群里的課件西風(fēng)帶大型擾動(dòng)

1、南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系第四章 西風(fēng)帶大型擾動(dòng) 概述 一、環(huán)流指數(shù)與指數(shù)循環(huán) 二、西風(fēng)帶長(zhǎng)波 三、阻塞高壓 四、切斷低壓 習(xí)題南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系概述中高緯對(duì)流層環(huán)流的特征西風(fēng)帶：平均水平環(huán)流在對(duì)流層盛行西風(fēng)，稱 為西風(fēng)帶西風(fēng)帶波動(dòng)：西風(fēng)帶的波狀流型，冬三夏四西風(fēng)帶環(huán)流：經(jīng)向環(huán)流和緯向環(huán)流南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系特征及原因特征：經(jīng)向環(huán)流和緯向環(huán)流交替出現(xiàn)原因：南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系一、環(huán)流指數(shù)與指數(shù)循環(huán) 1 環(huán)流指數(shù)（西風(fēng)指數(shù)） Rossby把之間的平均地轉(zhuǎn)西風(fēng)定義為西風(fēng)指數(shù) 實(shí)際工作中把兩個(gè)緯度帶之間的平均位勢(shì)高度差作為西風(fēng)指數(shù) 2 指數(shù)循環(huán) 西風(fēng)環(huán)流的中期變化主要表現(xiàn)

2、為高低指數(shù)交替循環(huán)的變化過程，稱為指數(shù)循環(huán)。南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系二、西風(fēng)帶長(zhǎng)波分類超長(zhǎng)波：波長(zhǎng)在一萬公里以上，繞地球一圈可有13個(gè)波，生命史天以上,屬于中長(zhǎng)期天氣過程 長(zhǎng)波：也稱羅斯貝波，行星波。波長(zhǎng)公里，全緯圈約為個(gè)波，振幅緯距，平均移速個(gè)經(jīng)距日以下，有時(shí)很慢，呈準(zhǔn)靜止，甚至向西倒退 短波：波長(zhǎng)和振幅均較小，移動(dòng)快，平均移速為經(jīng)度日，生命史也短，多數(shù)僅出現(xiàn)在對(duì)流層的中下部，往往迭加在長(zhǎng)波之上南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系（一） 長(zhǎng)波辨認(rèn)方法 制作時(shí)間平均圖 制作空間平均圖 繪制平均高度廓線圖 分析長(zhǎng)波的結(jié)構(gòu)和特性 （二）長(zhǎng)波的移行南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系1、波速公式的推導(dǎo)前提：假定

3、大氣運(yùn)動(dòng)是正壓和水平無輻散的，流型具有正弦波形式且寬度很大，南北無變異。原理：絕對(duì)渦度守恒原理方法：小擾動(dòng)方法南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系小擾動(dòng)方法：也叫微擾動(dòng)方法，是將非線性方程進(jìn)行線性化的一種，適合于用來定性分析大氣運(yùn)動(dòng)的某些基本性質(zhì)?；舅枷耄?把表征大氣狀態(tài)的任一場(chǎng)變量看成是由已知 的基本場(chǎng)變量和疊加在其上的擾動(dòng)量組成； 基本場(chǎng)變量表征大氣的基本運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，滿足 基本方程和基本條件； 假設(shè)擾動(dòng)量是充分小的，擾動(dòng)量和其改變量 都是小量，其二次以上乘積向都可以忽略不 計(jì)。南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系南京信息工

4、程大學(xué) 大氣科學(xué)系上式即為長(zhǎng)波波速公式或稱槽線方程、羅斯貝波速公式等。 南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系在 流場(chǎng)分布下，流線方程為： 南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系 于是,在t=0時(shí),通過坐標(biāo)原點(diǎn)(X=0,Y=0)的流線為： 其中A為流線波動(dòng)的振幅,從擾動(dòng)與流線的關(guān)系看來，擾動(dòng)波形的移速和波長(zhǎng)與流線波形的移速和波長(zhǎng)是一致的，只是位相差南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系流線與vr的分布南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系2、波速公式的物理意義： 相對(duì)渦度平流 的作用：使槽東移 地轉(zhuǎn)渦度平流 的作用：使槽西退波東進(jìn)還是西退取決于 和 相對(duì)重要性 波東進(jìn) 波西退 波靜止南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系3、波速公式的討論 (

