《高原氣象學(xué)進(jìn)展》課件cha4 青藏高原的動(dòng)力作用

1、第五章第五章 青藏高原的動(dòng)力作用青藏高原的動(dòng)力作用關(guān)鍵詞：爬流，繞流，地形強(qiáng)迫，定常波，傾斜關(guān)鍵詞：爬流，繞流，地形強(qiáng)迫，定常波，傾斜渦度，渦度，Taylor柱柱 介紹青藏高原大地形對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力介紹青藏高原大地形對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力作用。作用。 地形動(dòng)力作用的表述方法、大地形對(duì)定地形動(dòng)力作用的表述方法、大地形對(duì)定常波的作用等。常波的作用等。 數(shù)值試驗(yàn)、渦度診斷分析以及能量診斷數(shù)值試驗(yàn)、渦度診斷分析以及能量診斷分析。分析。 青藏高原的動(dòng)力作用和熱力作用對(duì)大氣青藏高原的動(dòng)力作用和熱力作用對(duì)大氣環(huán)流、天氣系統(tǒng)影響的相對(duì)重要性（環(huán)流、天氣系統(tǒng)影響的相對(duì)重要性（西西南低渦的動(dòng)力成因南低渦的動(dòng)力成因or加

2、熱成因說加熱成因說？）。？）。5.1 繞流、爬流和阻擋作用繞流、爬流和阻擋作用 5.1.1 阻擋阻擋 5.1.2 爬流和繞流爬流和繞流 5.1.3 摩擦摩擦 5.1.4 地形尺度與地形作用地形尺度與地形作用 地形動(dòng)力的作用指純粹由地形機(jī)械阻擋和摩擦引起的大氣動(dòng)力過程的變化，這種作用歸納起來有以下幾種形式。 阻擋（屏障）：廣義的阻擋概念就是地形動(dòng)力作用，而狹義的阻擋概念則指山脈對(duì)氣流阻擋的直接作用。 性質(zhì)明顯不同的氣團(tuán)能夠以平衡態(tài)存在于山脈兩側(cè)，也就是說山脈可以阻擋大氣中物理量（熱量、角動(dòng)量和水汽等）的交換。 氣流在流動(dòng)過程中遇到山脈后，一部分被強(qiáng)迫抬升越山而過，稱為爬流； 另一部分在水平方向偏

3、轉(zhuǎn)并繞山而過，稱為繞流。 氣流在爬越山過程中，其動(dòng)力學(xué)性質(zhì)將發(fā)生很大變化（氣柱拉伸、減壓、增加正渦度），?？稍谏矫}上空形成山脈波，在山脈下游形成背風(fēng)系統(tǒng)（波、槽、氣旋、渦）。動(dòng)力學(xué)理論認(rèn)為背風(fēng)波是氣流爬越山脈過程中保持位渦守恒的結(jié)果。 繞流可使氣流分支，對(duì)于西風(fēng)氣流繞流可使其分為南北兩支。 北支氣流發(fā)生反氣旋彎曲，南支氣流發(fā)生氣旋式彎曲。 并在其下游形成西南低空急流（SW LLJ）、切變線和尾流渦等伴生系統(tǒng)。 爬流和繞流作用的相對(duì)大小，一方面取決于山脈本身的特征 以地球上兩大著名的地形青藏高原和落基山為例，兩者的形狀差異很大。 對(duì)于同樣不太強(qiáng)的西風(fēng)氣流，南北尺度較大的落基山其爬流作用比繞流明顯

