氣旋與反氣旋

3.1氣旋、反氣旋的特征和分3.2渦度與渦度方3.3位勢傾向方程與ω方3.4溫帶氣旋與反氣3.5東亞氣旋與反氣從流場（風(fēng)場）角度研究氣壓系第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院§3.1氣旋與反氣示意圖，氣壓系統(tǒng)高低空配氣旋的水平尺度：一般用最閉合等壓線包極渦，鋒面氣旋，臺風(fēng)，中尺度低第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院氣旋、反氣旋的特征和分用中心氣壓值來表示（臺風(fēng)會用近中心風(fēng)力表示） 67米/秒920第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院 第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院氣

斜壓槽脊圖反氣

按熱力結(jié) 冷性反氣旋：溫壓場結(jié)構(gòu)不對稱，向暖區(qū)一側(cè)傾不同溫度屬性的氣旋、反氣旋會轉(zhuǎn)鋒面氣 無氣 冷高壓→變性高第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院 45～55

25～35

大氣中各種尺度的渦旋性質(zhì)、強度（G、D）→渦度（來描述→建立渦度方程，研究渦度的局地變化（中高緯大尺度大氣運動符合地轉(zhuǎn)關(guān)系（

H氣旋，反氣旋均為流場上的渦旋，為了描述其性質(zhì)和強度引入個理量 渦度第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院從天氣分析實踐與理論中發(fā)現(xiàn)，在大尺度天氣系大氣基本上是作渦旋運動，描述大氣旋轉(zhuǎn)程度渦旋運動——大尺度環(huán)流的旋轉(zhuǎn)特征，宏渦度——流體質(zhì)點塊的渦旋特征，

繞跑道轉(zhuǎn)動性質(zhì)。 樹葉落在河中時，由于河流中心的流速快，靠近河樹葉除向下游移動外，自身還在發(fā)生旋轉(zhuǎn)靠近右岸的樹葉作順時鐘旋轉(zhuǎn)。y氣塊在風(fēng)場

中會發(fā)生旋uuuu？？x

(c)繞垂直軸的旋轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)速度可以用水平速度的切變來加以表征和描述。

氣象上的定渦度的定義：渦度（）是度量流體元量旋轉(zhuǎn)程和方向的物理量。（）是一個向量，其大小等

滿足右手螺數(shù)學(xué)表達式

(V

wk第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院“z”坐標(biāo)系中的度表達式 V

zyw

vz

wx

uy在x、y、z軸上的三個分量x

w

y

u

z

v 水平

z

v 第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院3.2渦度與渦度方程第一種情

u0，，

0v，，

v

--------t

線段ab

va

第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院3.2渦度與渦度方程

arctg

d

角速度的方向是繞z軸方向 單位時間的弧度，角速第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院

v 第二種情

設(shè)v0

ua

arctg

d

v

可知，渦度是由于速度空間分布不均，造成流體質(zhì)塊的旋轉(zhuǎn)運動的物理量。第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院3.2渦度與渦度方程地轉(zhuǎn)風(fēng)渦度表

v

9.8

v

9.8地轉(zhuǎn)風(fēng)渦度為

ug

9.82

2H g

xy

fx

y f第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院 ug

9.82

2H

x

x

y 地轉(zhuǎn)風(fēng)渦度計見右圖，計算“o”g。H Hx

xx

Hy

yy 第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院3.2渦度與渦度方程xH

H1H0,H H0H3

x yH

H2H H H0H

,y 2H

2H

x

0 d0

y

0 d0 第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院3.2渦度與渦度方程

2

4H

fd

gg反之為負渦

第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院3.2渦度與渦度方程見圖設(shè)β為自然坐標(biāo)與直角向全風(fēng)速。（第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院3.2渦度與渦度方程

uVcos

vVsinvu

Vcos

cos

Vsin旋轉(zhuǎn)

標(biāo)

0,

,

1于

V

V

1

K

s得 s

替實際風(fēng)VK和R 第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院

高空槽底①Vg

K

Ks

則ζg

Ks

則ζg

實際情

對稱槽的渦度流 大氣科學(xué)學(xué)院 高空急流二側(cè)渦度的第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院+（等高線的疏密以上的渦度都是空氣相對地球運動造成的渦相對渦度，實際上，地球是非慣性絕對速度絕對渦度。3.2渦度與渦度方程絕對速度=相對速VaV Ve牽速速 +牽連速a e

ef

極地2倍的地轉(zhuǎn)赤道為第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院3.2渦度與渦度方程f