5、1)C 。波長(zhǎng)較短時(shí),其傳播速度C稍小 于 若波長(zhǎng)較長(zhǎng)，則C與 之差較大。(2)波速取決于 ，L。西風(fēng)強(qiáng)時(shí)，波動(dòng)移動(dòng)較快，反之，移動(dòng)較慢；波長(zhǎng)短時(shí)，移動(dòng)較快，反之較慢。南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系 (3) 當(dāng) 時(shí)，C=0，波靜止， 為臨界緯向風(fēng)速 . 時(shí)，波前進(jìn)； 時(shí)，波后退。 同一緯度，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，臨界風(fēng)速越大 同一波長(zhǎng)，緯度越低，臨界風(fēng)速越大 南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系(4) 時(shí)，C=0，波靜止； Ls為臨界波長(zhǎng). 同一緯度，風(fēng)速越大，臨界波長(zhǎng)越長(zhǎng)同一風(fēng)速，緯度越高，臨界波長(zhǎng)越大 南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系(5)其他因子 應(yīng)用于無輻散層，散度項(xiàng)沒有考慮，風(fēng)速并不是處處相等(6)地形影響

6、，南北部風(fēng)速不同，波長(zhǎng)不同，波各部分移速不同南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系(7) 預(yù)報(bào)長(zhǎng)波移動(dòng)的定性經(jīng)驗(yàn)： i 預(yù)報(bào)上游槽的移動(dòng)時(shí)，要看它下游一個(gè)波長(zhǎng)和兩個(gè)波長(zhǎng)處的兩個(gè)槽的情況：如下游槽變慢，上游槽也將變慢；下游槽發(fā)展，上游槽也要變慢。 ii .長(zhǎng)波數(shù)目不變且比較穩(wěn)定時(shí)，如上游長(zhǎng)波槽突然移動(dòng)，則下游長(zhǎng)波槽也將依次移動(dòng) iii 當(dāng)長(zhǎng)波槽位于平均槽位置時(shí)（如冬半年我國(guó)東海岸上空），盡管上游槽移來，下游槽也將不動(dòng)，只有當(dāng)形勢(shì)有大變動(dòng)（長(zhǎng)波調(diào)整）時(shí)，它才明顯變化。南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系（三）長(zhǎng)波調(diào)整含義：廣義的長(zhǎng)波調(diào)整包括長(zhǎng)波位置的變化和長(zhǎng)波波數(shù)的變化，一般僅把長(zhǎng)波波數(shù)的變化及長(zhǎng)波的更替稱為長(zhǎng)波調(diào)

7、整。長(zhǎng)波調(diào)整是與長(zhǎng)波穩(wěn)定相對(duì)立的概念，長(zhǎng)波穩(wěn)定時(shí)，大型環(huán)流很少變動(dòng)。預(yù)報(bào)1.不同緯度帶內(nèi)系統(tǒng)的相互影響（南北鋒區(qū)）2.緊鄰槽脊的相互影響南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系3、上下游效應(yīng)和波群速定義：大范圍上、下游系統(tǒng)環(huán)流變化的聯(lián)系，稱為上下游效應(yīng)。上游效應(yīng): 上游某地區(qū)長(zhǎng)波系統(tǒng)發(fā)生某種顯著變化之后，接著就以相當(dāng)快的速度影響下游系統(tǒng)也發(fā)生變化，叫上游效應(yīng)。下游效應(yīng): 當(dāng)下游某地區(qū)長(zhǎng)波發(fā)生顯著變化后也會(huì)影響上游環(huán)流系統(tǒng)發(fā)生變化，稱為下游效應(yīng)。波群速：綜合波振幅最大值的移動(dòng)速度南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系長(zhǎng)波的群速為： 長(zhǎng)波的單波速為： 南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系波群速的意義

8、：對(duì)于正壓水平無輻散大氣長(zhǎng)波，其群速度為正值，即自西向東傳播； ，即合成波最大振幅傳播速度快，大于基本氣流，也大于單波相速；低緯群速度大于高緯群速度。南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系三、阻塞高壓概念阻塞高壓：在西風(fēng)帶長(zhǎng)波槽脊的發(fā)展演變過程中，在脊不斷北伸時(shí)，其南部與南方暖空氣的聯(lián)系會(huì)被冷空氣所切斷，在脊的北邊出現(xiàn)閉合環(huán)流，形成暖高壓中心，叫做阻塞高壓南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系阻塞形勢(shì)：阻塞高壓出現(xiàn)后的大范圍環(huán)流形勢(shì)稱為阻塞形勢(shì)?；咎卣魇怯凶枞邏捍嬖诓⑶倚蝿?shì)穩(wěn)定。它是一個(gè)富有特征的經(jīng)向環(huán)流，它的建立、崩潰、后退常常伴隨著一次大范圍（甚至是整個(gè)半球范圍）的環(huán)流形勢(shì)的強(qiáng)烈轉(zhuǎn)變。它的長(zhǎng)久維持會(huì)使大范

