天气学原理_05 西风带大型扰动.ppt

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1、第五节西风带大型扰动一、西风带及西风带的波状流型二、西风带波动的分类三、长波的传播四、群速和上下游效应√五、西风带槽脊的结构√六、阻塞高压和切断低压√第四章大气环流西风带概况1.中高纬度对流层环流特征：中高纬度的平均经向环流（费雷尔环流）很弱，平均水平环流在对流层盛行西风称为西风带。2.西风带环流变化的主要特征：①主要特征：纬向环流<======>经向环流②原因：一、西风带及西风带的波状流型（西风指数）环流指数（西风指数）Rossby把３５°～５５°之间的平均地转西风定义为西风指数实际工作中把两个纬度带之间的平均位势高度差（一般指500hPa）作为西风指数Ｉ西风指数Ｉ：高指数→纬向环流

2、低指数→经向环流二、西风带波动的分类超长波：绕地球一圈有1~3个波，生命史在10天以上，属中长期天气过程。长波：行星波，波长在3000（5000）~10000千米，约3~7个波。振幅10～20纬距，平均移速10个经距／日以下，有时很慢，呈准静止，甚至向西倒退。短波：波长5000千米以下，移动快，平均移速为10～20经度／日，生命史也短，多数仅出现在对流层的中下部，常叠加在长波之上。北半球500hPa高度场（实线，单位10gpm；断线槽线，整个半球7个槽）2.长波辨认方法①制作时间平均图（图4.31a）②制作空间平均图(图4.31b、c)③绘制平均高度廓线图(纬度40-60,图4.31d

3、)④分析长波的结构和特性长波所处的位置：700hPa—平流层下部波长：50-120经距移速：缓慢，可静止和倒退热力结构：暖性脊，冷性槽辨认长波的简单方法：看200-300hPa等压面图1.长波公式假定：大气运动正压且水平无辐散（500hPa）；流型有正弦波形式且宽度很大，南北无变异。根据：绝对涡度守恒利用：小扰动方法（线性化方程）得到：波动移速公式三、长波的传播（1）其中表示纬向基本气流，为常数；为经向扰动，是微量。假定：纬向扰动=0，经向平均速度=0则小扰动方法c=U-β/k2=U-βL2/4π2其中C为相速，k为波数，L为波长。这个表达式最初由RoSSby根据绝对涡度守恒原理推得，

4、称为ROSSby长波公式。讨论：1)西风强时，波动移动较快，反之较慢；2)波长短时，波动移动较快，反之较慢；3)在波长和西风强度相同的情况下，较高纬度（β值较小），波动移速快，较低纬度（β值较大），波动移速慢。①L＜Ls，C＞0，前进波；②L=Ls，C=0，静止波；③L＞Ls，C＜0，后退波。对于超长波而言，一般是后退波或静止波，对于短波一般是近似以U的速度移动，长波则介于两者之间。天气学上常用长波公式来推断对流层中层的槽脊移动和调整4）静止波c=0时Ls=2π（U/β）1/2不同西风强度和纬度的情况下可计算所得到静止波的波长Ls值表4.2静止波波长与西风风速、纬度的关系2.波速公式的

5、物理意义相对涡度平流的作用地转涡度平流的作用：在不同纬度、不同波长情况下临界纬向风速值表4.1临界纬向风速3.影响长波移速的其它因子（1）由于假定水平无辐散，因此只适应于600hPa，一般用于500hPa（2）地形影响：阻挡4.预报长波移动的定性经验i．预报上游槽的移动时，要看它下游一个波长和两个波长处的两个槽的情况：如下游槽变慢，上游槽也将变慢；下游槽发展，上游槽也要变慢。ii．长波数目不变且比较稳定时，如上游长波槽突然移动，则下游长波槽也将依次移动。iii．当长波槽位于平均槽位置时（如冬半年我国东海岸上空），尽管上游槽移来，下游槽也将不动，只有当形势有大变动（长波调整）时，它才明显

6、变化四、上下游效应和群速长波波数的变化及长波的更替称为长波调整。长波调整是全球性的大气环流变化。长波调整是与长波稳定相对立的概念，长波稳定时，大型环流很少变动。1.长波调整预报长波调整应注意的几个方面:a.长波本身的温压场结构特征及地形影响b.不同纬度带内系统的相互影响(同位相叠加)c.紧邻槽脊的相互影响大范围上、下游长波系统之间的相互联系，通常称为“上、下游效应”。上游某地区长波系统发生某种显著变化后，接着以相当快的速度（通常比系统本身移速以及平均西风都快）影响下游系统也发生变化，叫上游效应；下游某地区长波系统发生某种显著变化后，影响上游环流系统，称为下游效应。2.上、下游效应如何解

7、释这种现象？实际大气中的波动是由不同振幅、不同频率、不同波长的简单波叠加而成的所谓“波群”。波群的移动速度称为群速度，是合成波振幅最大值的移速。如果各分波波速相等时，则波群的移速与正弦波的波速相同；如果分波的波速随波长而改变，则波群的移速与正弦波的波速不同。波速随波长而变的波称为频散波。3.群速度考虑2个正弦波，设振幅相同，而波长不同，则合成波表示：A合成波的振幅群速Cg=U+βL2/4π2=C+βL2/2π2群速是振幅最大值的移速；又波动能量