氣象天氣學(xué)原理位渦及位渦方程

位渦及準(zhǔn)地轉(zhuǎn)位渦方程

智協(xié)飛zhi@南京信息工程大學(xué)1.位渦與準(zhǔn)地轉(zhuǎn)位渦的定義的定義

位渦是綜合反映大氣動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)性質(zhì)的物理量。位渦是“位勢(shì)渦度(PotentialVorticity)”的簡(jiǎn)稱(chēng)，通常寫(xiě)為PV。位渦（位渦度，位勢(shì)渦度）定義：在旋轉(zhuǎn)、絕熱的自由大氣中，存在一個(gè)由渦度場(chǎng)、密度場(chǎng)和位溫場(chǎng)組成的、表征旋轉(zhuǎn)性質(zhì)的守恒量q，稱(chēng)q為位勢(shì)渦度，簡(jiǎn)稱(chēng)絕對(duì)位渦。表達(dá)式為1.位渦與準(zhǔn)地轉(zhuǎn)位渦的定義的定義在準(zhǔn)地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，位渦的表達(dá)式可以寫(xiě)為

2.準(zhǔn)地轉(zhuǎn)位渦方程3.準(zhǔn)地轉(zhuǎn)位渦方程的物理意義

4.準(zhǔn)地轉(zhuǎn)位渦方程的物理意義

5.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用5.1位渦分析法位渦在等熵坐標(biāo)中可寫(xiě)成

5.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用5.1位渦分析法5.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用5.1位渦分析法位渦的數(shù)量級(jí)O(q)=10-6m2s-1Kkg-1=1PVU，這里PVU為位渦單位。在實(shí)際大氣中，一般可以認(rèn)為在幾天之內(nèi)大氣的位渦保持不變。但是當(dāng)大氣中有顯著的凝結(jié)過(guò)程發(fā)生時(shí)，在加熱區(qū)下方，大氣的位渦增大，而在其上方位渦減小，其變化量可達(dá)到每天一個(gè)PVU。位渦可以用作動(dòng)力對(duì)流層頂?shù)姆治觥?.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用5.1位渦分析法位渦可以用作動(dòng)力對(duì)流層頂?shù)姆治?。一般把?５位渦單位（ＰＶＵ）或者２.０位渦單位（ＰＶＵ）面定義為動(dòng)力對(duì)流層頂。在該層以上的平流層，ＰＶ值由于靜力穩(wěn)定度的急劇增加而迅速增加．在該層以下的對(duì)流層，ＰＶ值比較均一，變化不大。5.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用圖2位渦（彩色填充）和位溫（黑線(xiàn)，等值線(xiàn)間隔為5K）的氣候分布。1.5PVU面（所謂的動(dòng)力對(duì)流層頂）用紅線(xiàn)標(biāo)出。該圖用ECMWF1986-1995十個(gè)冬季的平均緯向氣流分析數(shù)據(jù)繪出（任素玲，2007）.5.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用圖3沿55W經(jīng)向位渦剖面（對(duì)流層頂用黑色2PVU等值線(xiàn)標(biāo)注，取自H.Wernli,ETHZurich）.5.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

根據(jù)實(shí)際天氣分析預(yù)報(bào)工作需要，通常有三種位渦分析方法。在等位溫面上分析等位渦線(xiàn)

在等位溫面上分析等位渦線(xiàn)，亦稱(chēng)等熵位渦分析(IPV分析)。在作IPV分析時(shí)，一般選取與極鋒地區(qū)對(duì)流層頂相重合的等位溫面，在北半球冬季可取θ=315K，夏季取θ=325K。在這兩個(gè)特殊的θ面上，PV=2(或3)的等值線(xiàn)可以被看作是來(lái)自低緯地區(qū)對(duì)流層低值PV大氣與來(lái)自高緯地區(qū)平流層高值PV大氣之間的邊界。通常在很高緯度地區(qū)能夠發(fā)現(xiàn)的平流層大氣稱(chēng)為平流層大氣庫(kù)(stratosphericreservoir)。5.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

在等位溫面上分析等位渦線(xiàn)

顯然，在絕熱、無(wú)摩擦條件下，等PV線(xiàn)將在所取的等θ面上作平流運(yùn)動(dòng)。等熵位渦分析中經(jīng)常可以見(jiàn)到，高值位渦區(qū)伸向南方的正位渦異常區(qū)，低值位渦區(qū)指向北方的負(fù)位渦異常區(qū)，這些位渦異常區(qū)隨空中氣流作平流運(yùn)動(dòng)，其形狀發(fā)生改變，有時(shí)甚至從源地被切斷。因此，利用位渦異常區(qū)的這種物質(zhì)守恒性質(zhì)，可以識(shí)別和追蹤大氣擾動(dòng)的演變過(guò)程。

5.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用2.