9、圍地區(qū)的天氣反常南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系（一）阻高概述具備以下幾個(gè)條件的高空高壓為阻塞高壓： 中高緯度（一般在50N以北）高空有閉 合暖高壓中心存在，表明南來的強(qiáng)盛暖空氣被孤立于北方高空。 暖高至少要維持三天以上，但它維持時(shí)期內(nèi),一般呈準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，有時(shí)可以向西倒退，偶爾即使向東移動(dòng)時(shí)，其速度也不超過經(jīng)度天。南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系在阻塞高壓區(qū)域內(nèi)，西風(fēng)急流主流顯著減弱,同時(shí)急流自高壓西側(cè)分為南北兩支，繞過高壓后再會(huì)合起來，其分支點(diǎn)與會(huì)合點(diǎn)間的范圍一般大于4050個(gè)經(jīng)度。南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系2011年8月10日500hPa高度場(chǎng)（黑線）以及溫度場(chǎng)（紅線）南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)

10、系2011年8月10日200hPa高度場(chǎng)（黑線）以及溫度場(chǎng)（紅線）南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系結(jié)構(gòu)：它出現(xiàn)在對(duì)流層中上層暖高凌駕于地面變性冷高之上暖高壓對(duì)應(yīng)著冷的對(duì)流層頂南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系出現(xiàn)的地區(qū) 阻高最常出現(xiàn)在大西洋、歐洲及北美西部阿拉斯加地區(qū)，而且在大西洋上空比太平洋上空出現(xiàn)得更多些。在亞洲地區(qū)，阻塞高壓經(jīng)常出現(xiàn)在烏拉爾山及鄂霍次克海地區(qū)。南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系 出現(xiàn)的時(shí)間歐洲：維持到20天左右，至少也在5天以上；多出現(xiàn)在11，3，4，5月亞洲：平均則為8天，最短為天。5，6，7月最多南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系 冷舌落后于高空槽，冷平流、正熱成風(fēng)渦度平流很強(qiáng)，槽強(qiáng)烈發(fā)展

11、（二） 阻高建立 第一型開始階段南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系暖平流、負(fù)熱成風(fēng)渦度平流很強(qiáng)，脊強(qiáng)烈發(fā)展槽轉(zhuǎn)為西北北-東南南走向并且加深，冷舌落后于高空槽，溫度場(chǎng)振幅大于高度場(chǎng)，冷平流、正熱成風(fēng)渦度平流很強(qiáng)，槽強(qiáng)烈發(fā)展第二階段南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系環(huán)流經(jīng)向度加大，切斷低壓和阻塞高壓建立第三階段南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系阻高建立第二型溫度場(chǎng)落后于高度場(chǎng)，振幅大于高度場(chǎng)，槽1向東北移動(dòng)長(zhǎng)波脊開始階段移動(dòng)性脊南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系 溫度場(chǎng)振幅大于高度場(chǎng)，移動(dòng)性脊并入長(zhǎng)波脊中第二階段移動(dòng)性脊南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系溫度場(chǎng)振幅大于高度場(chǎng)，暖平流比較強(qiáng)，此移動(dòng)性脊并入長(zhǎng)波脊第三階段南京信息工

12、程大學(xué) 大氣科學(xué)系長(zhǎng)波脊發(fā)展成阻塞高壓第四階段南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系阻塞高壓形成的共同點(diǎn)：1、 阻塞高壓形成的上游地區(qū)，有較強(qiáng)的冷空氣向南爆發(fā)，冷平流使低槽加深，槽前出現(xiàn)較強(qiáng)的暖平流與明顯的暖舌。暖平流與負(fù)的熱成風(fēng)渦度平流輸入前面的高脊，使高脊不斷發(fā)展南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系2、 高脊西側(cè)有槽向東南伸展 ，成為西北 東南走向的槽，高脊東側(cè)的槽向西南伸展，成為東北西南走向的槽，使得高壓脊斷開，成為阻塞中心。3、從阻塞高壓建立時(shí)期各等壓面之間的配合示意圖看來，在平流層200hPa的脊線上和脊線以西為冷平流，而在500hPa的脊線上和脊線以西為暖平流。這種冷暖平流隨高度的分布，根據(jù)位勢(shì)傾向

13、方程的厚度（溫度）平流隨高度的變化項(xiàng)可知，等壓面高度會(huì)升高，有利于高壓脊的發(fā)展。南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系（三） 阻高重建與后退 阻塞高壓重建：阻高在某地建立相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間又趨于消失后另一個(gè)阻高又相繼建立起來，這個(gè)新阻高若是在舊阻高的原地建立，稱為阻高重建。南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系 阻高后退：如果一個(gè)阻高的西側(cè)為正變高，東側(cè)為負(fù)變高，那么阻高將西退。這種后退是連續(xù)的，稱為連續(xù)后退。如果一個(gè)阻高趨于消失，而在消失的阻高西側(cè)一段距離的地方又新生一阻高，看起來好像阻高也在后退，其實(shí)是一個(gè)生成，另一個(gè)消失。阻塞高壓位置作幅度較大后退，稱為不連續(xù)后退。南京信息工程大學(xué) 大氣

