中尺度气象学第三章PPT课件

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重力波的类型
重力波
大气很高层重力波
高于20km
次天气尺 度波长有上千公里
大气层主体中的重力波
500m至20km
中尺度
大气很低层重力波
低于500m
简称K—H波。这类波的波 长很短，通常是中、小尺 度系统之间的联系者。
重力波可发生在大气层的各个高度上，- 低至近地面层，高至75-100km的高空16
（如上下边界固定）时，存在于流体内部的重
力波称为重力内波。
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重力波是静力稳定大气受到扰动后产生的振荡的传播
T1 T1
T0 T0 T1 T1
dw 0 dt
dw 1 p' T '
g
dt z T
dw 0 T
dt
z
' T
z
'，为静力稳定大气
dw 0 dt
T T - T;当T T时，dw 0
第三章 自由大气非对流性中尺度环流
§3.1 自由大气的重力波 §3.2 重力波的发生发展 §3.3 锋和急流系统 §3.4 锋-急流附近的次级环流
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本章要求
掌握：重力波的观测特征 熟悉：重力波的天气背景 理解：重力波的发生发展 了解：重力波的结构及其对天气的影响 初步了解：锋和急流系统及次级环流
GROUP of waves propagates ALONG phase lines
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The 3-8-day filtered 850 hPa wind field (vector) and negative OLR anomalies (shaded) on (a) 27 June, (b) 29 June, (c) 1 July, (d) 3 July, (e) 5 July, (f) 7 July 2002. The typhoon symbols denote the locations of cyclogenesis. The letters of “A” and “C- ” stand for anticyclonic and cyclonic circulatio1n4s.
中尺度重力波：波长4.4-300km,平均约为 34km;振幅约852m，气压振幅为0.1-5hPa， 平均0.9hPa；周期4-160min,平均27min；相 速为5.9-60m/s；平均26m/s（阿特金森， 1987）
Uccellini和Koch（1987）指出，中尺度重力 波波长50-500km,周期1-4h,气压振幅1.07.0hPa;水平相速为13-50m/s；存在时间933h以上。
Gaussian-shaped ridge, width 1 km
Gaussian-shaped ridge, width 100 km
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From Carmen J. Nappo, Atmospheric Gravity Waves, Academic Press
Propagating gravity waves
3 锋面雨带
3.1 自由大气的重力波
1、重力波的基本类型
研究意义 ： 重力波是大气中的基本波动之一，也 是最简单和最基本的中尺度运动之一。它们可能起 到触发对流性风暴、传输能量和动量等重要作用， 特别是大振幅的重力波会对天气产生很大的影响。
定义：一般把由于外部条件作用下方能存在的
重力波称为重力外波，而把在外部条件被限制
重力波的性质
重力波是一种垂直横波，质点振动方向与波的 传播方向垂直，当这类波动水平传播时，空气 质点做上、下移动。 纵波或压缩波传播时，质点振动是平行于波的 传播方向的。 水平横波作纬向传播时，质点是作经向移动的， 质点振动方向和波的传播方向都在水平面上 （天气图上的水平横波）。 背风波也是一种重力波，有固定发生源。
Buoyancy waves where air parcels oscillate along slant paths
λH z
Group velocity
λv Phase velocity
x
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Group and phase velocity
Individual phase fronts propagate perpendicular to themselves as normal
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dt 5
重力波
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➢重力振荡即浮力振荡，重力波即浮力波
可产生重力波的系统多种多样：
➢暖平流导致产生气体膨胀使质点产生位移产 生重力波
➢锋面抬升、大气中的辐合辐散场、背风波、 风速的垂直切变、高低空急流的质量调整等
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What causes them?
Gravity waves have a variety of causes, e.g. Flow over a mountain range Flow over convective cloud (moving mountain) Kelvin-Helmholtz instability around the jet stream Geostrophic adjustment
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Some examples of Lenticular clouds
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Lee waves
24 Jan 2002
NNW flow over UK with stable cap on boundary layer: trapped gravity waves
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Байду номын сангаас
Calculated wave patterns over a two-dimensional ridge
与强降水相联系的重力波一般是振幅较大，
存在时间较长的重力波。
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（3）观测方法 微压计（10μbar以下） 卫星 雷达 气象飞机 声学探测法
典型的对流层中尺度 重力波包括大振幅的 不规则型和振幅较小 的较规则型。
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重力波产生的天气条件
➢逆温层或稳定层存在
➢明显的风速垂直切变
➢Ri<0.5（ 有时Ri<0.25） ，Ri越小 重力波振幅越大。
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中尺度大气环流系统
机械性强迫运动 （如地形波、下 坡风、尾流等）
下垫面的起伏不平或冷 热不均所引起的
中尺度 大气环 流系统
地形性 环流系统
自由大气
热力性强迫运动 （如热岛环流、海 陆风、山谷风等）
非对流性环流（如 移动性重力波、锋急流次级环流等）
环流系统
对流性环流
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深对流
雷暴、超级单体、飑线
浅对流