0,

半

0,f

f在北半球大尺度運動中

~104秒1

~05秒1西風(fēng)帶槽脊尺度越大，移速越第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院 3.2渦度與渦度方

為了表達了自由大氣的運動主要特征，有預(yù)報意義，即渦度的局地變化與何有關(guān)uuuvu

gz

vuvvv

gz

第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院3.2渦度與渦度方程 :x(t)x(ux)x(vy)x(p)x(gy)x( u v

2z

t(x)xxux(x)

yvx(y)x

)-

- -f

xp

這樣

變偏導(dǎo)次序，合并相關(guān)

v

2z :t

xx

(

x

ppx

-f

同樣可

u

2z

y:t(y)y

y

x(

)

y)

y)-

f

v

第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院3.2渦度與渦度方程這樣（3）-（4）式，得(v-

)

)

y x y(v-u)-f(uv)vy 用vu入 u

v

)v

u-v-f(u

y

x

u

v

dff

u

v

v第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院接板

3.2渦度與渦度方程這 f

f

f這樣（5）式可寫為d(f

u-

v-

“P”坐標(biāo)中的垂直渦度方程——渦度方在天氣預(yù)報中，討論

，（6）式寫為t-(u

)

u-

v)-(f)(u

y傾

x

第三化氣旋流反氣旋

大氣合學(xué)學(xué)院苗3.2渦度與渦度方程1

正渦度局地增加，氣旋性環(huán)流加強，反氣第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院2-(u2

對渦度平流項，渦度水平輸送所引起的相對渦度v局地v

自然標(biāo)討

在自然坐標(biāo)系中

度在流線方向分布不 方 又有空氣的水平運動V在高空槽線處，為正渦度中心，脊線處為負渦度中所以，在槽前脊后

vy

正渦度平

畫一槽脊（渦在槽后脊前

0渦度平流

中心）和風(fēng)場

在對稱的槽（脊） ，故無渦度平y(tǒng)全是S，度平流為0第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院3.2渦度與渦度方程

dp0上升 這

dt0下沉

風(fēng)速小，渦度下）上升運動則-

0

對某一層而言局地渦度減

第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院3.2渦度與渦度方程4v4

v

在北半球

v0,v

0,

長波不連續(xù)后

v0,v

0,

第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院)3.2渦度與渦度方程)((5、y

的垂直切變

速度在水平方向上分布不均而 傾,y成對渦度直分量有貢獻 渦度的局地變 科研中重要，次第三氣旋與反氣旋垂直渦度發(fā)生變

大氣科學(xué)學(xué)院3.2渦度與渦度方程6

)(u 項

(uv)

f(u

(

v

相渦散 地渦散

u

0則

氣旋中水輻合時，當(dāng)0時

vu0則

畫 渦增當(dāng)0時

u u

0則0則

公式討論如此，實際情況有第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院3.2渦度與渦度方程⑵f⑵

f0

uv uv

則則

*討論：f>0

uv設(shè)u0設(shè)

v

v

ζ

即產(chǎn)生-方向的第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院3.2渦度與渦度方程ζ-(u

-v

)v

ζ(

u

u)

uv

1010略去方程中的小項（11）， )(f

u

第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院3.2渦度與渦度方程 d(

f

第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院3.2渦度與渦度方應(yīng)用舉例：大氣長波產(chǎn)生的機制（β效應(yīng)北北

f

為保持絕對渦度

作用f

C點：f

開始v

可見，大氣長波產(chǎn)生機制是空氣質(zhì)點擾動在f隨緯度變化作用下的傳布：就是β效應(yīng)第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院

在等高線均勻分布的槽中(如圖所槽前脊 Vgg

0等壓面位勢高

槽后脊

gg等壓面位勢gg

0

0g槽（脊）線g

0度平流

相對渦度平流使槽脊第三章氣旋與反氣 大氣科學(xué)學(xué)院

fVg