中尺度气象学第三章PPT课件

第三章自由大气非对流中尺度循环，3.1自由大气中引力波3.2引力波的发生发展3.3前和急流系统3.4前-急流附近的二次循环，1，-本章要求，掌握：熟悉引力波的观测特性：了解引力波的气象背景：了解引力波的发生：引力波的结构及其对天气的影响：正面中尺度大气环流系统、热岛循环、陆地风、山口风等热强迫运动、对流循环、非对流循环(例如移动引力波、前-急流的二次循环等)、深对流、浅对流、浅对流、底垫面起伏或不均匀的冷空气、雷暴飑线，前非带，3，-，1，引力波基本类型研究的意义：引力波是大气的基本波动之一，也是最简单最基本的中尺度运动之一。 它们可以起到对流风暴、传输能量和动量的重要作用。特别是大振幅的引力波会对天气产生很大的影响。3.1自由大气中的引力波，定义：通常作为外部条件的结果而存在的引力波称为重力外波，当外部条件受到限制(例如上下边界固定)时，流体内部存在的引力波称为重力内波。4，-，重力波是静态稳定大气扰动后产生的振动的传播，5，-，温暖平流导致气体膨胀，从而导致粒子发生位移，升高重力波正面，或大气中的辐射散射场，等风浪，风速垂直剪切，高低空急流的质量调整等7，-7，-，Whatcausesthem？gravity waveshaveavarityofcauses，e . g . flowoveramountainrangeflowoverconective cloud(moving mountain)kelvin-helmhinthetyphoonsymbolsdenocation sofcyclogenesis。theletter sof“a”和“c”standforanticyclonicandcycloniccirculations，14，-，重力波是垂直横向波，粒子振动方向垂直于波的传播方向，此类波动水平传播时纵波或压缩波传播时，粒子振动与波的传播方向平行。水平剪切波在纬向传播时，粒子水平移动，粒子振动方向和波都在水平面(气象图中的水平剪切波)传播。白波也是一种引力波，有固定的发生源。引力波的特性，15，-，引力波，大气中的高水平引力波超过20公里，大气中的低水平引力波低于500米，引力波的类型，大气主体中的引力波为500米至20公里，简称k-h波。这种波的波长很短，通常是中小系统之间的联系体。，二次气象尺度波长可以在数千公里，中等尺度，重力波可以发生在大气的任何高度，从我到地面层，从高到75-100公里的高空，16，-，中等尺度重力波：波长4.4-300公里，平均约34公里；振幅约为852米，气压振幅为0.1-5hPa，平均为0.9hPa；周期4-160分钟，平均27分钟；相位速度为5.9-60m/s。平均26米/秒(Atkinson，1987)Uccellini和Koch(1987)为中尺度重力波长度50-500公里，周期1-4h，气压振幅1.0-7.0 HPA；水平相位速度为13-50m/s。存在时间9-33h或更长。与降水相关的引力波通常是振幅大、存在时间长的引力波。17，-，(3)观测方法微压力计(10bar以下)卫星雷达气象飞机声探测方法，典型对流层中尺度重力波包括大振幅的不规则性和振幅较小的规则类型。18，-重力波产生的天气条件，逆温层或稳定层具有明显的风速垂直剪切Ri0.5(有时为Ri0.25)，Ri越小，重力波振幅越大。19，-，8-，10公里高空前沿，风垂直剪切最大值，理查森最小数，Ri0.25，20，-，引力波的作用，能触发对流的晴空湍流高天空能量传输各种规模的能量交换，21，-引力波可以再次分为移动性和静止性。出现在山脊风面的地形波是延伸到对流层上部和下游层以下的静止重力波。移动型引力波通过时，会引起地面气压及风场的扰动。不同重力波对天气的影响不同。在许多天气分析中，可以看到一些大振幅的二次天气尺度或中等尺度的重力波(或重力惯性波)与对流天气的发生有着密切的关系。23，-，2，引力波的结构，引力波解决方案(李麦克村，1978，大气科学):，24，-，25，-。垂直运动和发散奇偶校验(上升运动区收敛区，沉没运动区发散区)上升运动区一般是降水区。28，-，辐条，沉没，径向，上升，所以高压移动到辐条区域，低压移动到辐条区域，扰动向气流方向传播。大气因对流不稳定，重力波槽过去后，即上升运动区域，对流需要发展。最强对流活动发生在气体块的最大位移。也就是说，与波脊一致。29，-，30，-，引力波在对流天气发展前出现，触发机制的作用。