西風帶大型擾動課件

西風帶大型擾動一、概述中高緯對流層環(huán)流的特征西風帶：平均水平環(huán)流在對流層盛行西風，稱為西風帶槽脊：冬三夏四西風帶波動：西風帶的波狀流型西風帶環(huán)流：經(jīng)向環(huán)流和緯向環(huán)流特征及原因特征：經(jīng)向環(huán)流和緯向環(huán)流交替出現(xiàn)原因：

二、環(huán)流指數(shù)與指數(shù)循環(huán)

1環(huán)流指數(shù)（西風指數(shù)）

Rossby把３５°～５５°之間的平均地轉(zhuǎn)西風定義為西風指數(shù)實際工作中把兩個緯度帶之間的平均位勢高度差作為西風指數(shù)Ｉ高指數(shù)→緯向環(huán)流低指數(shù)→經(jīng)向環(huán)流

2指數(shù)循環(huán)西風環(huán)流的中期變化主要表現(xiàn)為高低指數(shù)交替循環(huán)的變化過程，稱為指數(shù)循環(huán)。三、西風帶長波（一）分類超長波：波長在一萬公里以上，繞地球一圈可有1～3個波，生命史１０天以上,屬于中長期天氣過程

長波：也稱羅斯貝波，行星波。波長３０００～１００００公里，全緯圈約為３～７個波，振幅１０～２０緯距，平均移速１０個經(jīng)距／日以下，有時很慢，呈準靜止，甚至向西倒退

短波：波長和振幅均較小，移動快，平均移速為１０～２０經(jīng)度／日，生命史也短，多數(shù)僅出現(xiàn)在對流層的中下部，往往迭加在長波之上（二）長波辨認方法

①制作時間平均圖

②制作空間平均圖

③繪制平均高度廓線圖

④分析長波的結(jié)構(gòu)和特性

（三）長波的移行波速公式的推導(dǎo)前提：假定大氣運動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：絕對渦度守恒原理方法：小擾動方法小擾動方法：也叫微擾動方法，是將非線性方程進行線性化的一種，適合于用來定性分析大氣運動的某些基本性質(zhì)?；舅枷耄?/p>

把表征大氣狀態(tài)的任一場變量看成是由已知的基本場變量和疊加在其上的擾動量組成；基本場變量表征大氣的基本運動狀態(tài)，滿足基本方程和基本條件；假設(shè)擾動量是充分小的，擾動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。上式即為長波波速公式或稱槽線方程、羅斯貝波速公式等。

在流場分布下，流線方程為：

于是,在t=0時,通過坐標原點(X=0,Y=0)的流線為：

其中A為流線波動的振幅,從擾動與流線的關(guān)系看來，擾動波形的移速和波長與流線波形的移速和波長是一致的，只是位相差流線與vr的分布波速公式的物理意義：

相對渦度平流

的作用：使槽東移

地轉(zhuǎn)渦度平流

的作用：使槽西退波東進還是西退取決于

和

相對重要性

波東進

波西退

波靜止波速公式的討論

C<

。波長較短時,其傳播速度C稍小于若波長較長，則C與

之差較大。b.波速取決于，L。西風強時，波動移動較快反之，移動較慢；波長短時，移動較快，反之較慢。c.當

時，C=0，波靜止，為臨界緯向風速.

時，波前進；

時，波后退。同一緯度，波長越長，臨界風速越大同一波長，緯度越低，臨界風速越大

時，C=0，波靜止；

Ls為臨界波長.L>Ls，波后退；

L<Ls，波前進。同一緯度，風速越大，臨界波長越長同一風速，緯度越高，臨界波長越大

e.其他因子應(yīng)用于無輻散層，散度項沒有考慮，風速并不是處處相等f.地形影響，南北部風速不同，波長不同，波各部分移速不同g.預(yù)報長波移動的定性經(jīng)驗：

i．預(yù)報上游槽的移動時，要看它下游一個波長和兩個波長處的兩個槽的情況：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.長波數(shù)目不變且比較穩(wěn)定時，如上游長波槽突然移動，則下游長波槽也將依次移動

iii．當長波槽位于平均槽位置時（如冬半年我國東海岸上空），盡管上游槽移來，下游槽也將不動，只有當形勢有大變動（長波調(diào)整）時，它才明顯變化。長波調(diào)整①含義：廣義的長波調(diào)整包括長波位置的變化和長波波數(shù)的變化，一般僅把長波波數(shù)的變化及長波的更替稱為長波調(diào)整。長波調(diào)整是與長波穩(wěn)定相對立的概念，長波穩(wěn)定時，大型環(huán)流很少變動。②預(yù)報長波調(diào)整應(yīng)注意的幾個方面:a.長波本身的溫壓場結(jié)構(gòu)特征及地形影響b.不同緯度帶內(nèi)系統(tǒng)的相互影響c.緊鄰槽脊的相互影響上游槽（脊）變化引起下游脊（槽）變化示意圖（實線為原來流型，虛線為變化后的流型）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)長波系統(tǒng)發(fā)生某種顯著變化之后，接著就以相當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):

當下游某地區(qū)長波發(fā)生顯著變化后也會影響上游環(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速度假定實際波是由兩個頻散波（）波長彼此相差很小的正弦波組成：一個波長為L1，以速度C1移動；另一個波的波長為L2=L1+dL，其傳播速度為：

設(shè)此兩波的流線方程分別為：

綜合波的流線方程可寫為：

利用三角公式，上式可寫成:

