《动力气象名词130》.pdf

版权所有 成都信息工程学院 大气科学系 李国平 教授 2008 年 8 月 1 动力气象名词动力气象名词 1 13 30 0 注注 序号右上角有星号的为核心名词序号右上角有星号的为核心名词 1 有效辐射有效辐射 即地面有效辐射 指地面长波辐射与地面所吸收的大气长波逆辐射的差额 2 辐射平衡辐射平衡 地面吸收的总辐射能与发射的总辐射能的差额 3 太阳常数太阳常数 在日地平均距离处 大气上界与太阳光线垂直的平面上所接受到的太阳辐射 能 通常取其值 S0 1 97 卡 厘米 1 分 1 1367 瓦 米 2 4 凝结高度凝结高度 多指抬升凝结高度 不同于对流凝结高度 即未饱和气块绝热上升至其水 汽达到饱和时的高度 亦即云开始形成的高度 也是干绝热线与通过地面露点等饱和比湿 线相交的高度 5 自由对流高度自由对流高度 状态曲线与层结曲线初次相交的高度 对流依靠不稳定能量的释放而自 由发展的高度 6 多元大气多元大气 气温随高度呈线性变化的大气 即 0 d 0 T TTzconst z g R gg gggg 若多元大气等温大气 若多元大气均质大气 若多元大气 等位温大气 绝热大气 7 温室效应 温室效应 大气中有许多成分 如水汽 CO2 可以很好地透过太阳短波辐射 又能够 有效地吸收地表发射的长波辐射 大气吸收长波辐射后使自身温度升高 并向各方向重新 发射长波辐射 而大气向下发射的长波辐射将补充地表损失的长波辐射而使地表升温 8 大气窗大气窗 大气对地面的长波辐射的吸收具有选择性 在 8 5 12 微米的波长范围内吸收 很弱 而地面辐射在这段波长范围内的放射能力较强 可透过大气进入宇宙空间 9 位温 位温 气压为 p 温度为 T 的干气块 干绝热膨胀或压缩到 1000 百帕时所具有的温度 1000 p 0 p RC T d dt q q 即 如果干绝热 10 假相当位温假相当位温 气块沿干绝热线上升到凝结高度后 再沿湿绝热上升 直到所含水汽全 版权所有 成都信息工程学院 大气科学系 李国平 教授 2008 年 8 月 2 部凝结脱落后 再沿干绝热线下降到 1000 百帕时所具有的温度 记为 se q 0 se d dt q 如果则为湿绝热 假湿绝热 11 假湿绝假湿绝热过程热过程 饱和湿空气上升过程中发生凝结 并将其凝结物全部降落 则上升时 为湿绝热过程 下降时为干绝热过程 假湿绝热过程中 se q和 sw q 假湿球位温 守恒 12 不稳定能量不稳定能量 大气中所储存的 在一定条件下可转化为上升气块动能的那一部分能量 13 条件不稳定条件不稳定 若 md ggg S 称真潜在不稳定 S S 称假潜在不稳定 S 0 称为条件稳定 其中 S 代表不稳定能量面积 14 位势不稳定位势不稳定 也称对流不稳定 指稳定 未饱和气层经整层抬升至适当高度而变成不 稳定 饱和气层 一个气层可能是对流不稳定 但却可能是条件稳定的 对流不稳定判据 0 z se q 15 挟卷过程挟卷过程 气流在上升过程中不断地由侧向卷入一些外部空气与之混合或空气自上升 气流中流出 这种非封闭系统的空气混合过程称为挟卷过程 16 动力锋生动力锋生 通过某些大气动力过程 如气流汇合 建立起具有强温度梯度特征的锋区 的机制 17 湿静能湿静能 湿空气的内能 压力能 位能及潜热能之和 即湿静能 Lqgz P TCV r 也称蒙哥马利位势 18 有效位能 有效位能 简称 APE 闭合系统中全位能与温度场按绝热过程重新调整后所具有的最 小全位能的差 是全位能中能够转化为动能的最大可能值 也可理解为稳定层结中空气垂 直向上位移克服净的阿基米德浮力所作的功 