第七講熱帶大氣的動力學(xué)特征與輻散環(huán)流

1、第七講第七講 熱帶大氣的動力學(xué)特征與熱帶大氣的動力學(xué)特征與輻散環(huán)流輻散環(huán)流丁一匯丁一匯國家氣候中心國家氣候中心高等天氣學(xué)系列講座高等天氣學(xué)系列講座單元三：熱帶大氣環(huán)流和天氣系統(tǒng)單元三：熱帶大氣環(huán)流和天氣系統(tǒng)（2014年春季）年春季）熱帶一般是指南北半球副熱帶高壓脊線之間的區(qū)域，而副熱帶高熱帶一般是指南北半球副熱帶高壓脊線之間的區(qū)域，而副熱帶高壓脊線也是地面東風(fēng)帶和西風(fēng)帶之間的分界線。這個分界線平均壓脊線也是地面東風(fēng)帶和西風(fēng)帶之間的分界線。這個分界線平均位于位于3030緯度左右。熱帶幾乎占全球面積的一半。它之所以重要主緯度左右。熱帶幾乎占全球面積的一半。它之所以重要主要有三個方面：第一，熱帶是整

2、個大氣的水汽、熱量和角動量源。要有三個方面：第一，熱帶是整個大氣的水汽、熱量和角動量源。第一章已一般的說明了正是在熱帶大氣從地面得到角動量，并在第一章已一般的說明了正是在熱帶大氣從地面得到角動量，并在熱帶大氣所獲得的熱量超過了向外輻射所損耗的熱能，這種盈得熱帶大氣所獲得的熱量超過了向外輻射所損耗的熱能，這種盈得的動量和熱量向極地方向輸送以補償中高緯的大氣角動量和熱量的動量和熱量向極地方向輸送以補償中高緯的大氣角動量和熱量的損失；第二方面是由于熱帶大氣和擾動與中高緯的大氣和擾動的損失；第二方面是由于熱帶大氣和擾動與中高緯的大氣和擾動有明顯的相互作用，這使得人們不能把這兩個地區(qū)的環(huán)流看作是有明顯的

3、相互作用，這使得人們不能把這兩個地區(qū)的環(huán)流看作是完全孤立的，其中任一地區(qū)的預(yù)報都必須考慮來自另一地區(qū)的影完全孤立的，其中任一地區(qū)的預(yù)報都必須考慮來自另一地區(qū)的影響；第三，熱帶地區(qū)是地球上主要的海洋區(qū)，海氣相互作用以及響；第三，熱帶地區(qū)是地球上主要的海洋區(qū)，海氣相互作用以及遙相關(guān)顯著，這是影響全球天氣與氣候形成和異常的一個主要原遙相關(guān)顯著，這是影響全球天氣與氣候形成和異常的一個主要原因。因。 圖圖7.1a7.1a平均緯向風(fēng)的緯向剖面。左：平均緯向風(fēng)的緯向剖面。左：12122 2月平均；右：月平均；右：6 68 8月平均月平均根據(jù)根據(jù)1971197120002000年年NCEPNCEP再分析資料制

4、作再分析資料制作 單位：單位：msms-1-1 （王慧提供，（王慧提供，20042004）熱帶大氣典型探空曲線（左圖）。熱帶大氣典型探空曲線（左圖）。ee是相當(dāng)位溫，是相當(dāng)位溫，ee* *：飽和相當(dāng)位溫。（與每層溫度相同，但假定達到飽和大氣時飽和相當(dāng)位溫。（與每層溫度相同，但假定達到飽和大氣時的相當(dāng)位溫）。這種探空分布與中緯颮線中的探空曲線類似。的相當(dāng)位溫）。這種探空分布與中緯颮線中的探空曲線類似。平均熱帶大氣在平均熱帶大氣在600hPa600hPa以上是條件不穩(wěn)定的，大尺度上升質(zhì)以上是條件不穩(wěn)定的，大尺度上升質(zhì)量流是逆梯度輸送的，因而使對流層上部冷卻，因而這種環(huán)量流是逆梯度輸送的，因而使對流

5、層上部冷卻，因而這種環(huán)流不能產(chǎn)生位能。大面積積雨云（或熱塔）中心區(qū)的假絕熱流不能產(chǎn)生位能。大面積積雨云（或熱塔）中心區(qū)的假絕熱過程，這時氣塊近于使過程，這時氣塊近于使ee守恒，當(dāng)氣塊到達對流層上部時，守恒，當(dāng)氣塊到達對流層上部時，溫度可高于周圍環(huán)境的溫度，因而熱帶大氣（主要是溫度可高于周圍環(huán)境的溫度，因而熱帶大氣（主要是ITCZITCZ區(qū)）區(qū)）的上升氣流主要限于個別對流單體中情況下，赤道區(qū)熱平衡的上升氣流主要限于個別對流單體中情況下，赤道區(qū)熱平衡可以滿足（抵消輻射冷卻）可以滿足（抵消輻射冷卻）。條件不穩(wěn)定環(huán)境下的探空曲線（右圖），它發(fā)生在條件不穩(wěn)定環(huán)境下的探空曲線（右圖），它發(fā)生在北美中西部強

6、風(fēng)暴形勢下。北美中西部強風(fēng)暴形勢下。 ，e e和和e e* *同左圖。同左圖。點線代表從地面上升的無夾卷氣塊的點線代表從地面上升的無夾卷氣塊的ee曲線，箭曲線，箭頭為頭為LFCLFC。（Holton, 2004）7.1 7.1 熱帶大氣的動力學(xué)特征熱帶大氣的動力學(xué)特征（FrFr數(shù)的意義見附錄）數(shù)的意義見附錄）由于熱帶天氣尺度系統(tǒng)的無輻散性，所以過去一些人由于熱帶天氣尺度系統(tǒng)的無輻散性，所以過去一些人認(rèn)為這種系統(tǒng)的發(fā)展與來自中緯度的側(cè)向強迫作用有認(rèn)為這種系統(tǒng)的發(fā)展與來自中緯度的側(cè)向強迫作用有關(guān)。實際上這種機制并不是必要的。熱帶天氣尺度擾關(guān)。實際上這種機制并不是必要的。熱帶天氣尺度擾動的發(fā)展完全有