綜合波振幅，隨x、t變化的余弦波的形式綜合波的振幅為

此波的振幅為2A，波長為

，波群速為：

取極限得：這是波群速的一般形式。

如果以長波波速公式代入上式中，得長波的群速為：

范圍線以群速度向下游傳播，這個速度大于緯向風速。波群速也就等于沿下游方向各個槽脊增大的速率。因此這種波動最大振幅的傳播，也就是波動能量的傳播，亦稱為能量頻散。

波群速示意圖（細實線為第一列正弦波,波速為C1,振幅為A1,虛線為第二列正弦波，波速為C2,振幅為A2,小圓圈為合成波,其振幅為A,粗實線為合成波的范圍線[包線]）波群速的意義：對于正壓水平無輻散大氣長波，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。四、阻塞高壓1概念阻塞高壓：在西風帶長波槽脊的發(fā)展演變過程中，在脊不斷北伸時，其南部與南方暖空氣的聯(lián)系會被冷空氣所切斷，在脊的北邊出現(xiàn)閉合環(huán)流，形成暖高壓中心，叫做阻塞高壓阻塞形勢：阻塞高壓出現(xiàn)后的大范圍環(huán)流形勢稱為阻塞形勢?；咎卣魇怯凶枞邏捍嬖诓⑶倚蝿莘€(wěn)定。它是一個富有特征的經(jīng)向環(huán)流，它的建立、崩潰、后退常常伴隨著一次大范圍（甚至是整個半球范圍）的環(huán)流形勢的強烈轉(zhuǎn)變。它的長久維持會使大范圍地區(qū)的天氣反常阻高概述具備以下幾個條件的高空高壓為阻塞高壓：

①中高緯度（一般在50°N以北）高空有閉合暖高壓中心存在，表明南來的強盛暖空氣被孤立于北方高空。②暖高至少要維持三天以上，但它維持時期內(nèi),一般呈準靜止狀態(tài)，有時可以向西倒退，偶爾即使向東移動時，其速度也不超過７～８經(jīng)度／天。③在阻塞高壓區(qū)域內(nèi)，西風急流主流顯著減弱,同時急流自高壓西側(cè)分為南北兩支，繞過高壓后再會合起來，其分支點與會合點間的范圍一般大于40～50個經(jīng)度。結(jié)構(gòu)：①它出現(xiàn)在對流層中上層，是深厚的暖性高壓系統(tǒng)，在它的東西兩側(cè)盛行南北氣流，其南側(cè)有明顯的偏東風。②暖高凌駕于地面變性冷高之上，地面圖上高壓的東西兩側(cè)都有氣旋活動，常以西側(cè)更為活躍。③暖高壓對應(yīng)著冷的對流層頂，200hPa圖上高壓中心附近為冷中心。高壓軸線自下向上向暖的西北傾斜，高層軸線近于垂直3出現(xiàn)的地區(qū)、時間

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)。歐洲：維持到20天左右，至少也在5天以上；亞洲：平均則為8天，最短為３～５天。利用的原理：位勢傾向方程和高空形勢預(yù)報方程

冷舌落后于高空槽，冷平流、正熱成風渦度平流很強，槽強烈發(fā)展4阻高建立

第一型開始階段暖平流、負熱成風渦度平流很強，脊強烈發(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，溫度場振幅大于高度場，冷平流、正熱成風渦度平流很強，槽強烈發(fā)展第二階段環(huán)流經(jīng)向度加大，切斷低壓和阻塞高壓建立第三階段阻高建立第二型溫度場落后于高度場，振幅大于高度場，槽前暖平流強長波脊開始階段

溫度場振幅大于高度場，槽前暖平流強，移動性脊并入長波脊中第二階段溫度場振幅大于高度場，暖平流比較強，此移動性脊并入長波脊第三階段長波脊發(fā)展成阻塞高壓第四階段阻塞高壓形成的共同點：阻塞高壓形成的上游地區(qū)，有較強的冷空氣向南爆發(fā)，冷平流使低槽加深，槽前出現(xiàn)較強的暖平流與明顯的暖舌。

于是暖平流與負的熱成風渦度平流輸入前面的高脊，使高脊不斷發(fā)展根據(jù)位勢傾向方程和高空形勢預(yù)報方程：

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。這種槽的斜伸，常與冷平流造成的負變高相聯(lián)系。

在平流層下部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，

有利于高壓脊的發(fā)展高層低層5阻高重建與后退

阻塞高壓重建：阻高在某地建立相當長時間又趨于消失后另一個阻高又相繼建立起來，這個新阻高若是在舊阻高的原地建立，稱為阻高重建。

阻高后退：如果一個阻高的西側(cè)為正變高，東側(cè)為負變高，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，其實是一個生成，另一個消失。阻塞高壓位置作幅度較大后退，稱為不連續(xù)后退。溫度場超前于高度場，振幅大于高度場，槽前有冷平流侵入阻高后部阻高重建開始階段阻高減弱第二階段溫度場落后于高度場，振幅大于高度場，槽前有暖平流強第三階段阻高重新建立第四階段從阻高重建過程可以看出：阻塞高壓后部有冷槽侵入，較強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的南北同相疊加，和冷暖平流及正負熱成風渦度平流的減、加壓作用，導(dǎo)致高空槽（第三個槽）與高壓脊的強烈發(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渦度平流以外，南北兩支波動的同相疊加也很重要，它可以導(dǎo)致阻高的生成。溫度場振幅大于高度場，位相相同。槽前有冷平流和正渦度平流侵入阻高后部阻高崩潰開始階段第二階段第三階段從阻高的崩潰過程可以看出：阻塞高壓上游各個系統(tǒng)的經(jīng)向度逐漸減弱并變成移動系統(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。五切斷低壓1.含義：在槽不斷向南加深時，高空冷槽與北方冷空氣的聯(lián)系會被暖空氣切斷，在槽的南邊形成