在等位渦面上分析等位溫線(xiàn)

在等位渦面上分析等位溫線(xiàn)，亦稱(chēng)等位渦位溫分析(iso-PV分析)。3.分析等位渦面的位勢(shì)高度分析等位渦面的位勢(shì)高度亦稱(chēng)動(dòng)力對(duì)流層頂(dynamictropopause)分析。5.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用在作動(dòng)力對(duì)流層頂分析時(shí)，通常選取PV=2這個(gè)特殊的等位渦面。這是由于PV=2介于平流層大氣PV和對(duì)流層大氣PV數(shù)值之間，在副熱帶急流以北P(pán)V=2的等位渦面，接近于實(shí)際大氣的對(duì)流層頂，一般稱(chēng)之為動(dòng)力對(duì)流層頂。因此，在這個(gè)位渦面上作分析的意義是顯而易見(jiàn)的。在PV=2的面上，θ數(shù)值較低的大氣對(duì)應(yīng)于高緯地區(qū)大氣，而θ數(shù)值較高的大氣對(duì)應(yīng)于低緯大氣。在絕熱條件下，等θ線(xiàn)也將作平流運(yùn)動(dòng)。5.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用分析PV面的位勢(shì)高度具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：它可以直接反映正的位渦異常對(duì)低空大氣的影響程度，當(dāng)對(duì)流層頂(局地正的位渦異常)下降時(shí)(例如處于一個(gè)發(fā)展著的氣旋后部)，相應(yīng)地PV=2的等位渦面的高度下降，對(duì)地面系統(tǒng)發(fā)展的影響加大；

PV=2的等位渦面高度與業(yè)務(wù)工作中常用的對(duì)流層頂高度圖的關(guān)系密切，兩者的圖形十分相似，而且在PV=2面上的特征更為明顯。5.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用高層正的IPV異常與一個(gè)很強(qiáng)的氣旋式環(huán)流對(duì)應(yīng)5.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用高層正的IPV距平與一個(gè)很強(qiáng)的氣旋式環(huán)流對(duì)應(yīng)這個(gè)環(huán)流可一直伸展到地面。當(dāng)IPV距平移動(dòng)到一個(gè)斜壓區(qū)上空時(shí)，低層環(huán)流在溫度場(chǎng)中誘發(fā)出一個(gè)波動(dòng)，波峰形成一個(gè)正的溫度距平。也就是說(shuō)，地面附近的正的溫度距平和高層的正的IPV距平相對(duì)應(yīng)。地面的這個(gè)溫度距平可以建立自己的氣旋式環(huán)流，這個(gè)環(huán)流向上伸展可加強(qiáng)高層的環(huán)流。從而形成一個(gè)上下層異常環(huán)流相互促進(jìn)的過(guò)程（正反饋）。5.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用5.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用當(dāng)這個(gè)對(duì)流層頂動(dòng)力異常區(qū)逼近一個(gè)斜壓區(qū)時(shí)，和渦度（黑箭頭）相聯(lián)系的環(huán)流引起熱力平流，在高空渦度異常略微偏東的地方導(dǎo)致低層異常暖。這個(gè)過(guò)程可以誘發(fā)一個(gè)氣旋性環(huán)流，圖5中用白箭頭表示。這個(gè)氣旋性環(huán)流又加強(qiáng)了由高空異常誘發(fā)的環(huán)流形勢(shì)。所造成的垂直運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步加強(qiáng)，進(jìn)而增強(qiáng)氣旋生。如此往復(fù)。如果靜力穩(wěn)定度足夠低，地面氣旋性環(huán)流可以伸展到高空位渦異常所在的層面，有以下后果：?原來(lái)的環(huán)流與誘發(fā)的環(huán)流相結(jié)合，會(huì)將位渦異常的一部分向南平流，加強(qiáng)高空異常，并減緩它的向東移動(dòng)。?由高空正渦度異常激發(fā)的環(huán)流增強(qiáng)，進(jìn)一步加強(qiáng)了暖異常（正反饋）。5.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用動(dòng)力對(duì)流層頂異常和急流相互作用

陡峭的對(duì)流層頂動(dòng)力異常和強(qiáng)急流的相互作用將引起擾動(dòng)增強(qiáng)，并伴隨著強(qiáng)的垂直運(yùn)動(dòng)。?