7、可能從熱帶行星尺度運動系統(tǒng)取得能動的發(fā)展完全有可能從熱帶行星尺度運動系統(tǒng)取得能量。例如可以注意到，對流性天氣尺度的擾動（包括量。例如可以注意到，對流性天氣尺度的擾動（包括熱帶氣旋）常在特定的地理區(qū)域形成，這些區(qū)域正好熱帶氣旋）常在特定的地理區(qū)域形成，這些區(qū)域正好對應(yīng)于行星尺度流型的上升區(qū)，如西太平洋，西大西對應(yīng)于行星尺度流型的上升區(qū)，如西太平洋，西大西洋地區(qū)等。洋地區(qū)等。 （3 3）存在著不同類型大尺度低頻變化的流型或波動。用經(jīng)典的潮汐）存在著不同類型大尺度低頻變化的流型或波動。用經(jīng)典的潮汐 理論不少人對行星尺度、緩慢變化的熱帶大氣進行了研究。在理論不少人對行星尺度、緩慢變化的熱帶大氣進行了研

8、究。在 不同的環(huán)境條件和強迫作用下（如不同的非絕熱加熱）得到了不同的環(huán)境條件和強迫作用下（如不同的非絕熱加熱）得到了 一些不同類型的大尺度流型或波動。這些流型與觀測十分相近。一些不同類型的大尺度流型或波動。這些流型與觀測十分相近。 例如對于緯向波數(shù)例如對于緯向波數(shù)1 1的情況，人們發(fā)現(xiàn)在熱帶存在著向西和向東的情況，人們發(fā)現(xiàn)在熱帶存在著向西和向東 傳播的重力波、向東傳播的凱爾文波、向西傳播的混合傳播的重力波、向東傳播的凱爾文波、向西傳播的混合RossbyRossby 波（或者叫波（或者叫MYMY波，因是由波，因是由MaruyamaMaruyama和和YanaiYanai發(fā)現(xiàn)）以及斜壓和正發(fā)現(xiàn)）以

9、及斜壓和正 壓的壓的RossbyRossby波。它們是自由模態(tài)，其中開爾文波與混合波。它們是自由模態(tài)，其中開爾文波與混合RossbyRossby 波尤其重要。在東風(fēng)基本氣流情況下，只有開爾文波具有很慢波尤其重要。在東風(fēng)基本氣流情況下，只有開爾文波具有很慢 的速度，以致可以看作是定常解。對于西風(fēng)基本氣流，可以激的速度，以致可以看作是定常解。對于西風(fēng)基本氣流，可以激 發(fā)出一系列的發(fā)出一系列的RossbyRossby波。對于潮汐波在實際緯向風(fēng)速條件下總波。對于潮汐波在實際緯向風(fēng)速條件下總 是瞬變的。另外還存在由非絕熱加熱引起的強迫模態(tài)（是瞬變的。另外還存在由非絕熱加熱引起的強迫模態(tài)（GillGill

10、模模 態(tài)）?？煞譃槌嗟缹ΨQ加熱和赤道非對稱加熱。如加熱在北半態(tài)）。可分為赤道對稱加熱和赤道非對稱加熱。如加熱在北半 球，可產(chǎn)生比較實際的熱帶流場，這個問題我們不討論。球，可產(chǎn)生比較實際的熱帶流場，這個問題我們不討論。也就是說，東西方向它是一種淺水重力波（水平尺度很大，也就是說，東西方向它是一種淺水重力波（水平尺度很大，垂直厚度很小），而在南北方向是符合地轉(zhuǎn)平衡，并且離開垂直厚度很?。?，而在南北方向是符合地轉(zhuǎn)平衡，并且離開赤道，振幅衰減，到赤道，振幅衰減，到1010N N和和1010S S基本上消失，所以它是一基本上消失，所以它是一種只向東傳的赤道波。開爾文波的產(chǎn)生大致可以認(rèn)為：近赤種只向東傳的

11、赤道波。開爾文波的產(chǎn)生大致可以認(rèn)為：近赤道有某種強迫（如加熱），這可以由大范圍對流云系發(fā)展造道有某種強迫（如加熱），這可以由大范圍對流云系發(fā)展造成。結(jié)果在該區(qū)造成氣柱中重力內(nèi)波型的垂直分布的輻散成。結(jié)果在該區(qū)造成氣柱中重力內(nèi)波型的垂直分布的輻散/ /輻合的振蕩。如產(chǎn)生輻散（見圖輻合的振蕩。如產(chǎn)生輻散（見圖7.27.2高低壓中心之間地區(qū)），高低壓中心之間地區(qū)），由于由于f f在南北半球是反號的，結(jié)果西風(fēng)時，空氣質(zhì)量都向赤在南北半球是反號的，結(jié)果西風(fēng)時，空氣質(zhì)量都向赤道堆積，結(jié)果引起赤道處質(zhì)量增加，而形成高壓，而東風(fēng)區(qū)道堆積，結(jié)果引起赤道處質(zhì)量增加，而形成高壓，而東風(fēng)區(qū)則對應(yīng)于低壓區(qū)，又由于重力波

12、相速度則對應(yīng)于低壓區(qū)，又由于重力波相速度 hehe是厚度是厚度。只有只有C0C0，離赤道的衰減解才存在，所以開爾文，離赤道的衰減解才存在，所以開爾文波只能東傳。波只能東傳。22,vCghek20exp2yuuCKelvinKelvin波是一種特別類型的重力波：它受到地球旋轉(zhuǎn)的影響，波是一種特別類型的重力波：它受到地球旋轉(zhuǎn)的影響，并且在赤道被截獲（或側(cè)向垂直邊界或山脈）。其存在條件并且在赤道被截獲（或側(cè)向垂直邊界或山脈）。其存在條件：（1 1）重力和穩(wěn)定層結(jié)維持重力振蕩。）重力和穩(wěn)定層結(jié)維持重力振蕩。（2 2）明顯的科氏力加速。）明顯的科氏力加速。（3 3）赤道的存在，作用在赤道區(qū)西風(fēng)的科氏力趨

13、于使西風(fēng)折向赤道，）赤道的存在，作用在赤道區(qū)西風(fēng)的科氏力趨于使西風(fēng)折向赤道， 這導(dǎo)致流體在赤道區(qū)堆積，在赤道形成氣壓最大值。以后指向極這導(dǎo)致流體在赤道區(qū)堆積，在赤道形成氣壓最大值。以后指向極 地的氣壓梯度與指向赤道的科氏力平衡（即導(dǎo)致西風(fēng)氣流是地轉(zhuǎn)地的氣壓梯度與指向赤道的科氏力平衡（即導(dǎo)致西風(fēng)氣流是地轉(zhuǎn) 的）因而赤道像一側(cè)墻支持的）因而赤道像一側(cè)墻支持KelvinKelvin波，高壓與西風(fēng)同相，低壓與波，高壓與西風(fēng)同相，低壓與 東風(fēng)同相，它只向東傳播，這是由于赤道截獲的條件要求（見東風(fēng)同相，它只向東傳播，這是由于赤道截獲的條件要求（見 公式）。公式）。 u圖圖7.2 7.2 赤道大氣赤道大氣K

