第三章 气旋与反气旋.doc

第三章气旋和反气旋
——温带锋面气旋(地面)
气旋,反气旋的特征和分类
一、定义:
气旋——气旋是占有三度空间,在同一高度上中心气压低于四周的大尺度涡旋。在北半球,气旋范围内气流作逆时针旋转,南半球相反。
反气旋——反气旋是占有三度空间,在同一高度上中心气压高于四周的大尺度涡旋。在北半球,反气旋范围内气流作顺时针旋转,南半球相反。
二、气旋和反气旋的水平尺度
图形
气旋水平尺度平均1000公里
反气旋水平尺度>>气旋,几千~上万公里
三、气旋和反气旋的强度
:970~1010 hpa
地面反气旋中心气压平均:1020~1030 hpa

气旋: “加深”; “添塞”
反气旋:“减弱”; “增强”
、反气旋,冬季比夏季强;
气旋在海上比陆地上强,反气旋则反之
四、气旋和反气旋的分类
气旋图形
地理分类温带气旋
热带气旋
热力分类
锋面气旋
热带气旋:台风、热带低压
无锋面气旋地方性气旋下垫面加热
地形影响
锋前热低压:高空暖平流
反气旋
地理分类:极地反气旋,温带反气旋,副热带反气旋
热力分类:冷性反气旋,暖性反气旋
第2节涡度和涡度方程
涡度
涡度——流体质块速度的旋度
表达式
1."z"坐标系相对涡度表达式
∵大气运动主要是准水平,垂直涡度是主要的
——①
说明意义:图形
设 u=0
则
∵
∴
气块做逆时针(气旋式)旋转
气块做顺时针(反气旋式)旋转
表示气块与x轴平行的边界转动的角速度
同理表示气块与y轴平行的边界转动的角速度
气块做气旋式旋转——正涡度
气块做反气旋式旋转——负涡度
表示整个气块绕垂直轴的旋转——垂直涡度分量
2.“P”坐标系的相对涡度表达式
——②
天气图上定性判断涡度
图形南风为正北风为负
图形∴槽线上为负涡度
∴脊线上为负涡度

地转风
代入②式得
——③

热成风
代入②式得到:
——④
——直角坐标
=

取自然坐标系,并取x轴与S轴相切,则β=0
∴——⑤
:曲率
讨论⑤式的各项意义
①曲率涡度
∵ V>0
∴ Ks>0 气旋性曲率正涡度
Ks<0 反气旋性曲率负涡度
风速越大,曲率越大——涡度越大
天气图上
图形槽线上具有曲率涡度极大值
脊线上具有曲率涡度极小值
②切变涡度
气旋式切变正涡度
反气旋式切变负涡度
切变越大——涡度越大
图形图形
天气图上急流区:
图形
∴高空西风急流北侧为正涡度
高空西风急流南侧为负涡度
——在绝对坐标系

:绝对速度:相对速度:牵连速度
得到:
:绝对涡度:相对涡度:行星涡度
∵
∴图形
取自然坐标
∴

行星涡度大小为地球自转角速度两倍
行星涡度方向与地球自转角速度的方向一致
∴绝对涡度
其垂直分量
注意:北半球,
中高纬大尺度运动
二、涡度方程
1.“P”坐标系中的垂直涡度方程
由水平运动方程

做运算:(注意:,)
绝对涡度个别变化——⑨
相对涡度的局地变化
——⑩
⑩式的物理意义
①相对涡度平流

图形正涡度平流
,负涡度平流
沿着气流方向,相对涡度减小,,正涡度平流局地涡度增加
沿着气流方向,相对涡度增加,,负涡度平流局地涡度减小
天气图应用
图形
槽前脊后有正的涡度平流
槽后脊前有负的涡度平流
槽脊线为涡度平流零线
正圆形的高,低系统涡度平流为零
②地转涡度平流

北半球f>0,
图形 f随纬度增加而增大,f客观分布南小北大

天气图上的应用图形
槽前脊后偏南风,有负地转涡度平流
槽后脊前偏北风,有正地转涡度平流
实际上定性判断
短波槽以相对涡度平流为主
长波槽以地转涡度平流为主——稳定,西退
③相对涡度的垂直输送图形
相对涡度随高度增加

相对涡度随高度减小

④涡度倾侧项图形

u随高度减小,在负y方向,产生切变涡度
ω随y轴增大
∴,水平涡度倾斜
,涡度增大(产生正的垂直涡度)
反之,水平涡度倾斜,,涡度减小(产生负的垂直涡度)
⑤散度项

北半球, (大一个量级)

空气辐合产生正涡度,气流做气旋式旋转
空气辐散产生辐涡度,气流做反气旋式旋转图形
3,涡度方程的简化


上式简化: ——