氣旋與反氣旋

3.1氣旋、反氣旋的特征和分3.2渦度與渦度方3.3位勢傾向方程與ω方3.4溫帶氣旋與反氣3.5東亞氣旋與反氣從流場（風場）角度研究氣壓系第三章氣旋與反氣 大氣科學學院§3.1氣旋與反氣示意圖，氣壓系統(tǒng)高低空配氣旋的水平尺度：一般用最閉合等壓線包極渦，鋒面氣旋，臺風，中尺度低第三章氣旋與反氣 大氣科學學院第三章氣旋與反氣 大氣科學學院氣旋、反氣旋的特征和分用中心氣壓值來表示（臺風會用近中心風力表示） 67米/秒920第三章氣旋與反氣 大氣科學學院 第三章氣旋與反氣 大氣科學學院氣

斜壓槽脊圖反氣

按熱力結 冷性反氣旋：溫壓場結構不對稱，向暖區(qū)一側傾不同溫度屬性的氣旋、反氣旋會轉鋒面氣 無氣 冷高壓→變性高第三章氣旋與反氣 大氣科學學院 45～55

25～35

大氣中各種尺度的渦旋性質、強度（G、D）→渦度（來描述→建立渦度方程，研究渦度的局地變化（中高緯大尺度大氣運動符合地轉關系（

H氣旋，反氣旋均為流場上的渦旋，為了描述其性質和強度引入個理量 渦度第三章氣旋與反氣 大氣科學學院從天氣分析實踐與理論中發(fā)現，在大尺度天氣系大氣基本上是作渦旋運動，描述大氣旋轉程度渦旋運動——大尺度環(huán)流的旋轉特征，宏渦度——流體質點塊的渦旋特征，

繞跑道轉動性質。 樹葉落在河中時，由于河流中心的流速快，靠近河樹葉除向下游移動外，自身還在發(fā)生旋轉靠近右岸的樹葉作順時鐘旋轉。y氣塊在風場

中會發(fā)生旋uuuu？？x

(c)繞垂直軸的旋轉運動旋轉速度可以用水平速度的切變來加以表征和描述。

氣象上的定渦度的定義：渦度（）是度量流體元量旋轉程和方向的物理量。（）是一個向量，其大小等

滿足右手螺數學表達式

(V

wk第三章氣旋與反氣 大氣科學學院“z”坐標系中的度表達式 V

zyw

vz

wx

uy在x、y、z軸上的三個分量x

w

y

u

z

v 水平

z

v 第三章氣旋與反氣 大氣科學學院3.2渦度與渦度方程第一種情

u0，，

0v，，

v

--------t

線段ab

va

第三章氣旋與反氣 大氣科學學院3.2渦度與渦度方程

arctg

d

角速度的方向是繞z軸方向 單位時間的弧度，角速第三章氣旋與反氣 大氣科學學院

v 第二種情

設v0

ua

arctg

d

v

可知，渦度是由于速度空間分布不均，造成流體質塊的旋轉運動的物理量。第三章氣旋與反氣 大氣科學學院3.2渦度與渦度方程地轉風渦度表

v

9.8

v

9.8地轉風渦度為

ug

9.82

2H g

xy

fx

y f第三章氣旋與反氣 大氣科學學院 ug

9.82

2H

x

x

y 地轉風渦度計見右圖，計算“o”g。H Hx

xx

Hy

yy 第三章氣旋與反氣 大氣科學學院3.2渦度與渦度方程xH

H1H0,H H0H3

x yH

H2H H H0H

,y 2H

2H

x

0 d0

y

0 d0 第三章氣旋與反氣 大氣科學學院3.2渦度與渦度方程

2

4H

fd

gg反之為負渦

第三章氣旋與反氣 大氣科學學院3.2渦度與渦度方程見圖設β為自然坐標與直角向全風速。（第三章氣旋與反氣 大氣科學學院3.2渦度與渦度方程

uVcos

vVsinvu

Vcos

cos

Vsin旋轉

標

0,

,

1于

V

V

1

K

s得 s

替實際風VK和R 第三章氣旋與反氣 大氣科學學院

高空槽底①Vg

K

Ks

則ζg

Ks

則ζg

實際情

對稱槽的渦度流 大氣科學學院 高空急流二側渦度的第三章氣旋與反氣 大氣科學學院+（等高線的疏密以上的渦度都是空氣相對地球運動造成的渦相對渦度，實際上，地球是非慣性絕對速度絕對渦度。3.2渦度與渦度方程絕對速度=相對速VaV Ve牽速速 +牽連速a e