14、elvinKelvin波的氣壓場和風(fēng)場水平分布波的氣壓場和風(fēng)場水平分布（取自（取自Matsumo, 1966Matsumo, 1966）圖圖7.3 7.3 赤道大氣混合赤道大氣混合RossbyRossby重力波的氣壓場和風(fēng)場水平分布重力波的氣壓場和風(fēng)場水平分布（取自（取自Matsumo, 1966） 混合混合RossbyRossby重力波的流場相對于赤道是一個對稱重力波的流場相對于赤道是一個對稱渦旋，而氣壓場不與赤道呈對稱分布，高低壓中心渦旋，而氣壓場不與赤道呈對稱分布，高低壓中心分別位于赤道的兩側(cè)。風(fēng)壓場的關(guān)系在相對高緯的分別位于赤道的兩側(cè)。風(fēng)壓場的關(guān)系在相對高緯的地區(qū)近似于地轉(zhuǎn)關(guān)系，而在近

15、赤道地區(qū)非地轉(zhuǎn)分量地區(qū)近似于地轉(zhuǎn)關(guān)系，而在近赤道地區(qū)非地轉(zhuǎn)分量很大，在赤道上緯向速度很大，在赤道上緯向速度 ，但是經(jīng)向速度，但是經(jīng)向速度v v達到最大，并且?guī)缀跖c等壓線相垂直。經(jīng)向速度達到最大，并且?guī)缀跖c等壓線相垂直。經(jīng)向速度v v的的大小沿大小沿y y方向相對于赤道而言呈方向相對于赤道而言呈GaussGauss分布，離開赤分布，離開赤道地區(qū)波動迅速減弱。道地區(qū)波動迅速減弱。 0u圖圖7.4 7.4 沙特阿拉伯（左圖）阿拉伯海（中圖）和孟加拉灣（右圖）沙特阿拉伯（左圖）阿拉伯海（中圖）和孟加拉灣（右圖）上空大氣非絕熱加熱分量的垂直分布。上空大氣非絕熱加熱分量的垂直分布。QRQR：凈輻射；：凈輻

16、射；Q QC C：凝結(jié)加：凝結(jié)加熱；熱；Q QW W：感熱加熱；：感熱加熱；FMFM（EWEW）是東西方向的熱通量，）是東西方向的熱通量，F(xiàn)MFM（NSNS）是南北方向的熱通量。單位：是南北方向的熱通量。單位：K dK d-1-17.2 7.2 輻散環(huán)流輻散環(huán)流圖圖7.5 200hPa7.5 200hPa北半球夏季（北半球夏季（6 68 8月）多年平均（月）多年平均（1968196819801980）的輻散）的輻散環(huán)流分布。箭頭代表輻散風(fēng)分量，箭頭長度代表輻散風(fēng)速。實線代表環(huán)流分布。箭頭代表輻散風(fēng)分量，箭頭長度代表輻散風(fēng)速。實線代表速度勢等值線，單位：速度勢等值線，單位：5 5105m2s-1

17、105m2s-1；D D：高空輻散，：高空輻散，C C：高空輻合：高空輻合全球輻散環(huán)流如下，在北半球冬季（尤其在全球輻散環(huán)流如下，在北半球冬季（尤其在19791979年年1 1月）（圖月）（圖7.6a7.6a）主要哈得萊環(huán)流的上升支在主要哈得萊環(huán)流的上升支在5 5S S附近，下沉支在附近，下沉支在3030N N附近，造成這附近，造成這支哈得萊環(huán)流圈的因子主要是亞洲冬季風(fēng)。另一個哈得萊環(huán)流是在支哈得萊環(huán)流圈的因子主要是亞洲冬季風(fēng)。另一個哈得萊環(huán)流是在5 5S S上升，上升，3030S S下沉、與澳大利亞季風(fēng)有關(guān)的環(huán)流圈，因而澳大利下沉、與澳大利亞季風(fēng)有關(guān)的環(huán)流圈，因而澳大利亞季風(fēng)是北半球冬季南半

18、球哈得萊環(huán)流圈的一個有機組成部分。澳亞季風(fēng)是北半球冬季南半球哈得萊環(huán)流圈的一個有機組成部分。澳大利亞北部的降水變率與印尼澳大利亞北部輻散環(huán)流上升支的周大利亞北部的降水變率與印尼澳大利亞北部輻散環(huán)流上升支的周期性經(jīng)向移動有關(guān)。澳大利亞大部分地區(qū)的輻散風(fēng)屬于南半球這支期性經(jīng)向移動有關(guān)。澳大利亞大部分地區(qū)的輻散風(fēng)屬于南半球這支次要哈得萊環(huán)流圈的。了解這支環(huán)流圈的特征和演變對于全面了解次要哈得萊環(huán)流圈的。了解這支環(huán)流圈的特征和演變對于全面了解澳大利亞季風(fēng)是非常重要的。與南大西洋和東南太平洋下沉支有關(guān)澳大利亞季風(fēng)是非常重要的。與南大西洋和東南太平洋下沉支有關(guān)的輻散環(huán)流也值得進一步研究。的輻散環(huán)流也值得進

19、一步研究。 夏季輻散環(huán)流的主要特征是（圖夏季輻散環(huán)流的主要特征是（圖7.6b7.6b）：）：（1 1）如前面指出，亞洲夏季風(fēng)影響的范圍很廣。上升區(qū)位于阿薩）如前面指出，亞洲夏季風(fēng)影響的范圍很廣。上升區(qū)位于阿薩 姆孟加拉地區(qū)，相應(yīng)有三個下沉氣流：太平洋的東西或瓦姆孟加拉地區(qū)，相應(yīng)有三個下沉氣流：太平洋的東西或瓦 克環(huán)流的下沉支，西南印度洋的季風(fēng)下沉區(qū)和地中海及沙漠克環(huán)流的下沉支，西南印度洋的季風(fēng)下沉區(qū)和地中海及沙漠 熱低壓的下沉區(qū)。熱低壓的下沉區(qū)。（2 2）與非洲季風(fēng)有關(guān)的輻散環(huán)流比較局地性，在西非）與非洲季風(fēng)有關(guān)的輻散環(huán)流比較局地性，在西非5 5N N附近為附近為 上升支，東南太平洋上升支，東

