中尺度气象学
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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。
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。
（3）观测方法 微压计（10μbar以下） 卫星 雷达 气象飞机 声学探测法
➢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
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
GROUP of waves propagates ALONG phase lines
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 circulations.
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
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）
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
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
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
dt
重力波
➢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：
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。
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。
N2 ( u )2
Ri; N2
Buoyancy waves where air parcels oscillate along slant paths
λH z
Group velocity
λv Phase velocity
x
Group and phase velocity
Individual phase fronts propagate perpendicular to themselves as normal
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 （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。
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 环流系统
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）
对流性环流
深对流
雷暴、超级单体、飑线
浅对流 锋面雨带
Some examples of Lenticular clouds
Lee waves
24 Jan 2002 NNW flow over UK with stable cap on boundary layer: trapped gravity waves
Calculated wave patterns over a two-dimensional ridge
Gaussian-shaped ridge, width 1 km
Gaussian-shaped ridge, width 100 km
From Carmen J. Nappo, Atmospheric Gravity Waves, Academic Press
Propagating gravity waves
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。
（3）观测方法 微压计（10μbar以下） 卫星 雷达 气象飞机 声学探测法
➢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
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
GROUP of waves propagates ALONG phase lines
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 circulations.
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
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）
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
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
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
dt
重力波
➢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：
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。
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。
N2 ( u )2
Ri; N2
Buoyancy waves where air parcels oscillate along slant paths
λH z
Group velocity
λv Phase velocity
x
Group and phase velocity
Individual phase fronts propagate perpendicular to themselves as normal
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 （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。
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 环流系统
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）
对流性环流
深对流
雷暴、超级单体、飑线
浅对流 锋面雨带
Some examples of Lenticular clouds
Lee waves
24 Jan 2002 NNW flow over UK with stable cap on boundary layer: trapped gravity waves
Calculated wave patterns over a two-dimensional ridge
Gaussian-shaped ridge, width 1 km
Gaussian-shaped ridge, width 100 km
From Carmen J. Nappo, Atmospheric Gravity Waves, Academic Press
Propagating gravity waves