高等天气学：第5讲 高空急流的次级环流及其与锋面系统的耦合.pptx

高等天气学讲座（2017年春季） 单元二：中纬度天气系统;预备知识;;?;图5.2 流线和轨迹的关系;?;;波动气流中空气的流动;图5.3在风速为U的均匀西风带中，以相速度c向东传播的流动空气块的流线及轨迹。实线黑箭头表示初始时刻的流线。曲线箭头表示空气质点在不同的西风带风速下从A处开始的运动轨线。AB为U＞c的轨线；AC为U＝c的轨线；AD为U＜c 的轨线（见华莱士等，2008）。;5.1高空急流的次级环流及其天气意义;高空急流与锋面及锋面的次级环流有密切的关系， 故人们常把高空急流和锋面（主要是高空锋区）统 称为急流—锋系，它们相伴随的次级环流称急流— 锋次级环流。高空急流是对流层中上部重要的风系， 过去对它的讨论和研究已经很多。本节只重点讨论 一个问题，即与急流风速最大中心（或急流带）相 联系的垂直环流及其与天气的关系，另外也简略地 讨论与东亚高空急流有关的能量学问题。;图5.4 气候平均1月份的急流所在高度（250hPa）上的纬向风速分布。等值线间隔为15ms-1。粗线为零线，实线表示西风，虚线表现东风【数据来源于NCEP-NCAR再分析资料，由Todd P.Mitchell提供】。;图5.5 1998年11月10日12时风和位温的垂直剖面图。这个剖面从内布拉斯加州北普拉提延伸到密西西比州杰克逊。;图5.6 1998年11月10日00时风和 温度的垂直剖面图。这个剖面从怀俄明州瑞尔顿到路易斯安那州查尔斯湖;图5.7 全球急流与对流层顶分布示意图;图5.8 急流的形成与对流层顶断裂;高空急流和急流中心的形成;图5.12 急流中心四象限模式的三维环流示意图。只考虑汇合情况。管状箭头：急流轴。两个曲线箭头：与急流相交的水平面上的地转风。垂直虚线：正交于急流轴的垂直面上的Vg等值线。流线代表横向/垂直环流（Carson，1993）;;;;;图5.9 200hPa 1月平均风速和风向（1966~1977年）。风速的单位：ms-1。AA和BB为图5.2剖面的位置，分别代表急流入口区和出口区;;式中 是地转风的经向分量。在线AA以左， 明显为正，即在急流入口区，当空气质点向中心移动时不断加速，因而有 ，或 ，这表明所有入口区运动的气块会得到向左偏（看向下游）的非地转风分量。结果在急流北侧产生高空辐合，急流南侧产生高空辐散。进而北侧出现下沉气流，南侧出现上升气流。低层大气会随之发上质量调整，产生与高层相反的辐散辐合区和北风，从而形成垂直环流。也即在急流入口区存在一直接的力管环流。在线AA和BB之间，风向量的方向与等风速线方向一致， 近于零， 或 近于等于零，即气块的运动不再发生偏转。在BB线之右， 为负值，即空气块向下游运动时是不断减速的，则有 或 ，;即空气块的运动向右偏转，这导致在急流的出口区产生一间接环流。图5.10是根据实际资料计算出的入口区和出口区的垂直环流图，图中向量的水平分量是等压面上的无旋气流或水平风的辐散分量，而向量的垂直分量是垂直运动 图中还给出动能等值线，即： ; 上式 是摩擦力 是位势高度。由图可见，在急流入口区出现正 的最大值， 而在急流出口区为负 的最大值，而在急流出口区为负 的最大值区。前者表明位能向动能转换，后者是动能向位能转换。 的这些正负中心位置与相对静止的急流风速最大值区是相配合的。急流也与锋区相一致。在入口区辐散的气流向量表现出一单圈的直接力管环流，冷空气下沉，暖空气上升。这支简单的环流与极锋和急流横交，厚度达整个对流层，它可以解释该区强的动能制造。在急流出口区为明显的深厚间接力管环流圈，这说明动能向位能的转换很强。 ;图5.10 1979年11月20日 00GMT日本和东亚地区横交急流轴剖面中的二维流场（向量是无旋分量与垂直运动之合成）。（a）入口区情况；（b）出口区情况。实线是 等线，单位：Jkg-1s-1×10-4;?;?;上面讨论的急流次级环流实际上是一种比较简单的情况。由于温度场（位温场）相对于高空急流最大值的配置不同，所产生的次级环流也不同。图5.13给出不同温度场分布条件下直线高空急流中心的次级环流方向也可以根据自然坐标系中类似的表达式 来讨论。图5.13a和5.13b中温度场的分布特征分别为 和 ，因而它们分别代表汇合和水平切变的作用。图5.4c和5.4d中的等温线相对于急流轴旋转了某一角度，这沿锋面方向分别造成了冷平流和暖平流。它们代表了汇合和水平