20、南太平洋1515S S附近為下沉支。這個下沉區(qū)也與中附近為下沉支。這個下沉區(qū)也與中 美洲附近的強上升區(qū)密切有關(guān)；美洲附近的強上升區(qū)密切有關(guān)；（3 3）鄰近中美洲（）鄰近中美洲（1010N N附近）的東太平洋地區(qū)對流活動很強。在附近）的東太平洋地區(qū)對流活動很強。在 這個暖海面每年有這個暖海面每年有20202525個熱帶氣旋形成。主要上升運動區(qū)個熱帶氣旋形成。主要上升運動區(qū) 就位于此處。這支輻散環(huán)流的下沉支在南太平洋和南大西洋，就位于此處。這支輻散環(huán)流的下沉支在南太平洋和南大西洋， 它們是哈得萊環(huán)流和東西環(huán)流的重要部分，對南半球副熱帶它們是哈得萊環(huán)流和東西環(huán)流的重要部分，對南半球副熱帶 急流的強度

21、和變化有重要作用。急流的強度和變化有重要作用。 圖圖7.6 7.6 全球輻散環(huán)流全球輻散環(huán)流的三維分布概略圖。的三維分布概略圖。根據(jù)根據(jù)FGGEFGGE資料作出。資料作出。（a a）1 1月；月；（b b）7 7月月 （a a）1 1月月（b b）7 7月月 (Krishnamurti,1980)7.3 7.3 熱帶地區(qū)的凝結(jié)加熱熱帶地區(qū)的凝結(jié)加熱凝結(jié)加熱是熱帶大氣中非常重要的熱力過程，它的量值和加凝結(jié)加熱是熱帶大氣中非常重要的熱力過程，它的量值和加熱分布取決于凝結(jié)過程。一種是由大尺度垂直運動產(chǎn)生的潛熱分布取決于凝結(jié)過程。一種是由大尺度垂直運動產(chǎn)生的潛熱釋放；一種是深厚積云對流釋放的潛熱。前者

22、主要與中緯熱釋放；一種是深厚積云對流釋放的潛熱。前者主要與中緯系統(tǒng)有關(guān)，在熱力學(xué)方程中很易定量計算。但由大量積云形系統(tǒng)有關(guān)，在熱力學(xué)方程中很易定量計算。但由大量積云形成的潛熱加熱計算是比較困難的。它需要用天氣尺度定量地成的潛熱加熱計算是比較困難的。它需要用天氣尺度定量地表征這種中小尺度加熱。這就是積云參數(shù)化方案，它是目前表征這種中小尺度加熱。這就是積云參數(shù)化方案，它是目前天氣與氣候模式中不確定性誤差的主要來源之一。以下簡略天氣與氣候模式中不確定性誤差的主要來源之一。以下簡略說明這兩種潛熱釋放的計算問題。說明這兩種潛熱釋放的計算問題。DtDqLcJssqDtDqTLcDtDCpsln（1 1）大

23、尺度凝結(jié)加熱單位質(zhì)量的潛熱加熱）大尺度凝結(jié)加熱單位質(zhì)量的潛熱加熱 （7.1） 是飽和比濕，是飽和比濕，LcLc是凝結(jié)加熱率。是凝結(jié)加熱率。由熱力學(xué)方程由熱力學(xué)方程 （7.2）sq000wwzqwDtDqss當(dāng)當(dāng)0lnlnzqCpTLctwvtszqCpTLczzselnln的變化主要由上升運動引起，可表示為：的變化主要由上升運動引起，可表示為：式（式（7.27.2）可寫成（對）可寫成（對w0w0區(qū)）區(qū)）(7.4)0ewvt00wlnwqqzqqzesse或當(dāng)與當(dāng)代入上式到（代入上式到（7.47.4）中有（先乘上）中有（先乘上）（7.5） 上式中上式中0e在大尺度強迫上升有凝結(jié)情況下（在大尺度強

24、迫上升有凝結(jié)情況下（ ）（7.57.5）式與絕熱運動情況下熱力學(xué)方程相同。只是靜力穩(wěn)定度被）式與絕熱運動情況下熱力學(xué)方程相同。只是靜力穩(wěn)定度被相當(dāng)靜力穩(wěn)定度代替。由于有凝結(jié)加熱，其局地變溫要比同樣遞減相當(dāng)靜力穩(wěn)定度代替。由于有凝結(jié)加熱，其局地變溫要比同樣遞減率下絕熱情況下小。如率下絕熱情況下小。如 ，大氣是條件不穩(wěn)定，凝結(jié)主要，大氣是條件不穩(wěn)定，凝結(jié)主要通過積云對流產(chǎn)生。但（通過積云對流產(chǎn)生。但（7.37.3）式仍然成立，只是垂直速度必須是）式仍然成立，只是垂直速度必須是積云單體中上升氣流的速度，二不是天氣尺度積云單體中上升氣流的速度，二不是天氣尺度W W。這種情況下，不。這種情況下，不可能只

25、用天氣尺度量簡單地寫出對積云區(qū)的熱力學(xué)方程。因在熱帶可能只用天氣尺度量簡單地寫出對積云區(qū)的熱力學(xué)方程。因在熱帶地區(qū)，溫度脈動很小，絕熱運動與非絕熱運動近于平衡，地區(qū)，溫度脈動很小，絕熱運動與非絕熱運動近于平衡， 0eDtDqCpTLczwslnwwaaww)1 (zqawCpTLczwsln則（則（7.27.2）變?yōu)椋海┳優(yōu)椋河捎谏鲜街械挠捎谏鲜街械膚 w實際上是活躍對流單體區(qū)的強垂直運動（實際上是活躍對流單體區(qū)的強垂直運動（w w，）與周圍弱垂，）與周圍弱垂直運動（直運動（ ）之面積加權(quán)平均：）之面積加權(quán)平均：a a為對流區(qū)所占面積百分比。則據(jù)（為對流區(qū)所占面積百分比。則據(jù)（7.37.3），