重力波通过已生成的对流区域时，对流强度会周期性变化。波槽后对流开发，最大对流活动出现在波脊，下一波槽接近时对流强度减弱，随后其他波脊接近时对流再次加强。引力波对对流天气的作用，31，-，引力波的作用：将一般降水区域定位在低压循环的后面，高压循环的前面。在32、-正面气旋、台风登陆和低空急流等许多系统中，经常有与暴雨密切相关的中型重力波活动。33，-3.2引力波的发生和发展，1，风的垂直切线和引力波的发生的关系停止大气环境中引力波是由重力和浮力的作用引起的。也就是说，扰动的振动是通过扰动动能和重力势能的相互转换实现的。34，-，Miles(1961)和Howard(1961)等研究了风速垂直切线与引力波发生的关系，指出平均气流的风速将垂直切线变大，如果切线变得不稳定，波动可以从这些动力不稳定气流中获取能量并增长。特别是在急流附近，风速垂直切线很强，容易产生引力波，所以急流附近成为产生中尺度引力波的能量区。引发重力波的条件是ri1/4。35，-，36，-，37，-，38，-，39，-小，近旋转，大，非屈曲旋转，微调产生重力波的动态条件，42，-，可以利用此能量产生上升运动，43，-，空气微团必须克服上升运动中稳定层连接条件下重力的作用力。由于大气的结，微束引起的加速度为：44，-，45，-，垂直风切变大，即理查森数大时，小扰动不随时间指数增加。也就是说，基本气流对于小扰动是稳定的，其能量转换过程与基本气流为常数时相同。垂直风切变大，即理查森数大，小扰动随时间指数增加。也就是说，引力波从基本气流中获取能量，产生不稳定的增长。46，-，47，-，48，-，49，-，中尺度重力波发生时的气象学概念模型(UcceliniandKoch1987)，2，高海拔急流附近的重力波发生，50在低气压下，明显的电线向波动的活动地区的南部或东南延伸。波动一般发生在对流层低层有逆温层的区域，在对流层高层，波动发生在高空急流的出口区域，主要发生在急流轴右侧的反低气压剪切侧。活动区域位于300hPa山脊之间的折弯轴和下游的高度山脊之间。高空喷气风中心(强风核)下游高空槽前急流出口区，实际风核(v)从位于坦克底部的强风核(Vg)移开，移动到坦克前等高线转折轴，由于地球转弯调整，中尺度重力波开始在300hPa坦克前等高线拐点轴(虚线)附近产生，向前发展，最后消失在山脊(虚线)附近引力波活动地区的南溪是地面温暖或准井锋，北溪是高空急流轴。51，-，在急流区，大气稳定，Ri0，垂直切割大到可以制造正面，相反有电线。65，-，中尺度高空急流：强而窄的准水平气流带。低空急流：出现在对流层底部700hPa左右的急流。高空急流：通常指对流层顶急流。具体强度标准通常要求急流中心最大风速大于或等于对流层顶30m/s，风速水平切向变量等级为每100公里5m/s，垂直切向变量等级为每公里5 10m/s。中型高空急流！66，-，急流带中心的长轴是急流轴。急流轴的左侧风速有低气压剪切，右侧风速有低气压剪切。急流轴的左侧风速有低气压剪切，右侧风速有低气压剪切。流线曲率小的情况下，急流轴的左侧相对涡度为正，右侧相对涡度为负。急流的宽度是指急流中心两侧风速等于最大风速的一半的两个点之间的距离。67，67，-，图3.6在一个气象尺度槽中，中尺度急流的传播过程(卡尔森，1998)，68，-p61度3.7的原因：内部摩擦力的横向混合改变了柯特力的大小，产生了偏差风。急流轴的右翼口前：叶云变成成熟的旋涡云，69，-，3.4前面-，急流附近的二次循环，(1)急流附近的二次循环，70，急流出口：左侧上升，右侧下沉的水平二次循环；急流入口：右上升，左下沉水平二次循环；上升，下沉，上升，下沉，-，a，动能方程：极大的旋转风，71，-，a是加速度(蓝色矢量)，红色矢量黑矢量实际风，JH是高海拔急流的中心，b，偏差风：急流的出口区域发生间接热循环(寒冷的一面上升，温暖的一面下沉)。，-，74，西风急流的左侧是冷空气，右侧是暖空气，因此入口地区的水平直接热循环可以将大气有效位置转化为动能，因此空气会加速到急流中心。出口有间接的热循环，动能转化为有效位置能量，空气减速。-，75，-，低空急流，76，大规模低空急流：与对流层行星尺度系统相连的基本气流；低空急流扰动：一般低空急流，850-700hPa附近，与气象系统开发密切相关；边界层急流：发生在大气边界层内，垂直切线变强，水平和弱，有明显的日变化。-，低空急流，暴雨大部分发生在低空急流左侧200公里以内，大部分降落在低空急流的左前