19 拟能拟能 又称准地转位涡能 其值是相对准地转位涡平方的 1 2 20 负粘性输送负粘性输送 又称反串级耗散 指大尺度运动从小尺度运动吸取能量的一种反常能量 转换现象 21 有效有效重力重力 地球引力与惯性离心力的矢量和 合力 22 薄薄层近似层近似 由于地球大气的有效厚度远小于地球半径 r 故当 r 处于系数地位时可用 地球平均半径 a 代替 r 也称浅薄大气近似 23 曲率项力曲率项力 球坐标系中 由地球球面性和空气运动共同引起的一种虚拟力 其特征为 版权所有 成都信息工程学院 大气科学系 李国平 教授 2008 年 8 月 3 两个空气速度分量乘积除以地球半径 24 地转平衡地转平衡 对于中纬度天气尺度的扰动 水平科氏力与水平气压梯度力接近平衡 这 时的空气作水平直线运动 称为地转风 表达式为 1 g Vpk fr rr 25 梯度风平衡梯度风平衡 水平科氏力 离心力和水平气压梯度力三力达成的平衡 此时的空气运 动称为梯度风 即 n P fV R V r 1 2 26 惯性流惯性流 当气压水平分布均匀时 科氏力与惯性离心力相平衡时的空气流动 也称惯 性风 27 旋衡流旋衡流 在小尺度运动中 水平气压梯度力与惯性离心力相平衡时的空气流动 又称 旋衡风 28 位势涡度 位势涡度 简称位涡度或位涡 绝热 无摩擦的旋转流体在运动过程中存在的一个动 力学量与热力学量结合的守恒量 其本质为绝对涡度与涡旋有效厚度比值的一个度量 有 以下几种表达形式 称 0 dt dj 的条件下的守恒量 r jw a r 为 厄特尔 位涡 其中W rr r 2xwa 如果绝热 0 dt dq qj 则位涡为 const a r qw r 如果流体均质不可压 0 dt dr rj 则位涡为 const a r r w r 对于具有自由面的均质不可压流体 则位涡为 const h f h az xw 29 准地转位涡准地转位涡 准地转模式中存在的一个守恒量 为绝对涡度 相对准地转位涡 与热 力学变量构成的相当涡度之和 其守恒性是大尺度大气运动特征的综合体现 30 奥布霍夫位涡奥布霍夫位涡 适应过程中存在的一个不随时间变化的量 相对涡度与扰动位势构成 的相当涡度之和 它仅决定于初值 31 f f 平面近似平面近似 又称 f 参赛常数近似 中高纬地区 对中小尺度运动 y a 1 则 constff W 00 sin2j 32 b 平面近似平面近似 中高纬地区 对大尺度运动 y a 1 则yffb 0 其中 版权所有 成都信息工程学院 大气科学系 李国平 教授 2008 年 8 月 4 const a cons constf W W 0 00 2 sin2 j bj 具体做法 f不被微分时 令constff 0 f在平流项中被微分时 令const y f b 实质 利用j 0 纬度处某点的切平面代替该点附近的地球球面 即取局地切平面近似 只 考虑地球球面性最主要的影响 科氏参数f随纬度的变化 33 赤道 赤道b平面近似平面近似 在低纬或赤道地区 取y a yf W 2 b 34 力管力管 由等压面和等比容面相交所构成的管子 力管项 L p LL dTInCTdInpRadpq 如果大气中无力管 则0 dt dCa 即为开尔文 环流守恒定理 35 力管效应力管效应 即力管可产生新环流或使原有环流加强或者减弱的动力作用 36 正压大气 正压大气 大气密度的空间分布仅依赖于气压的大气 即 prr 如 均质大气 等温大气和绝热大气 正压大气中 0 p Vg r 地转风不随高度改变 即没有热成风 37 斜压大气 斜压大气 大气密度的空间分布依赖于温度和气压的大气 