26、（），（7.67.6）式可化為：）式可化為：（7.8）（7.6）（7.7）pdzzqaWTcZZsEdzvqPZm00zvqvq以后的關(guān)鍵問題如何用天氣尺度變量表達積云凝結(jié)項（以后的關(guān)鍵問題如何用天氣尺度變量表達積云凝結(jié)項（7.87.8式右邊項）。式右邊項）。這涉及到積云參數(shù)化問題，至今有許多種積云參數(shù)化方案。這涉及到積云參數(shù)化問題，至今有許多種積云參數(shù)化方案。一種簡單的方法：一種簡單的方法：P P是降水率，是降水率，ZcZc與與Z ZT T分別為云底與云高分別為云底與云高，ZmZm是濕層頂（是濕層頂（2Km2Km），代入近似的水汽連續(xù)方程），代入近似的水汽連續(xù)方程（7.9）（7.10）EWq

27、PZmEwqzCpTLczwvtZm)(lnln0)(z到（到（7.107.10）式中，則有）式中，則有因而垂直積分的凝結(jié)加熱與天氣尺度度量因而垂直積分的凝結(jié)加熱與天氣尺度度量w w（ZmZm）和和q q（ZmZm）聯(lián)系起來）聯(lián)系起來。但由上式只算出了總量，仍需要知道其垂直分布。這可以根據(jù)觀測。但由上式只算出了總量，仍需要知道其垂直分布。這可以根據(jù)觀測用經(jīng)驗方法確定，即用經(jīng)驗方法確定，即上式即是對積云凝結(jié)加熱的熱力學(xué)方程。當(dāng)上式即是對積云凝結(jié)加熱的熱力學(xué)方程。當(dāng)ZZcZZZZT T時，時， ，它是一個滿足下式的權(quán)重函數(shù)。，它是一個滿足下式的權(quán)重函數(shù)。（7.12）（7.11）潛熱主要在熱帶對流中

28、大量產(chǎn)生，在大尺度環(huán)流作用下，熱帶對流一旦潛熱主要在熱帶對流中大量產(chǎn)生，在大尺度環(huán)流作用下，熱帶對流一旦在某些地區(qū)發(fā)生之后通過產(chǎn)生凝結(jié)潛熱可加熱大氣，反過來又能夠驅(qū)動在某些地區(qū)發(fā)生之后通過產(chǎn)生凝結(jié)潛熱可加熱大氣，反過來又能夠驅(qū)動熱帶環(huán)流的變化，并激發(fā)熱帶波動的產(chǎn)生和傳播。這是一種復(fù)雜的相互熱帶環(huán)流的變化，并激發(fā)熱帶波動的產(chǎn)生和傳播。這是一種復(fù)雜的相互作用過程。這里只考慮熱帶大氣對加熱場強度和分布的響應(yīng)問題，即加作用過程。這里只考慮熱帶大氣對加熱場強度和分布的響應(yīng)問題，即加熱場對熱帶大尺度環(huán)流的反饋問題。為了闡述其基本問題，熱場對熱帶大尺度環(huán)流的反饋問題。為了闡述其基本問題，GillGill（1

29、9801980）用了單一正弦波垂直模態(tài)和）用了單一正弦波垂直模態(tài)和- -平面上的淺水波方程，研究了靜止基平面上的淺水波方程，研究了靜止基態(tài)大氣在給定加熱態(tài)大氣在給定加熱Q Q強迫下的定常運動?？紤]了動量阻尼（即瑞利阻尼強迫下的定常運動?？紤]了動量阻尼（即瑞利阻尼：正比與風(fēng)速的線性阻力）和熱力阻尼（牛頓冷卻：加熱率正比于對基：正比與風(fēng)速的線性阻力）和熱力阻尼（牛頓冷卻：加熱率正比于對基本平衡態(tài)的溫度擾動，忽略了高頻慣性的重力波，本平衡態(tài)的溫度擾動，忽略了高頻慣性的重力波，Rossby Rossby 重力波和重力波和RossbyRossby高頻波（即長波近似）高頻波（即長波近似）Gill Gill

30、 給出了兩種基本解：赤道對稱的孤給出了兩種基本解：赤道對稱的孤立加熱與赤道反對稱偶極型加熱。立加熱與赤道反對稱偶極型加熱。 下圖（左圖）是對稱加熱下圖（左圖）是對稱加熱的熱源分布函數(shù)所得到的結(jié)果，即對稱熱源形式為的熱源分布函數(shù)所得到的結(jié)果，即對稱熱源形式為左：赤道對稱的加熱產(chǎn)生的左：赤道對稱的加熱產(chǎn)生的GillGill模態(tài)；右：赤道反對稱加熱的模態(tài)；右：赤道反對稱加熱的Gill Gill 模態(tài)。模態(tài)。W W：垂直運動；（：垂直運動；（u u，v v）：低層緯向和經(jīng)向風(fēng)分量）：低層緯向和經(jīng)向風(fēng)分量 （Gill，1980）上兩種加熱條件共同強迫的亞洲季風(fēng)模態(tài)上兩種加熱條件共同強迫的亞洲季風(fēng)模態(tài)在這

31、種情況下，激發(fā)的在這種情況下，激發(fā)的Rossby-Rossby-波重力波限于強迫區(qū)，并向西傳播，熱源以東無響應(yīng)。這波重力波限于強迫區(qū)，并向西傳播，熱源以東無響應(yīng)。這是由于不存在赤道對稱的向東傳播的是由于不存在赤道對稱的向東傳播的KelvinKelvin波。質(zhì)量從冷卻半球輸向加熱半球。波。質(zhì)量從冷卻半球輸向加熱半球。對稱和反對稱熱源組合下產(chǎn)生的對稱和反對稱熱源組合下產(chǎn)生的Gill Gill 模態(tài)（模態(tài)（a a）W W與（與（u u，v v）；（）；（b b）p p和（和（u u，v v）；）；（c c）緯向環(huán)流；（）緯向環(huán)流；（d d）經(jīng)向環(huán)流；（）經(jīng)向環(huán)流；（e e）地面氣壓經(jīng)向分布（）地面氣

32、壓經(jīng)向分布（B. Wamg, 2006B. Wamg, 2006）熱帶波動的激發(fā)和傳播熱帶波動的激發(fā)和傳播7 7天平均圖（天平均圖（19991999年年1212月月18-2418-24日）說明日）說明MJOMJO熱帶對流爆發(fā)和下游傳播的熱帶對流爆發(fā)和下游傳播的RossbyRossby波列。這個時期超前波列。這個時期超前于北大西洋高空急流和歐洲強溫帶氣旋于北大西洋高空急流和歐洲強溫帶氣旋 “ “Lothar”Lothar”的發(fā)展（的發(fā)展（19991999年年1212月月24-2624-26日）。上圖：日）。上圖：OLROLR，藍紫色：對流層冷云頂，藍紫色：對流層冷云頂，MJOMJO熱帶對流爆發(fā)位