強(qiáng)的對(duì)流層頂坡度甚至能在急流核的冷側(cè)出現(xiàn)，導(dǎo)致對(duì)流層頂彎折。5.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用5.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用5.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用位渦思想的基本要點(diǎn)及其應(yīng)用位渦具有兩個(gè)基本性質(zhì)：守恒性，即在絕熱無(wú)摩擦條件下，運(yùn)動(dòng)大氣的位渦保持不變；反演性，在給定位渦的分布及適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件，并假定運(yùn)動(dòng)是平衡的（地轉(zhuǎn)平衡，梯度風(fēng)平衡）情況下，可以反演出同一時(shí)刻的風(fēng)、溫度、位勢(shì)高度、垂直運(yùn)動(dòng)的分布。利用等熵面上位渦的守恒性和反演性原理可以解釋準(zhǔn)平衡大氣運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征，Hoskins等人(1985)稱(chēng)這種方法為“等熵位渦思想(IPVthinking)”。

5.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用其基本要點(diǎn)是：

(1)在渦度觀點(diǎn)中，將大氣結(jié)構(gòu)看成是由高空移動(dòng)性的槽、脊疊加在地面氣旋、反氣旋之上所組成。而在位渦觀點(diǎn)中，將大氣結(jié)構(gòu)看成是由基本氣流及高空正、負(fù)位渦異常疊加在地面正、負(fù)位溫異常之上所組成。

(2)圍繞高空正位渦異常（即位渦比周?chē)貐^(qū)高的地區(qū)）中心及周?chē)貐^(qū)，出現(xiàn)氣旋性風(fēng)場(chǎng)；圍繞高空負(fù)位渦異常（即位渦比周?chē)貐^(qū)低的地區(qū)）中心及周?chē)貐^(qū)，出現(xiàn)反氣旋性風(fēng)場(chǎng)。對(duì)于近地面層而言，當(dāng)有正溫度異常出現(xiàn)時(shí)，對(duì)應(yīng)一個(gè)氣旋性風(fēng)場(chǎng)，而負(fù)溫度異常對(duì)應(yīng)一個(gè)反氣旋性風(fēng)場(chǎng)。5.位渦觀點(diǎn)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用在中緯度地區(qū)，對(duì)于典型的（水平尺度為1000km）IPV異常，其誘生風(fēng)場(chǎng)的垂直尺度至少可以達(dá)到對(duì)流層的平均厚度。(3)假設(shè)大氣運(yùn)動(dòng)是絕熱無(wú)摩擦的，位渦在等熵面上作平流運(yùn)動(dòng)，由此引起位渦的局地變化。(4)各異常區(qū)所誘生的風(fēng)場(chǎng)將改變IPV的分布。(5)由此造成的新的IPV分布又與新的誘生風(fēng)場(chǎng)相聯(lián)系。上述(4)和(5)的連續(xù)相互作用就是等熵位渦思想的核心所在。

地面和高空系統(tǒng)系統(tǒng)和的形成和移動(dòng)

智協(xié)飛zhi@南京信息工程大學(xué)1.地面氣壓系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

中緯度氣旋與反氣旋在氣壓場(chǎng)和流場(chǎng)上都各有其一定的特征：氣旋是一個(gè)低壓區(qū)，在北半球也是一個(gè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的渦旋；反氣旋是一個(gè)高壓區(qū)，在北半球是一個(gè)按順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的渦旋。對(duì)于溫帶氣旋的形成和移動(dòng)主要是從下面幾個(gè)角度研究：1）從氣壓變化的原理入手，直接計(jì)算地面上空空氣質(zhì)量的凈輻散輻合；2）從斜壓不穩(wěn)定波發(fā)展的角度，即將大氣運(yùn)動(dòng)看成是一種波動(dòng)，從理論上討論不穩(wěn)定波的發(fā)展；3）從流場(chǎng)的變化入手，目前從流場(chǎng)變化來(lái)研究系統(tǒng)的發(fā)展和移動(dòng)最為廣泛。1.地面氣壓系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

1.1地面氣壓系統(tǒng)的形成首先，從渦度方程知道，渦度主要由氣柱的伸縮所產(chǎn)生。因此，只要知道了垂直速度場(chǎng)，再利用輻合輻散同垂直運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系就可以的確來(lái)討論氣旋的發(fā)展問(wèn)題。