即 TPrr 38 斜压矢量斜压矢量 表征大气斜压性的物理量 即 1 2 pppps araa r r 0 0 0 0 0 0 hzhzhzssssss rrr 为正压大气 为相当正压大气 为斜压大气 39 自动正压大气自动正压大气 大气在运动过程中 原来的正压状态不随时间变化 如均质大气和绝 热大气 40 相当正压大气相当正压大气 等压面上的等高线和等温线完全平行 因而热成风和地转风在所有高 度上同向 地转风随高度只有大小的变化 没有方向的改变 41 唯压性唯压性 又称定压性 空气微团在运动过程中 其密度仅决定于其压力 即 p trr 42 流线流线 处处与瞬时风速平行的线 即流线上任意一点的切线方向与该点风向一致 43 轨迹轨迹 也称轨线 指空气质点在有限时间内走过的路径 44 蒙哥马利流函数蒙哥马利流函数 也称干静能 指显热能与重力位能之和 即 gzT cp M y 版权所有 成都信息工程学院 大气科学系 李国平 教授 2008 年 8 月 5 45 布布伦特伦特 魏萨拉频率魏萨拉频率 也称浮力频率 气块由于浮力作用而产生垂直振荡的圆频率 即 z g z gN q q r r 1 46 变压风变压风 由变压的水平梯度引起的地转偏差 即 2 1 h p V t f r u r 47 尺度分析法尺度分析法 依据表征某类大气运动系统各变量的特征值 来估计大气运动方程中各 项量级大小 从而简化方程的一种方法 48 罗斯贝 罗斯贝 R Rossbyossby 数数 水平惯性力与水平科氏力之比 即 L U f R 0 0 表示大气运 动的准地转程度 也可用来判别大气运动的类型和特性 线性或非线性 49 热力学罗斯贝数热力学罗斯贝数 由南北温差特征值TD和科氏参数f构成的无量纲量 即 Lf TgH RT2 0 0 D 50 弗罗德 弗罗德 F Frouderoude 数数 水平惯性力与重力之比 即 gL U Fr 2 表示重力对运动的影响 程度 51 雷诺雷诺 ReynoldsReynolds 数数 水平惯性力与水平分子粘性力之比 即 U Re u L 可用来判别 大气运动形式 层流或湍流 52 E Ekmankman 数数 水平方向上由于动量垂直输送引起的湍流摩擦力与水平科氏力之比 即 2 0H f L Ek 表示湍流摩擦力对大气运动的影响程度 53 Richardson Richardson 数数 空气运动因克服重力场作功消耗的脉动动能与雷诺应力转变来的脉动 动能之比 即 2 2 22 d i h hh gg N zT z zz R VVV q g q g uuu ru ru r Ri可用来判断湍流或对流运动是否 发展 即 iiciicic RRRRR对流发展 对流抑制 其中为临界值 也可用来判断大气 特别 是近地层大气 层结稳定度 即0 ii RRR i 层结稳定 0 层结中性 0 层结不稳定 54 基别尔数基别尔数 局地惯性力与水平科氏力之比或惯性特征时间尺度与运动时间尺度之比 版权所有 成都信息工程学院 大气科学系 李国平 教授 2008 年 8 月 6 即 00 11 i i ff t et tt 为惯性运动周期 可用来判别大气运动的定常性和快慢性 55 涡度方程的准地转近似涡度方程的准地转近似 简化涡度方程时 涡度和涡度平流的风采用地转风近似 但 其水平散度项只能用实际风计算 准地转涡度方程为 2 0 00 gg gggggg k VffVVfV ttpff VV wff VVV r uu ru ruu ruu r 或 其中 56 第一类准地转运动第一类准地转运动 出现的条件 2 ooi SRR R 或 1 