33、于印尼（紅箭頭），可見到由爆發(fā)區(qū)有高空流出伸向熱帶對流爆發(fā)位于印尼（紅箭頭），可見到由爆發(fā)區(qū)有高空流出伸向東北到中緯度（白色：虛箭頭）。下圖：東北到中緯度（白色：虛箭頭）。下圖：250hPa250hPa風(fēng)速場。藍圈：風(fēng)速場。藍圈：MJOMJO對流的質(zhì)心。紅箭頭：對流的質(zhì)心。紅箭頭：RossbyRossby波列的射線路線波列的射線路線 （取自（取自THORPEXTHORPEX科學(xué)報告）科學(xué)報告）五層斜壓模式中北半球冬季平均氣流下的定常、線性解的五層斜壓模式中北半球冬季平均氣流下的定常、線性解的300hPa300hPa擾動高度場。擾動高度場。斜壓區(qū)為熱源，其垂直分布取的形式；實線表示正的等值線。當(dāng)

34、垂直平均的最大斜壓區(qū)為熱源，其垂直分布取的形式；實線表示正的等值線。當(dāng)垂直平均的最大加熱率為加熱率為2.5Kd2.5Kd-1-1時，等值線間隔為時，等值線間隔為20gpm 20gpm 7.4 7.4 主要熱帶天氣系統(tǒng)主要熱帶天氣系統(tǒng)這里主要只一般性討論赤道輻合帶和熱帶波。這里主要只一般性討論赤道輻合帶和熱帶波。赤道輻合帶是熱帶環(huán)流中十分重要的行星尺度系統(tǒng)。它在海洋上可以赤道輻合帶是熱帶環(huán)流中十分重要的行星尺度系統(tǒng)。它在海洋上可以產(chǎn)生很長的熱帶云帶。根據(jù)最近產(chǎn)生很長的熱帶云帶。根據(jù)最近2020多年的研究，從觀測方面關(guān)于赤道多年的研究，從觀測方面關(guān)于赤道輻合帶得到了以下一些主要結(jié)果：輻合帶得到了以

35、下一些主要結(jié)果：（1 1）輻合帶一般不在赤道上，常位于離赤道一定緯度的地方。從圖）輻合帶一般不在赤道上，常位于離赤道一定緯度的地方。從圖 7.7 7.7可以看到，在亞洲季風(fēng)區(qū)和西太平洋赤道輻合帶是彎曲的，可以看到，在亞洲季風(fēng)區(qū)和西太平洋赤道輻合帶是彎曲的， 1 1月位于月位于1717S S1818N N范圍，范圍，7 7月在月在2 2N N2727N N之間，在東半球之間，在東半球 輻合帶的位置變化最大，這是由于北半球南亞和北非的夏季風(fēng)輻合帶的位置變化最大，這是由于北半球南亞和北非的夏季風(fēng) 和南半球夏季南非和澳大利亞的季風(fēng)造成。和南半球夏季南非和澳大利亞的季風(fēng)造成。（2 2）輻合帶在海洋地區(qū)緯

36、向位置的季節(jié)變化比在大陸上要小。在海）輻合帶在海洋地區(qū)緯向位置的季節(jié)變化比在大陸上要小。在海 洋上大約為洋上大約為10101515，而在大陸上為，而在大陸上為20202525。在大洋的。在大洋的 東部輻合帶位置變化較小。東部輻合帶位置變化較小。 （3 3）在北太平洋，輻合帶位于赤道與）在北太平洋，輻合帶位于赤道與1515N N之間，在之間，在9 91010月其位置最月其位置最 北。在北大西洋，輻合帶位于赤道與北。在北大西洋，輻合帶位于赤道與1010N N之間，其最北位置也是之間，其最北位置也是 出現(xiàn)在出現(xiàn)在9 91010月。在南太平洋，雖然可以觀測到一條持續(xù)性云帶，月。在南太平洋，雖然可以觀測

37、到一條持續(xù)性云帶， 從熱帶（印尼地區(qū)）一直伸展到南半球副熱帶（約從熱帶（印尼地區(qū)）一直伸展到南半球副熱帶（約3535S S），但通），但通 常不把這條云條看作赤道輻合帶。在印度洋，赤道輻合帶位于常不把這條云條看作赤道輻合帶。在印度洋，赤道輻合帶位于 10 10S S1010N N之間。有時在赤道每一側(cè)各存在一條輻合帶，即雙之間。有時在赤道每一側(cè)各存在一條輻合帶，即雙 赤道輻合帶現(xiàn)象，目前這種現(xiàn)象被看作是一種主要的氣候的特征。赤道輻合帶現(xiàn)象，目前這種現(xiàn)象被看作是一種主要的氣候的特征。（4 4）陸地上的輻合帶一般與太陽加熱的季節(jié)進程一致。在西非，）陸地上的輻合帶一般與太陽加熱的季節(jié)進程一致。在西非

38、，1 12 2 月位于月位于5 5N N，8 89 9月位于月位于2222N N。在印度，當(dāng)季風(fēng)中斷時輻合帶。在印度，當(dāng)季風(fēng)中斷時輻合帶 位于位于2525N N，即在喜馬拉雅山山麓。輻合帶的這種顯著北移與西藏，即在喜馬拉雅山山麓。輻合帶的這種顯著北移與西藏 高原的熱源作用有關(guān)。（高原的熱源作用有關(guān)。（5 5）海洋上的輻合帶一般出現(xiàn)在暖）海洋上的輻合帶一般出現(xiàn)在暖SSTSST （海表溫度）區(qū)域。（海表溫度）區(qū)域。圖圖7.7 17.7 1月（月（a a）和）和7 7月（月（b b）亞洲季風(fēng)區(qū)和熱帶太平洋）亞洲季風(fēng)區(qū)和熱帶太平洋850hPa850hPa平均流場和平均流場和OLROLR圖。該圖由圖。該

39、圖由19712000NCEP19712000NCEP資料制作資料制作（柳艷菊提供，（柳艷菊提供，20042004年）年）圖圖7.8 Mean streamline at 850hPa for summer (July-September), (a) for months with many typhoons, and (b) for months with few typhoons. Black circle denotes the location of first detection of typhoons. 圖圖7.9 Mean 850hPa streamline fields for

