高等天气学

高等天气学

1996

1、试用简明的涡度方程或位势倾向方程中各项说明制约温带气族发展的物理因子，进行简单的解释。 （位势倾向方程，其余略）

2、解释中尺度对流复合体（MCC ）的定义，并说明它的主要特点。（略）

3、什么叫“大气遥相关”，给出热带地区热源强迫所构成的几种大气遥相关型。

大气遥相关是指某个区域的大气环流的变化与远距离的某些区域的气象要素场有很强的相关关系。

在地面气压场上表现为一些大气活动中心之间的相反变化关系即涛动，如南方涛动（SO ）是指印度洋和南太平洋气压变化的呈相反关系的现象，即印度洋上各站（如达尔文港）气压下降时，太平洋各站的气压及爪哇降水增加的趋势。北大西洋涛动（NAO ），冰岛低压与北大西洋高压气压变化呈现相反关系，即当冰岛低压加深（中心气压下降）时，北大西洋高压加强（中心气压上升）；反之，当冰岛低压减弱中心气压上升时，北大西洋高压也减弱中心气压下降。还有北太平洋涛动。

在对流层中层500hPa 高度场，取一些基点与所有格点求相关，可以看到一些正负相间的波列，这些波列有的类似于射线沿着某种大圆路径走向排列，发源于热带地区而后向东转向与某一纬圈相切，再向后弯曲进入热带地区，如PNA 太平洋北美型、EA 大西洋东部型、EUP 欧亚-太平洋型；有的呈现为偶极子类型，如W A 大西洋西部型、WP 太平洋西部型。 这些波列表现为大气对一切持续的局地强迫作用在行星尺度上的响应，对地形有很强的依赖性，而气候平均定常波的存在是这种相关结构的成因之一。一方面遥相关对外源强迫如热带海表温度异常可以有极其明显的响应，例如赤道东太平洋SST 的异常将形成比较稳定的遥相关型，如PNA 、EUP 等。另一方面，大气内部的非线性相互作用也是激发遥相关型的重要原因，如基于行星波在球面上的二维能量频散理论可以较好地解释遥相关的大圆路径，而时间平均气流的不稳定发展也是重要的原因之一。

热带地区热源强迫所构成的几种大气遥相关型：南方涛动，PNA 也与赤道东太平洋SST 有一定关系

4、试述热带地区在全球大气环流中的重要性，近二十年来热带气象学（包括热带大气环流及大气系统）主要成就有哪些方面（请说出三种以上）？

重要性：（1）热带是整个大气的水汽、热量和角动量源。（2）热带大气和扰动与中高纬的大气和扰动有明显的相互作用，不能将这两个地区的环流视为完全孤立的。（3）热带地区是地球上主要的海洋区，海气相互作用以及遥相关最显著，这是影响全球气候形成和异常的一个主要原因。 （主要成就有哪些方面）

5、叙述定常波形成的原因，及定常波在大气环流中的作用。

【定常波：纬向平均环流的偏差的时间平均定义为定常波，即*[]A A A =-。它表示时间平均图上的纬偏值，又称常定涡旋项，主要反映大气活动中心、高空平均槽脊以及季风等特征。其三维结构主要用半球时间平均场的纬向不对称分布和经度－高度剖面图表征。】

定常波的形成主要是地形和非绝热加热分布不均匀性强迫的结果，两者对于定常波的维持都是重要的。但热力强迫和地形强迫的定常波有不同的结构。热力强迫的扰动尺度比地形

强迫的大，尤其是在对流层上部。它们的位相随高度也有更显著更系统的向西倾斜。

定常波对热量、西风动量、位势高度有经向输送作用：（1）热量以50N 为中心有很强的向北输送，这与中纬度定常波槽脊随高度有明显的向西倾斜有关。向北的输送有两个最大值区，一在对流层上部和平流层下部，一在近地面附近。（2）动量通量分布的特征在50N 以南有向北的输送，50N 以北有向南的输送。这种输送特征与定常波槽脊在副热带有西南－东北倾斜，在中高纬有东南－西北倾斜的特征有关。（3）因为地转风对位能的经向输送沿纬圈的平均值为零，因此定常波对位能的输送代表的是非地转运动的作用。这种输送的主要特点是在中纬度有明显的向赤道输送。 定常的输送与瞬变波的输送相比一般较弱，*2[]v 和'2[]v 之差特别明显。但是定常波的输送在热量、动量和涡度的局地时间平均的收支中起着重要作用，因而定常波和瞬变波的相对重要性不能只以上述方差和协方差量值来决定。

【北半球冬季定常波主要特征：

（1）200hPa 高度场在高纬度和低纬度有不同的流型，中纬度有明显的纬向动量向极通量，这种向极通量表示有一个从高纬流型向低纬流型的EP 通量。因此低纬度流型的波动部分是由较高纬度的波动所强迫。中高纬负值中心位于140E 和70W 。在30N 附近高度场分布有明显突变现象，30N 南北高度场有明显反位相分布。

（2）地形作用是确定北半球冬季急流层次上定常波的主脊和主槽位置的主要因子，而热力作用对维持高纬度洋面低压起重要作用。比如，500hPa 高度场在西藏高原和落基山上空有西北气流，气候平均急流向极一侧有明显下游槽。海平面低气压位于高纬度海洋上，等压线沿海面线密集。GCM 数值模拟中气候平均海平面气压扰动可由下边界热力影响产生。

（3）定常波垂直结构。在较高纬度上位势高度场随高度向西倾斜，而且定常波倾斜向上伸展到平流层下部，这种西倾反映了定常波的热量通量在各层上都是指向极地的。高度场中定常波振幅随高度明显增加直到对流层顶，这表明定常波的垂直结构中有一个相当正压分量（即随高度没有位相倾斜）。在对流层顶上，特别在低纬度，高度场振荡的振幅随高度增加而减小；*Z 和*T 都与高纬有一明显反位相分量。

（4）在低于700hPa 处，低层由定常波引起的向极热量通量特别大，*v 和*

T 之间的相关系数达0.8左右。地面温度场的极大值和极小值多数位于高度场中相应值的两边约四分之一波长处，而高度场表现出随高度明显西倾，这种特殊的低层结构在北半球夏季和南半球冬夏季的定常波均不存在。】

【北半球夏季定常波主要特征：

（1）200hPa 上，夏季定常波在30N 附近达到最大振幅，在这个纬度上，200hPa 高度场的主要特征是青藏高原和两个大洋中部的低槽（即太平洋气旋和大西洋气旋）。其次，大西洋槽扩展到地中海；而北非和落基山存在高压。

（2）海平面气压场中，上述系统均反位相。这些系统的垂直结构类似于热带天气系统的垂直结构。这是由于较暖的大陆和较冷的海洋之间的热力对比。这种结构在夏季定常波位势高度及温度的沿30N 经度－高度剖面图上也很明显。而由200hPa 高度场和海平面气压场来看，热带型结构的影响一直延伸到太平洋和欧亚大陆相当高的纬度。这两个层次上的高度场*Z 的位相是相反的。夏季定常波高低层的反位相可以认为是下垫面的加热和冷却作用，而热带型结构伸展到较高纬度又并非是季风作用，因此在形成夏季定常波中分辨热力和动力作用是困难的，尚待研究。