4、； 而近似橢圓形狀的青藏高原，由于高度較高，其繞流作用就要比爬流明顯（特別是夏季西風(fēng)較弱時(shí)）。 另外，爬流與繞流的相對(duì)大小，還與氣流強(qiáng)度、層次和層結(jié)穩(wěn)定度有關(guān)。爬流和繞流的定量表達(dá)地形抬升與爬流 多少氣流爬，多少氣流繞？ 根據(jù)尺度分析得出： （1）運(yùn)動(dòng)的水平尺度 1000km， 垂直尺度小于臨界高度，則大尺度運(yùn)動(dòng)是準(zhǔn)水平的（繞流）、準(zhǔn)地轉(zhuǎn)的； （2）運(yùn)動(dòng)的水平尺度 1000km， 垂直尺度3103m，則運(yùn)動(dòng)一般為繞流；如果此時(shí)運(yùn)動(dòng)為爬流，則是氣流是非地轉(zhuǎn)的，并伴隨大振幅的慣性重力波，從而產(chǎn)生地形影響下的地轉(zhuǎn)適應(yīng)過程（地形適應(yīng)）。摩擦=外摩擦（地面摩擦+側(cè)向摩擦）+內(nèi)摩擦（邊界層湍流摩擦） 有地

5、形的地區(qū)，地面摩擦不僅可以加大垂直切變而且可以改變水平切變 側(cè)向摩擦所致的水平切變必然引起氣流的偏轉(zhuǎn)。 對(duì)于青藏高原這種大地形，摩擦作用的影響高度（邊界層高度）比平原地區(qū)要高許多。5.2 大地形的動(dòng)力作用大地形的動(dòng)力作用 氣象中的大地形 指地球上水平尺度達(dá)數(shù)百到數(shù)千千米的山脈 如青藏高原（亞洲：中國）、落基山（北美：美國、加拿大）、安的斯山（南美：秘魯）、阿爾卑斯山（歐洲）、格陵蘭（北美）等 第一，在研究方法上，研究第一，在研究方法上，研究大尺度地形大尺度地形必須考慮地球必須考慮地球的球面性（的球面性（科氏力；長波，慣性科氏力；長波，慣性-重力波重力波）。）。 第二，地形作用的性質(zhì)不同。第二，

6、地形作用的性質(zhì)不同。小尺度地形小尺度地形對(duì)天氣尺度對(duì)天氣尺度系統(tǒng)的作用可用系統(tǒng)的作用可用線性理論線性理論來研究，即可只考慮來研究，即可只考慮爬流爬流而而忽略繞流的作用。忽略繞流的作用。 地形的作用有一個(gè)地形的作用有一個(gè)臨界高度（約為臨界高度（約為1-1.5km）。 只有當(dāng)?shù)匦胃叨鹊陀谂R界高度時(shí)，才能忽略繞流的轉(zhuǎn)只有當(dāng)?shù)匦胃叨鹊陀谂R界高度時(shí)，才能忽略繞流的轉(zhuǎn)向作用，而對(duì)爬流采取線性近似。向作用，而對(duì)爬流采取線性近似。 大地形的作用是非線性的大地形的作用是非線性的，繞流繞流的作用對(duì)青藏高原這的作用對(duì)青藏高原這樣的大地形特別重要。樣的大地形特別重要。 5.3 對(duì)西風(fēng)槽移動(dòng)的影響對(duì)西風(fēng)槽移動(dòng)的影響 5.3.1 大地形和加熱作用的相對(duì)重要性大地形和加熱作用的相對(duì)重要性 5.3.2 不同區(qū)域地形和不同基流下的地形不同區(qū)域地形和不同基流下的地形作用作用 5.4 西南低渦的傾斜渦度發(fā)展機(jī)制西南低渦的傾斜渦度發(fā)展機(jī)制(SVD) 5.5 Taylor柱與西南低渦的形成柱與西南低渦的形成 5.6 高原低渦的能量診斷分析高原低渦的能量診斷分析 5.7 多尺度地形對(duì)西南低渦形成的動(dòng)力作用多尺度地形對(duì)西南低渦形成的動(dòng)力作用南支西風(fēng)氣流在青藏高原背南支西風(fēng)氣流在青藏高原背風(fēng)坡發(fā)生氣旋式風(fēng)坡發(fā)生氣旋式