阻高西側(cè)一段距離的地方又生成一個新的阻高，看起來像是阻高也在西退。將這種阻塞高壓位置大幅后退，稱為不連續(xù)西退。 b）連續(xù)西退 ：阻高西側(cè)為正變高，東側(cè)為負(fù)變高，那么阻高將連續(xù)西退。6、阻高的崩潰過程 （P190圖4.40） .上游連續(xù)有不發(fā)展的槽東移，槽前冷平流和正渦度平流，不斷沖擊，削弱阻高崩潰 .阻高前后的槽均轉(zhuǎn)為移動性，經(jīng)向環(huán)流轉(zhuǎn)緯向環(huán)流 . 500hpa阻高以西轉(zhuǎn)為冷平流 200hpa阻高以西轉(zhuǎn)為暖平流 不利于高壓脊發(fā)展1.定義：西風(fēng)帶長波槽不斷向南加深，在槽的南邊形成的閉合冷性低壓中心。2.結(jié)構(gòu)：P192圖4.42 高空深厚冷低壓：700hpa對流層頂 暖而低的對流層頂 地面淺薄的冷高壓 冷堆