40、July (a), August (b), September (c), and October (d), averaged for 1979-1999. The bold solid lines denote the position of the ITCZ monsoon troughs. Shaded areas represent weak wind vertical shear, with V200-V800(Sun and Ding,2003)輻合帶中所有變量分布對輻合帶幾乎時對稱的，并且季節(jié)變化不明現(xiàn)。這表明輻合帶中所有變量分布對輻合帶幾乎時對稱的，并且季節(jié)變化不明現(xiàn)。這表明輻合

41、帶的作用全年不變。氣壓在輻合帶槽線處最低，經(jīng)向風(fēng)是吹向槽內(nèi)的，相輻合帶的作用全年不變。氣壓在輻合帶槽線處最低，經(jīng)向風(fēng)是吹向槽內(nèi)的，相應(yīng)出現(xiàn)輻合。氣流的穩(wěn)定度很小。輻合帶的暖心結(jié)構(gòu)是很明顯的，最暖的層次應(yīng)出現(xiàn)輻合。氣流的穩(wěn)定度很小。輻合帶的暖心結(jié)構(gòu)是很明顯的，最暖的層次在對流層上部。與溫度距平一致，比濕距平表現(xiàn)為明顯的濕區(qū)。由于上述溫濕在對流層上部。與溫度距平一致，比濕距平表現(xiàn)為明顯的濕區(qū)。由于上述溫濕分布特征，高壓應(yīng)位于赤道輻合帶上部，低壓位于對流層下部。上部應(yīng)對于流分布特征，高壓應(yīng)位于赤道輻合帶上部，低壓位于對流層下部。上部應(yīng)對于流出層，下部對應(yīng)于流入層，其間的無輻散層在出層，下部對應(yīng)于流入

42、層，其間的無輻散層在500hPa500hPa左右赤道輻合帶中。濕靜左右赤道輻合帶中。濕靜力能量（力能量（c cp pT+ +LqT+ +Lq）的垂直分布表明（圖）的垂直分布表明（圖7.107.10），在對流層中部有最小值），在對流層中部有最小值（700hPa700hPa）。在）。在700hPa700hPa以下為位勢不穩(wěn)定層。這種分布表明，不能用一般的以下為位勢不穩(wěn)定層。這種分布表明，不能用一般的擴散概念來說明輻合帶的向上熱輸送，因為在這種情況下整層濕靜力能量分布擴散概念來說明輻合帶的向上熱輸送，因為在這種情況下整層濕靜力能量分布應(yīng)向上減小。這時應(yīng)引用應(yīng)向上減小。這時應(yīng)引用“負(fù)粘性負(fù)粘性”的概念

43、也即渦旋輸送或?qū)α鬏斔偷母拍?。的概念也即渦旋輸送或?qū)α鬏斔偷母拍?。圖圖7.10 7.10 赤道槽內(nèi)和離槽赤道槽內(nèi)和離槽2020緯距處濕靜力能量（緯距處濕靜力能量（c cp pT+ +LqT+ +Lq）的垂直分布。單位：的垂直分布。單位：calgcalg-1-1（1cal1cal4.1868J4.1868J）熱帶大氣中的擾動有許多種類，對于天氣尺度的擾動主要有熱帶熱帶大氣中的擾動有許多種類，對于天氣尺度的擾動主要有熱帶波、高空冷渦、熱帶氣旋、季風(fēng)低壓等。他們的尺度一般在波、高空冷渦、熱帶氣旋、季風(fēng)低壓等。他們的尺度一般在100010002000km2000km左右。這里主要以熱帶波動為例討論熱帶

44、擾動的結(jié)左右。這里主要以熱帶波動為例討論熱帶擾動的結(jié)構(gòu)，更詳細的討論可參看。熱帶波在有利環(huán)境條件下可以發(fā)展成構(gòu)，更詳細的討論可參看。熱帶波在有利環(huán)境條件下可以發(fā)展成臺風(fēng)或颶風(fēng)，太平洋和大西洋上的臺風(fēng)和颶風(fēng)很大部分是由這種臺風(fēng)或颶風(fēng)，太平洋和大西洋上的臺風(fēng)和颶風(fēng)很大部分是由這種熱帶波發(fā)展而來的，因而其作用十分重要。由于熱帶地區(qū)尤其是熱帶波發(fā)展而來的，因而其作用十分重要。由于熱帶地區(qū)尤其是海洋地區(qū)資料缺乏，目前除個別地區(qū)或個別時段外（專門的熱帶海洋地區(qū)資料缺乏，目前除個別地區(qū)或個別時段外（專門的熱帶試驗），大多用各種不同的綜合法來得到熱帶擾動的結(jié)構(gòu)。其中試驗），大多用各種不同的綜合法來得到熱帶擾動

45、的結(jié)構(gòu)。其中最有名的是最有名的是ReedReed和和ReckerRecker和和GrayGray的綜合法。的綜合法。 熱帶波最早的天氣學(xué)模式熱帶波最早的天氣學(xué)模式是東風(fēng)波模式是東風(fēng)波模式（圖（圖7.117.11）。模式的主要特點是波軸隨）。模式的主要特點是波軸隨高度向東傾斜。在低層在波軸以西是輻散下沉區(qū)，出現(xiàn)好天氣，波軸以東是輻高度向東傾斜。在低層在波軸以西是輻散下沉區(qū)，出現(xiàn)好天氣，波軸以東是輻合上升區(qū)，出現(xiàn)壞天氣。合上升區(qū)，出現(xiàn)壞天氣。Frank Frank 根據(jù)大量衛(wèi)星觀測資料結(jié)果，提出倒根據(jù)大量衛(wèi)星觀測資料結(jié)果，提出倒“V V”型對稱式的東風(fēng)波模式。其中型對稱式的東風(fēng)波模式。其中云云帶帶

46、大體上與低空風(fēng)切變方向一致。波軸正好位于倒大體上與低空風(fēng)切變方向一致。波軸正好位于倒“V V”云帶云帶的平分線上。這的平分線上。這種東風(fēng)波起先在大西洋中部和西部發(fā)現(xiàn)，每天連續(xù)向西移動。其中有些波動起種東風(fēng)波起先在大西洋中部和西部發(fā)現(xiàn)，每天連續(xù)向西移動。其中有些波動起源于非洲。由衛(wèi)星云圖總結(jié)出的第二個東風(fēng)波模式是渦旋模式（圖源于非洲。由衛(wèi)星云圖總結(jié)出的第二個東風(fēng)波模式是渦旋模式（圖7.127.12）。這這種東風(fēng)波種東風(fēng)波常常 有較明顯的天氣，并且地面或低層有渦旋環(huán)流出現(xiàn)，云帶或雨區(qū)出有較明顯的天氣，并且地面或低層有渦旋環(huán)流出現(xiàn)，云帶或雨區(qū)出現(xiàn)在波軸之后，它是一種較強的東風(fēng)波，這與現(xiàn)在波軸之后，它

