高等天气学系列第五讲高空急流次级环流与其与锋面系统耦合

5.2高空低空急流锋系的垂直耦合及
其对天气的影响
上述垂直环流可以解释低空急流的形成。在急 流出口区，由于上述的上下层质量调整在间接环流 的回流支，气压梯度力增加，结果变压风增加。这 支偏南的变压风基本说明了实际观测到的经向非地 转风向量的加强，是低空急流的重要组成部分。另 一方面又可强迫u有相应的加速。因为ug由于气压梯 度力加大而增加，故vagi和u的增加就造成了低空急 流的形成，它指向东北方向，与高空急流带有明显 的交角。因为质量调整产生了变压风，故高低空急 流带是通过两次质量调整耦合在一起，而这种质量 调整又与急流中心的传播有关。这个过程强调了低 空动量的产生是三维质量－动量调整过程的结果。
高等天气学系列第五讲高空急流的 次级环流和其与锋面系统的耦合
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图5.5是一个高空急流－锋系移过一个天气尺度斜 压波时的概略图[16]。这可代表一个短波槽移过长波 槽的天气型式。开始在一极槽和中纬度脊间有一汇合 区，这种气流汇合区一般可导致高空锋和急流的形成 和加强（图5.5a）。大约一天之后（图5.5b），急流 和锋在西南－东北倾斜的辐散槽后西北气流中移到了 拐点处。这时温度槽落后于气压槽四分之一波长，因 而锋面位于冷平流区。如果在发展的短波扰动附近， 基本纬向风随纬度出现西风不断增加，则高度场的倾 斜意味着有正压发展，而温度波和高度波的分离对斜 压发展最有利。
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图5.1 200hPa 1月平均风速和风向（1966~1977年）。风
速的单位：ms-1。AA和BB为图5.2剖面的位置，分别代表
急流入口区和出口区
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高等天气学系列讲座 单元二：中纬度天气系统
第五讲 高空急流的次级环流和其与
锋面系统的耦合
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高空急流与锋面及锋面的次级环流有密 切的关系，故人们常把高空急流和锋面（主 要是高空锋区）统称为急流—锋系，它们相 伴随的次级环流称急流—锋次级环流。高空 急流是对流层中上部重要的风系，过去对它 的讨论和研究已经很多。本节只重点讨论一 个问题，即与急流风速最大中心（或急流带） 相联系的垂直环流及其与天气的关系，另外 也简略地讨论与东亚高空急流有关的能量学 问题。
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用地转动量近似可进一步讨论急流中心的垂直 运动分布，请参看书中P142-143内容。这是 Uccellini等人得到的。
高等天气学Leabharlann Baidu列第五讲高空急流的 次级环流和其与锋面系统的耦合
图5.5b的流场结构反映了早期发展阶段非对称槽结 构的特征。在48小时后(图5.5c)，急流锋系达到长波槽 底，且具有弯曲的取向。由于温度场和高度场间南北倾 斜和位相差的消失，而变成对称结构，这表明正压和斜 压发展停止。最后(图5.5d)，急流和锋移到长波槽下游 西南气流中的拐点处，而长波槽具有汇合的结构，槽轴 的西南－东北向倾斜及温度波超前于高度波分别意味着 正压和斜压阻尼。这时波槽的非对称结构与图5.5b相反。 上面的过程清楚地说明了一个移动性急流－锋系与一缓 慢移动的斜压波相互作用的情况。
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这不同于其它人关于低空急流产生的解释。 Ninomiya认为对流引起的动量垂直输送可在高空急 流出口区引起低空急流的发展，但是高层急流带中 动量的向下输送不能说明低空急流为什么会有强的 与高空急流成正交的动量分量，以使高低空急流风 向有明显差别，这点已为许多观测事实所证明。上 述事实也表明高低空急流是相互耦合的，而不是分 离的两种现象。应该指出，由质量－动量调整在高 空急流出口区发展的低空急流与某些夜间低空急流 的成因不同，后者与边界层中的过程密切有关。
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高低空急流带的相互作用是有组织的强风暴 系统在高空急流的出口区中发展的一个重要因子。 低空急流的变压风分量正交于高空急流轴，它是 低空急流所以与高空急流成一明显交角的主要原 因。但随着高度增加，在中上对流层，惯性平流 项的作用不断增大，这造成风随高度的顺转及水 汽和感热输送的差别，也即低空急流迅速地在低 层向北输送水汽和感热到风暴的初生区，而高空 急流带的向下伸展，在对流层中部向东输送干冷 空气，这种不同输送的结果是产生对流不稳定 （地面－500hPa）、降低自由对流高度和抬高 潜在不稳定层上方的平衡高度的一个原因。所有 这些都有利于深对流风暴的形成。
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图5.2 1979年11月 20日00GMT日本和 东亚地区横交急流 轴剖面中的二维流 场（向量是无旋分 量与垂直运动之合 成）。（a）入口 区情况；（b）出 口区情况。实线是 等线K•，单位：Jkg1s-1×10-4
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图5.5 72小时期间一个对流层上部急流—锋系通过一中纬斜压波传播的 理想概略图[16]。（a）急流—锋在中高纬气流间的汇合区中形成；（b） 急流—锋位于增辐波西北气流拐点中；（c）急流—锋位于强烈发展的 波线槽，槽粗底虚；线（是等d）风急速流线—，高锋次等细级位天虚环气于流线学和阻系是其列尼与等第锋波五温面西讲系线高南统空。的气急耦流流合的拐点处。粗实线是等高