即为中纬度大尺度运动或水平尺 度小于地球半径的大气长波 运动具有显著的涡旋性质 57 第二类准地转运动第二类准地转运动 出现的条件 o R S 1 2 oi R R或 当c或但时 上游扰动的能量先于扰源到达下游 使 下游产生新扰动或加强原有的扰动 即上游系统对下游系统产生影响 称为上游效应 000 0 ggg cccccc 而当 或 但时 下游扰动的能量向上游传播 使上游产生新扰 动或加强原有的扰动 即下游系统对上游系统产生影响 称为下游效应 两者合称上 下 版权所有 成都信息工程学院 大气科学系 李国平 教授 2008 年 8 月 9 游效应 83 伯格近似 伯格近似 对于超长波 涡度方程中b的作用与水平散度的作用相平衡 则涡度具 有准定常性 84 超长波超长波 分移动型和准静止型两类 移动型超长波可认为是水平尺度更大的长波 罗 斯贝波 准静止型超长波主要是由于海陆分布相对应的冷热源以及地形强迫作用通过b 效应而形成 超长波满足准静力 准地转平衡 其波速主要取决于b参数和层结稳定度参 数 85 气流的动力不稳定气流的动力不稳定 在反气旋的梯度风中 气压梯度的约束条件为 2 sin p r n rj W 若实际情形的反气旋流动中 气压梯度很大以至于大于上述约束条件的最大值 则称气流 为动力不稳定 86 惯性不稳定惯性不稳定 南北移动的空气质点离开平衡位置而穿越正压 地转平衡的基本纬向气 流 若基本气流对空气质点的位移起加速作用 则称惯性不稳定 惯性不稳定运动中 扰 动发展的能源主要来自基本气流的动能 惯性不稳定的判据为 0 a u f y z 87 正压不稳定 正压不稳定 正压大气中 由于平均纬向气流的水平切变引起的大气长波扰动发展的 动力机制 称为正压不稳定 长波正压不稳定发展的能源来自于基本气流的动能 通常 正压不稳定必要条件为 平均气流的绝对涡度梯度 2 2 a u yy z b 在区域 中某些地方必须为零 或 2 2 u y b 存在改变符号的地方 即某些地方 21 yyy 和 22 2l 其中 C L是临界波长 Cu为临界垂直切变 22 a C f l 斜压不稳定罗斯贝波的水平结构为平均温度槽落后于平均气压 流场 槽 垂直结构为 高层流场的振幅大于低层流场 且高层流场位相落后与低层流场 槽脊线随高度的增加向 西倾斜 在这种水平 垂直结构下 槽前的暖空气一边向北流且同时上升 而槽后的冷空 气一边向南流且同时下沉 则平均有效位能转换为扰动有效位能再转换为扰动动能 使扰 动得以发展 89 急流内不稳定急流内不稳定 也称急流不稳定 pyuu 时 不稳定不仅与 2 2 y u 有关 而且与 2 2 p u 有关 是一种由正压和斜压组合的不稳定 其不稳定的必要条件为 2 2 2 0 2 2 p uf y u y q s b 在区域的某个地方必须为零 夏季在非洲大陆上 大气低层经常发生的 2000 3000km的扰动 据认为就是该地区以 高度 700mb为中心的东风急流的内不稳定性所引起的 90 开尔文 开尔文 赫姆霍兹不稳定赫姆霍兹不稳定 简称K H不稳定 密度差和风的垂直切变可在两层流体 的分界面上产生重力内波 称为开尔文 赫姆霍兹波 K H波 当波速的根号内部分 为负值时 则产生所谓K H不稳定 稳定层结下形成的波状云可认为是K H不稳定引 起的 91 锋面波锋面波 旋转大气中 密度和速度不连续的倾斜分界面上 产生的惯性重力内波 这 种波动的发展称为锋面波不稳定 版权所有 成都信息工程学院 大气科学系 李国平 教授 2008 年 8 月 11 92 第二类条件不稳定 第二类条件不稳定 简称CISK 热带大气中弱的气旋性扰动与积云对流发生相互作 