ef

極地2倍的地轉赤道為第三章氣旋與反氣 大氣科學學院3.2渦度與渦度方程f

0,

半

0,f

f在北半球大尺度運動中

~104秒1

~05秒1西風帶槽脊尺度越大，移速越第三章氣旋與反氣 大氣科學學院 3.2渦度與渦度方

為了表達了自由大氣的運動主要特征，有預報意義，即渦度的局地變化與何有關uuuvu

gz

vuvvv

gz

第三章氣旋與反氣 大氣科學學院3.2渦度與渦度方程 :x(t)x(ux)x(vy)x(p)x(gy)x( u v

2z

t(x)xxux(x)

yvx(y)x

)-

- -f

xp

這樣

變偏導次序，合并相關

v

2z :t

xx

(

x

ppx

-f

同樣可

u

2z

y:t(y)y

y

x(

)

y)

y)-

f

v

第三章氣旋與反氣 大氣科學學院3.2渦度與渦度方程這樣（3）-（4）式，得(v-

)

)

y x y(v-u)-f(uv)vy 用vu入 u

v

)v

u-v-f(u

y

x

u

v

dff

u

v

v第三章氣旋與反氣 大氣科學學院接板

3.2渦度與渦度方程這 f

f

f這樣（5）式可寫為d(f

u-

v-

“P”坐標中的垂直渦度方程——渦度方在天氣預報中，討論

，（6）式寫為t-(u

)

u-

v)-(f)(u

y傾

x

第三化氣旋流反氣旋

大氣合學學院苗3.2渦度與渦度方程1

正渦度局地增加，氣旋性環(huán)流加強，反氣第三章氣旋與反氣 大氣科學學院2-(u2

對渦度平流項，渦度水平輸送所引起的相對渦度v局地v

自然標討

在自然坐標系中

度在流線方向分布不 方 又有空氣的水平運動V在高空槽線處，為正渦度中心，脊線處為負渦度中所以，在槽前脊后

vy

正渦度平

畫一槽脊（渦在槽后脊前

0渦度平流

中心）和風場

在對稱的槽（脊） ，故無渦度平y(tǒng)全是S，度平流為0第三章氣旋與反氣 大氣科學學院3.2渦度與渦度方程

dp0上升 這

dt0下沉

風速小，渦度下）上升運動則-

0

對某一層而言局地渦度減

第三章氣旋與反氣 大氣科學學院3.2渦度與渦度方程4v4

v

在北半球

v0,v

0,

長波不連續(xù)后

v0,v

0,

第三章氣旋與反氣 大氣科學學院)3.2渦度與渦度方程)((5、y

的垂直切變

速度在水平方向上分布不均而 傾,y成對渦度直分量有貢獻 渦度的局地變 科研中重要，次第三氣旋與反氣旋垂直渦度發(fā)生變

大氣科學學院3.2渦度與渦度方程6

)(u 項

(uv)

f(u

(

v

相渦散 地渦散

u

0則

氣旋中水輻合時，當0時

vu0則

畫 渦增當0時

u u

0則0則

公式討論如此，實際情況有第三章氣旋與反氣 大氣科學學院3.2渦度與渦度方程⑵f⑵

f0

uv uv

則則

*討論：f>0

uv設u0設

v

v

ζ

即產生-方向的第三章氣旋與反氣 大氣科學學院3.2渦度與渦度方程ζ-(u

-v

)v

ζ(

u

u)

uv

1010略去方程中的小項（11）， )(f

u

第三章氣旋與反氣 大氣科學學院3.2渦度與渦度方程 d(

f

第三章氣旋與反氣 大氣科學學院3.2渦度與渦度方應用舉例：大氣長波產生的機制（β效應北北

f

為保持絕對渦度

作用f

C點：f

開始v

可見，大氣長波產生機制是空氣質點擾動在f隨緯度變化作用下的傳布：就是β效應第三章氣旋與反氣 大氣科學學院

在等高線均勻分布的槽中(如圖所槽前脊 Vgg

0等壓面位勢高

槽后脊

gg等壓面位勢gg

0

0g槽（脊）線g

0度平流

相對渦度平流使槽脊第三章氣旋與反氣 大氣科學學院

fVg