47、是一種較強的東風(fēng)波，這與Merritt Merritt 指出的事實一致。指出的事實一致。從從RiehlRiehl，MerrittMerritt，F(xiàn)rankFrank等人的研究結(jié)果可以得出，倒等人的研究結(jié)果可以得出，倒“V V”型模式代表較弱型模式代表較弱的或早期的東風(fēng)波模式，主要出現(xiàn)在大西洋中部和東部；不對稱模式代表較強的或早期的東風(fēng)波模式，主要出現(xiàn)在大西洋中部和東部；不對稱模式代表較強或發(fā)展的東風(fēng)波，主要出現(xiàn)在大西洋西部和加勒比海地區(qū)。在東、中太平洋上或發(fā)展的東風(fēng)波，主要出現(xiàn)在大西洋西部和加勒比海地區(qū)。在東、中太平洋上也可以經(jīng)常發(fā)現(xiàn)一些倒也可以經(jīng)常發(fā)現(xiàn)一些倒“V V”云型云型 西移，而在西太

48、平洋上少見，這里以渦旋西移，而在西太平洋上少見，這里以渦旋 狀狀云系為多，這與大西洋的分布情況十分相似。云系為多，這與大西洋的分布情況十分相似。 圖圖7.11 Riehl7.11 Riehl的東風(fēng)波模式的東風(fēng)波模式 a a通過波動的東西剖面通過波動的東西剖面 b. b. 實線實線為為3-5 3-5 公里上的流線，虛線為地面等壓線公里上的流線，虛線為地面等壓線ab圖圖7.12 7.12 倒倒“V V”云型的模式（左）與渦旋狀云型的東風(fēng)波模式（右）云型的模式（左）與渦旋狀云型的東風(fēng)波模式（右）下面給出的非洲熱帶波結(jié)構(gòu)的結(jié)果即是根據(jù)下面給出的非洲熱帶波結(jié)構(gòu)的結(jié)果即是根據(jù)ReedReed等的綜合法分析

49、得到的等的綜合法分析得到的（圖（圖7.137.13）。波的經(jīng)向風(fēng)最大值在）。波的經(jīng)向風(fēng)最大值在650hPa650hPa，強度為，強度為5ms5ms-1-1。緯向風(fēng)結(jié)構(gòu)。緯向風(fēng)結(jié)構(gòu)表明，槽前為東風(fēng)，槽后為西風(fēng)。相對渦度在表明，槽前為東風(fēng)，槽后為西風(fēng)。相對渦度在650650也有最大值，在也有最大值，在200hPa200hPa存在著反氣旋渦度最大值，這表明綜合熱帶波是非常深厚的，幾乎達整存在著反氣旋渦度最大值，這表明綜合熱帶波是非常深厚的，幾乎達整個對流層。在地面槽線前方有大的輻合，而最大的水平質(zhì)量輻散位于同個對流層。在地面槽線前方有大的輻合，而最大的水平質(zhì)量輻散位于同一地區(qū)的一地區(qū)的200hPa2

50、00hPa層上。在中間層，水平輻散的分布較亂。最大垂直速度層上。在中間層，水平輻散的分布較亂。最大垂直速度在在700hPa700hPa，約，約5hPah5hPah-1-1（1 12cms2cms-1-1）。最大上升運動恰位于槽線之前）。最大上升運動恰位于槽線之前方，但衛(wèi)星云圖有時表明云系主要分布在槽線處，這于方，但衛(wèi)星云圖有時表明云系主要分布在槽線處，這于RiehlRiehl的經(jīng)典東風(fēng)的經(jīng)典東風(fēng)波模式（由位渦守恒解釋）也不同。這點值得進一步研究。溫度場分布波模式（由位渦守恒解釋）也不同。這點值得進一步研究。溫度場分布表明，表明，700hPa700hPa以上是冷心，以上是冷心，300300400

51、 hPa400 hPa層中是暖心，再高層又是冷區(qū)。層中是暖心，再高層又是冷區(qū)。干區(qū)一般與北風(fēng)同時出現(xiàn)，而濕區(qū)位于槽后南風(fēng)區(qū)。在高層，分布恰與干區(qū)一般與北風(fēng)同時出現(xiàn)，而濕區(qū)位于槽后南風(fēng)區(qū)。在高層，分布恰與低層分布相反，這種原因尚不清楚。低層分布相反，這種原因尚不清楚。圖圖7.13 7.13 非洲波的綜合結(jié)構(gòu)（東西方向）。非洲波的綜合結(jié)構(gòu)（東西方向）。T T：槽線；：槽線；R R：脊線；：脊線；N N和和S S分別分別為北風(fēng)區(qū)（波前）和南風(fēng)區(qū)（波后）。（為北風(fēng)區(qū)（波前）和南風(fēng)區(qū)（波后）。（a a）經(jīng)向風(fēng)分布（）經(jīng)向風(fēng)分布（msms-1-1）；（）；（b b）緯向風(fēng)分布（緯向風(fēng)分布（msms-1-1

52、）；（）；（c c）相對渦度分布（）相對渦度分布（1010-5-5s s-1-1）；）；C C：正渦度，：正渦度，A A：負(fù)渦度；（負(fù)渦度；（d d）散度分布（）散度分布（1010-6-6s s-1-1）；）；D D：輻散；：輻散；C C：輻合；（：輻合；（e e）垂直速度）垂直速度（ ）分布（）分布（hPahhPah-1-1）；（）；（f f）溫度距平分布（）溫度距平分布（）；（）；（g g）相對濕度）相對濕度分布（）分布（）對靜力平衡的偏離與對靜力平衡的偏離與FroudeFroude數(shù)數(shù)小尺度垂直運動由垂直氣壓梯度和重力之間的靜力平衡決定。因為這小尺度垂直運動由垂直氣壓梯度和重力之間的靜力平衡決定。因為這兩項一般比科氏力和垂直加速項大兩項一般比科氏力和垂直加速項大4 4個量級。因而，垂直氣壓梯度力和個量級。因而，垂直氣壓梯度力和重力是平衡的，即靜力平衡時嚴(yán)格成立的，