用时 可造成一种低压环流和积云对流间相互加强的正反馈过程 物理本质 一个弱的热带低压扰动 由于边界层的摩擦辐合作用 即通过埃克曼抽吸作 用 使潮湿空气强迫抬升 引起积云对流发展 水汽凝结加热使低压中心气温升高 气压 下降出现指向中心的气流 由于绝对角动量守恒 切向风速增大 低压环流增强 结果使 对流更强 凝结加热更厉害 如此循环 造成积云对流与低压间的正反馈 使低压不稳定 发展 由这种不稳定发展成的扰动有热带海洋上发展的强热带气旋 台风或飓风 93 行星边界层高度行星边界层高度 当 e zh p g 时 行星边界层的风向第一次与地转风重合 但风速比 地转风值稍大 在此高度之上风速在地转风速率附近摆动 则视此高度为行星边界层顶 称为行星边界层高度或埃克曼层厚度或梯度风高度 94 埃克曼螺线 埃克曼螺线 行星边界层内的风场是水气压梯度力 科氏力和粘滞力 粘性摩擦力 三者之间平衡的结果 若以 u 为横坐标 v 为纵坐标 给出各个高度风速矢V u r 并投影在同 一平面内 则 V的端点迹线为一条螺旋线 称为埃克曼螺线 埃克曼螺线的主要特点有 风穿越等压线吹向低压 在地表面 风与等压线成 45C 夹 角 螺线经过 u v 坐标系的原点 风速和风向随高度都趋近于地转风 且风速首先趋近于 地转风速 95 二级环流 二级环流 又称次级环流 由行星边界层的湍流摩擦效应产生的穿越行星大气边界 层和自由大气环流的垂直环流圈 它是一种叠加在一级环流或称主要环流 自由大气中不 计湍流摩擦的准地转涡旋环流 之上并受这一主环流系统物理制约的环流 这里指的是受行星边界层内的摩擦辐合作用强迫产生的二级环流 而温度平流 绝热增 温等过程也可以导致其他形式的二级环流 96 埃克曼抽吸 埃克曼抽吸 湍流摩擦作用一方面通过二级环流直接输送到自由大气 另一方面通过 二级环流使自由大气与边界层进行质量和动量等物理量的垂直交换 则自由大气中质量大 的空气通过被吸入边界层 而边界层中动量小的空气被抽入自由大气 这种由湍流摩擦诱 导二级环流生成的过程称为埃克曼抽吸 其实质上是穿越边界层顶的二级环流的垂直分支 埃克曼抽吸强度 速度 与自由大气的地转风涡度成正比 97 旋转减弱 旋转减弱 又称旋转衰减 埃克曼抽吸使边界层与自由大气间产生质量和动量的交换 版权所有 成都信息工程学院 大气科学系 李国平 教授 2008 年 8 月 12 自由大气中动量大的空气被吸入边界层 边界层中动量小的空气被抽入自由大气 从而使 自由大气的运动减弱 相应的准地转涡旋环流 一级环流 的涡度也会减弱 称为旋转减 弱 98 旋转减弱时间旋转减弱时间 对高度为 H 的正压涡旋 涡度减弱到原来涡度值的 e 1倍时所需的时间 称为旋转减弱时间 99 东风波东风波 副热带高压南侧偏东气流中 自东向西有规律移动的罗斯贝波 也称低纬罗 斯贝波 是热带对流层低层大气中一种天气尺度的扰动 波长约 2000 5000km 波速约 10 米 秒 周期 4 天 100 开尔文 开尔文 KelvinKelvin 波波 这里指大气开尔文波 低纬对流层上层和平流层下层中 具 有重力波性质向东播的行星尺度波动 其波长约 40000km 移速约 30 米 秒 周期 12 18 天 气压分布和纬向速度分布对赤道对称 没有经向速度分量 而纬向速度分量和经向气 压场处于地转平衡 是能量集中于边界附近的一种边界所 捕获 的波 由赤道对流层中 的大尺度对流加热区的振荡激发所致 101 混合罗斯贝 混合罗斯贝 重力波重力波 低纬对流层上层和平流层下层中 具有罗斯贝波和重力波混 合性质 向西传播的行星尺度波动 又称柳井 Yanai 波 波长为 