從準(zhǔn)地轉(zhuǎn)位勢(shì)傾向方程是無(wú)法來(lái)解釋地面氣旋和反氣旋的形成的，因?yàn)榈孛娴母叨葍A向?qū)嶋H上是準(zhǔn)地轉(zhuǎn)位勢(shì)傾向方程的下邊界條件。因此，用準(zhǔn)地轉(zhuǎn)渦度方程來(lái)討論地面氣旋和反氣旋的形成時(shí)，只要知道由準(zhǔn)地轉(zhuǎn)ω方程決定的是上升還是下沉運(yùn)動(dòng)即可。1.地面氣壓系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

1.1地面氣壓系統(tǒng)的形成對(duì)流層中層為上升運(yùn)動(dòng)，引起氣柱拉伸，氣旋式渦度增加，引起地面氣旋發(fā)展；對(duì)流層中層為下沉運(yùn)動(dòng)，引起氣柱壓縮，氣旋式渦度減少，引起地面反氣旋發(fā)展。1.地面氣壓系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

1.1地面氣壓系統(tǒng)的形成對(duì)流層中層為上升運(yùn)動(dòng)，引起氣柱拉伸，氣旋式渦度增加，引起地面氣旋發(fā)展；對(duì)流層中層為下沉運(yùn)動(dòng)，引起氣柱壓縮，氣旋式渦度減少，引起地面反氣旋發(fā)展。1.地面氣壓系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

1.1地面氣壓系統(tǒng)的形成

1.地面氣壓系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

1.1地面氣壓系統(tǒng)的形成①微差渦度平流的作用

1.1地面氣壓系統(tǒng)的形成①微差渦度平流的作用

渦度平流隨高度變化造成的垂直運(yùn)動(dòng)，其物理意義可以這樣來(lái)理解：在地面渦度平流很小，而上空500hPa（或300hPa）上槽前脊后為較大的正渦度平流。氣旋性渦度增加，使風(fēng)壓場(chǎng)不平衡，在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下，必然產(chǎn)生水平輻散，為保持質(zhì)量連續(xù)，將出現(xiàn)補(bǔ)償上升運(yùn)動(dòng)，并且上升運(yùn)動(dòng)在對(duì)流層中層達(dá)到最大。由于這種垂直上升運(yùn)動(dòng)的拉伸作用，使得槽前對(duì)流層中下層氣旋性渦度增加；相反地，高空脊前槽后則由于負(fù)渦度平流產(chǎn)生的下沉運(yùn)動(dòng)，使地面反氣旋發(fā)展。1.地面氣壓系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

1.1地面氣壓系統(tǒng)的形成②溫度平流的作用溫度（厚度）平流其物理意義是暖平流使高層等壓面升高，使溫壓場(chǎng)不平衡，在氣壓梯度力的作用下產(chǎn)生水平輻散，為保持質(zhì)量連續(xù)，將產(chǎn)生補(bǔ)償上升運(yùn)動(dòng)。同理，在冷平流區(qū)應(yīng)有下沉運(yùn)動(dòng)。沿暖鋒區(qū)經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)暖平流帶，它們代表溫度平流的相對(duì)最大值區(qū)，其上有上升運(yùn)動(dòng)，并將導(dǎo)致前期已有的鋒面加強(qiáng)。同樣冷鋒區(qū)后的地面冷平流區(qū)將導(dǎo)致氣壓脊加強(qiáng)。1.地面氣壓系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

1.1地面氣壓系統(tǒng)的形成③地面摩擦作用

摩擦層中，氣旋中的地轉(zhuǎn)渦度是不隨高度變化的，氣旋中摩擦力的垂直渦度是反氣旋式的且在摩擦層頂為0。因此，當(dāng)摩擦層有輻合時(shí)，摩擦層頂及以上有上升運(yùn)動(dòng)（Ekman抽吸）；輻合作用有利于氣旋加強(qiáng)，而摩擦的直接作用是消耗能量，削弱氣旋。由于在摩擦層頂之上，有輻散運(yùn)動(dòng)且無(wú)摩擦，因此氣旋是減弱的。同樣，地面反氣旋區(qū)摩擦層中有下沉運(yùn)動(dòng)，地面有輻散，摩擦層之上有輻合，反氣旋減弱。1.地面氣壓系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