14、科學(xué)系溫度場(chǎng)超前于高度場(chǎng)，振幅大于高度場(chǎng)，槽前有冷平流侵入阻高后部阻高重建開始階段北緯5070度范圍內(nèi)的流型變?yōu)榍斑M(jìn)的移動(dòng)系統(tǒng)，而北緯3050度范圍內(nèi)的系統(tǒng)則維持穩(wěn)定，很少移動(dòng)南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系第二階段相對(duì)運(yùn)動(dòng)由于中高緯度和中緯度南北兩列波動(dòng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得原阻塞高壓兩側(cè)的高空槽開始發(fā)生分裂。原阻塞高壓減弱。南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系溫度場(chǎng)落后于高度場(chǎng)，振幅大于高度場(chǎng)，3槽前有暖平流強(qiáng)，原阻高崩潰第三階段同相疊加南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系2槽后的高壓脊與已崩潰的阻塞高壓遺留下來的高壓脊疊加，且在3槽前暖平流的作用下，形成新的阻塞高壓。位置變化不大。第四階段南京信息工程大學(xué) 大氣科

15、學(xué)系從阻高重建過程可以看出：阻塞高壓后部有冷槽侵入，較強(qiáng)的冷平流使原來的阻塞高壓崩潰；借南北兩支基本氣流中波動(dòng)的南北同相疊加，和冷暖平流及正負(fù)熱成風(fēng)渦度平流的減、加壓作用，導(dǎo)致高空槽（第三個(gè)槽）與高壓脊的強(qiáng)烈發(fā)展，并被切斷成阻塞高壓。這樣看來，除了冷暖平流及熱成風(fēng)渦度平流以外，南北兩支波動(dòng)的同相疊加也很重要，它可以導(dǎo)致阻高的生成 。南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系溫度場(chǎng)振幅大于高度場(chǎng)，位相相同。槽前有冷平流和正渦度平流侵入阻高后部開始階段（四）阻高崩潰南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系第二階段南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系第三階段南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系從阻高的崩潰過程可以看出：阻塞高壓上游各個(gè)系統(tǒng)的

16、經(jīng)向度逐漸減弱并變成移動(dòng)系統(tǒng)，緊鄰的上游槽向阻塞高壓侵襲，不斷地向阻塞高壓區(qū)域輸送正渦度和冷平流。南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系五 切斷低壓1.含義：在槽不斷向南加深時(shí)，高空冷槽與北方冷空氣的聯(lián)系會(huì)被暖空氣切斷，在槽的南邊形成一個(gè)孤立的閉合冷性低壓中心，叫切斷低壓。南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系2.結(jié)構(gòu)：它出現(xiàn)在對(duì)流層中上層，在300百帕上表現(xiàn)最清楚。 地面圖上有一冷性高壓與它對(duì)應(yīng)。我國(guó)最常見的切斷低壓是東北冷渦。它一年四季都可能出現(xiàn)，而以春末、夏初活動(dòng)最頻繁。它的天氣特點(diǎn)是造成低溫和不穩(wěn)定性的雷陣雨天氣。南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系切斷低壓的形成過程：1、與阻塞高壓相伴出現(xiàn)2、西風(fēng)槽切斷，不伴有

17、阻塞高壓南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系a圖、等溫線振幅大于等高線振幅，且位相落后于等高線，槽前和槽內(nèi)有明顯的冷平流，槽后有很強(qiáng)的暖平流。b圖、槽脊均發(fā)展了，且槽內(nèi)依然有冷平流，槽后有暖平流。c圖、槽繼續(xù)加深，冷舌逐漸趕上氣壓槽，二者逐漸重合，并慢慢形成閉合冷低壓中心，這時(shí)槽后高壓脊中仍有暖平流，槽后高壓脊繼續(xù)增強(qiáng)并向東伸，與槽東北部的暖空氣連接起來。d圖、使槽內(nèi)冷空氣與北方冷空氣主體脫離而孤立起來，并逐漸加深形成切斷低壓。南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)系切斷低壓出現(xiàn)后，一般可以維持兩三天或更長(zhǎng)時(shí)間。切斷低壓的消失：1、由于本身的摩擦作用，在向西南移動(dòng)過程中逐漸消失；2、當(dāng)北方有新鮮冷空氣南下，促使它很快向東南移動(dòng)，冷堆中空氣迅速下沉，下沉增溫，水平輻散而使氣旋性渦度減小，切斷低壓逐漸消失。