10000km 移速为 10 米 秒 周期为 4 5 天 气压和纬向速度分布对于赤道反对称 而经向速度分布对于赤道 对称 赤道上纬向风为零 经向风最大 是一种由重力和b效应共同作用形成的混合波 在对流层被大尺度热带对流加热强迫产生 102 赤道波赤道波 又称热带波或低纬波 是赤道地区大气波动的的统称 主要特征是远离赤道 是波动的振幅迅速衰减 包括大气开尔文波 东传 混合罗斯贝 重力波 西传 低纬 罗斯贝波 东风波 西传 以及惯性 重力波 东传 103 SSWSSW 冬季平流层爆发性增温的英文缩写 基本特征为 每隔几年 冬季极地平流层 西风涡旋便发生巨大变形而崩溃 同时平流层的大幅度增暖 从上向下传播 使经向温度 梯度转为相反的方向 并建立一支绕极地的东风气流 产生原因 静止行星波与平流层气流相互作用 导致行星波增强 从而加强对流层向 上传播的能量所致 104 QBOQBO 赤道平流层纬向平均风的准两年振荡的英文缩写 基本特征为 纬向对称的西 风区和东风区有规律地交替出现 其变化周期为 24 30 个月 振荡对于赤道对称 由高层 向低层传播 纬向风处于地转平衡 版权所有 成都信息工程学院 大气科学系 李国平 教授 2008 年 8 月 13 通常认为是东传的开尔文波和西传的混合罗斯贝 重力波垂直传入平流层并与纬向气 流相互作用的结果 105 低频振荡低频振荡 低纬度大气中存在的 30 50 天的振荡性变化现象 通常认为是非绝热的 开尔文波与罗斯贝波所致 106 沃克沃克 walkerwalker 环流环流 从南美到西太平洋赤道地区空气的东西向交换 一般东太平洋 上空的空气下沉 西太平洋上空的空气上升 是由赤道地区大尺度西向海温差驱动的热力 环流 107 南方涛动南方涛动 指太平洋一些台站的气压和印度与爪哇地区的降水有同时增加的趋势 而 此时印度洋地区的气压减小 即南太平洋高压与印度洋低压这两个大气活动中心之间气压 变化呈现负相关关系 是热带沿整个纬圈进行质量交换的表现 108 厄厄尔尼诺尔尼诺 El Nino 原意为圣婴或男孩 过去指在圣诞节前后 出现在赤道东太平洋 海岸附近的一种海温异常升高的现象 现通常指赤道东太平洋海域的海表温度异常升高的 现象及其过程 厄尔尼诺发生时 一般是暖水区首先出现在东太平洋海域 并迅速向西传 播至西太平洋 其循环发生的周期一般为 2 7 年 109 ENSOENSO 具有密切联系的厄尔尼诺和南方涛动这两种现象的统称 110 拉尼娜拉尼娜 La Nina 原意为女孩 也称反厄尔尼诺 指赤道东太平洋海域表面海水温 度异常下降现象 通常紧随厄尔尼诺现象之后发生 据认为是修正由厄尔尼诺造成的气候 失衡的一种自然方式 111 指数循环指数循环 表征纬向环流 西风 强度的环流指数的变化出现循环特征的现象 112 LorenzLorenz 混沌现象混沌现象 对于确定性的系统 其解可能是非周期的 即出现确定性的非周 期流 则运动呈现出非常不规则的行为 113 LorenzLorenz 蝴蝶效应蝴蝶效应 指初始场微小的不确定性导致结果的指数放大 从而提出了 确定论对于天气和气候的可预报性问题 114 波流相互作用波流相互作用 波动能否发展依赖与基本气流 而基本气流的演变也依赖于罗斯贝波 的动量和热量输送 则波动与基本气流之间存在相互影响和相互作用的关系 115 非线性波非线性波 服从非线性偏微分发展方程的有限振幅的波动 波动解不再满足叠加性原 理 其相速 或园频率 不仅与波数有关 还与振幅有关 非线性的作用使波变形 即使 波的廓线变陡 116 孤立波孤立波 由非线性作用引起的波的突陡与频散效应引起的波的加宽相平衡时形成的