1.1地面氣壓系統(tǒng)的形成④非絕熱加熱的作用在非絕熱加熱最大值區(qū)，對(duì)地面氣旋的形成起作用（因?yàn)榉墙^熱加熱導(dǎo)致暖空氣上升）。在非絕熱變化中，對(duì)氣旋發(fā)生發(fā)展影響最大的是凝結(jié)釋放的潛熱。凝結(jié)潛熱由上升運(yùn)動(dòng)引起，反過(guò)來(lái)它又加快了上升速度，這種正反饋?zhàn)饔猛谥袑舆_(dá)到最大。因此，凝結(jié)潛熱的釋放對(duì)氣旋的發(fā)展有重要作用，降水越大，這種作用越強(qiáng)。這與長(zhǎng)時(shí)間的積云對(duì)流的潛熱釋放將會(huì)與地球旋轉(zhuǎn)有同等的動(dòng)力作用，形成地面低壓槽（如來(lái)自于海洋表面的熱量和水汽的上升流及積云對(duì)流的潛熱釋放被認(rèn)為是熱帶氣旋形成的原因）。1.地面氣壓系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

1.1地面氣壓系統(tǒng)的形成④非絕熱加熱的作用在低空未飽和層的雨滴冷卻蒸發(fā)有利于地面高壓脊的形成。但通常與積云對(duì)流相關(guān)的非絕熱加熱或冷卻的時(shí)間尺度與地球自轉(zhuǎn)相比則太短，因此，低壓槽或高壓脊的形成主要仍考慮大尺度作用。其他一些非絕熱加熱和冷卻作用也是重要的。如冷的大陸性氣團(tuán)移到相對(duì)暖的水面上時(shí)，向氣團(tuán)的感熱傳輸有利于低壓槽的形成；相對(duì)暖的空氣移到冰面或雪面時(shí)，有利于反氣旋的形成。而由太陽(yáng)輻射引起的強(qiáng)加熱，如沙漠地區(qū)，則有利于形成熱低壓。1.地面氣壓系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

1.1地面氣壓系統(tǒng)的形成⑤傾斜上升或下沉運(yùn)動(dòng)的作用如果地表面是傾斜的，即使無(wú)其他準(zhǔn)地轉(zhuǎn)強(qiáng)迫項(xiàng)，也會(huì)形成氣旋與反氣旋。如山脈的下沉運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致背風(fēng)槽的形成。這是由于下沉空氣被壓縮加熱，其作用如同暖平流或非絕熱加熱強(qiáng)迫函數(shù)。因此，大氣的響應(yīng)是上升運(yùn)動(dòng)，伴隨有地面輻合，導(dǎo)致地面高度場(chǎng)或氣壓場(chǎng)下降（這里強(qiáng)迫的下沉運(yùn)動(dòng)不是動(dòng)力原因引起的，大氣的響應(yīng)是上升運(yùn)動(dòng)，凈的垂直運(yùn)動(dòng)是二者之和）。1.地面氣壓系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

1.1地面氣壓系統(tǒng)的形成⑥靜力穩(wěn)定度的影響由于ω方程中的強(qiáng)迫函數(shù)與靜力穩(wěn)定度參數(shù)σ成反比，靜力穩(wěn)定度低則氣旋、反氣旋會(huì)增強(qiáng)。當(dāng)上層擾動(dòng)移到較低的靜力不穩(wěn)定區(qū)域，如冬季高空冷槽移到相對(duì)暖的洋面上時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致氣旋生成。1.地面氣壓系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

1.2地面氣壓系統(tǒng)的移動(dòng)

由與典型氣旋或反氣旋相聯(lián)系的三維高度場(chǎng)的分布來(lái)看，地面氣旋與反氣旋明顯受高空大范圍流場(chǎng)的影響，這被稱(chēng)為引導(dǎo)氣流。但地面氣旋反氣旋并不是由高空氣流引導(dǎo)的固體，它們的移動(dòng)實(shí)質(zhì)上是低壓和高壓中心的傳播。具體說(shuō)：地面高壓系統(tǒng)（反氣旋），是從氣壓下降區(qū)移向氣壓升高區(qū)，即移向負(fù)變壓梯度方向。地面低壓系統(tǒng)（氣旋），是從氣壓上升區(qū)移向氣壓下降區(qū)，即移向正變壓梯度方向。1.地面氣壓系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

1.2地面氣壓系統(tǒng)的移動(dòng)

1.地面氣壓系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

1.2地面氣壓系統(tǒng)的移動(dòng)

地面氣壓系統(tǒng)的移動(dòng)規(guī)則有：①地面氣旋是從下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)移向上升運(yùn)動(dòng)區(qū)②地面反氣旋是從上升運(yùn)動(dòng)區(qū)移向下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)因此從準(zhǔn)地轉(zhuǎn)ω方程強(qiáng)迫函數(shù)的作用，可以得到下列氣旋與反氣旋的移動(dòng)特征。地面氣旋移動(dòng)特征：①由反氣旋性的區(qū)域移向氣旋性的區(qū)域；②由冷平流區(qū)移向暖平流區(qū)；③由非絕熱冷卻區(qū)移向非絕熱加熱區(qū)。1.地面氣壓系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

1.2地面氣壓系統(tǒng)的移動(dòng)

地面反氣旋移動(dòng)特征：①由氣旋性的區(qū)域移向反氣旋性的區(qū)域；②由暖平流區(qū)移向冷平流區(qū)；③由非絕熱加熱區(qū)移向非絕熱冷卻區(qū)。地面氣旋與反氣旋的實(shí)際移動(dòng)是由上述影響共同決定的，如不考慮非絕熱加熱作用，下面討論準(zhǔn)地轉(zhuǎn)ω方程中的強(qiáng)迫函數(shù)及地形因子的實(shí)際作用。2.高空系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

2.1高空系統(tǒng)的形成

在高空系統(tǒng)的形成中，地形和行星尺度的流型起了作用。進(jìn)一步說(shuō)，槽脊的形成和消失是由與高振幅的行星尺度波動(dòng)相聯(lián)系的渦度造成的。對(duì)于高空系統(tǒng)的形成，可由準(zhǔn)地轉(zhuǎn)位勢(shì)傾向方程分析，也可由準(zhǔn)地轉(zhuǎn)ω方程分析。2.高空系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

2.高空系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

2.高空系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

②微差溫度平流項(xiàng)的作用微差溫度平流可以影響高空高度場(chǎng)，導(dǎo)致高空系統(tǒng)形成或加強(qiáng)。典型地，暖平流隨高度減少時(shí)，位勢(shì)高度將上升，高空脊形成或建立；冷平流隨高度減少時(shí)，位勢(shì)高度將下降，高空槽形成或加深。如果低層冷平流，高層暖平流，則高空槽發(fā)展或加強(qiáng)；同樣，低層暖平流，高層冷平流，高空脊建立或加強(qiáng)。2.高空系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

③微差非絕熱加熱項(xiàng)的作用非絕熱加熱項(xiàng)是隨高度減少的，地面強(qiáng)的非絕熱加熱可以形成或加強(qiáng)高空脊，這經(jīng)常發(fā)生在夏季沙漠地區(qū)。地面強(qiáng)的非絕熱冷卻有利于高空低壓槽的形成和加強(qiáng)，這常發(fā)生在較少有陽(yáng)光照射的冰面和雪面上。2.高空系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

2.高空系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

2.高空系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

2.高空系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

2.2高空系統(tǒng)的移動(dòng)2.2.1長(zhǎng)波公式第二章已介紹過(guò)天氣尺度系統(tǒng)短波（L≤3000km，相對(duì)渦度平流起主要作用）和超長(zhǎng)波（L≥10000km牽連渦度平流起主要作用）的概念。3000至10000公里波長(zhǎng)的波是由相對(duì)渦度平流和牽連渦度平流共同影響的，稱(chēng)為長(zhǎng)波Rossby長(zhǎng)波公式為：

2.高空系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

其中c為相速，k為波數(shù)，L為波長(zhǎng)。這個(gè)表達(dá)式最初由Rossby根據(jù)絕對(duì)渦度守恒原理（渦度的局地變化決定于相對(duì)渦度平流和牽連渦度平流）推得，稱(chēng)為Rossby長(zhǎng)波公式。

Rossby長(zhǎng)波公式可以解釋中緯度高空槽脊移動(dòng)的一些基本特征，這也從另一個(gè)方面說(shuō)明中緯度高空槽脊的移動(dòng)決定于渦度平流的作用。2.高空系統(tǒng)的形成和移動(dòng)

由(3.8)式可以定性看出：①西風(fēng)強(qiáng)時(shí)，波動(dòng)移動(dòng)較快，反之較慢；②波長(zhǎng)短時(shí)，波動(dòng)移動(dòng)較快，反之較慢；③在波長(zhǎng)和西風(fēng)強(qiáng)度相同的情況下，較高緯度(β值較