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[理论研究] 地形对于温带气旋路径影响探讨之——经向山脉

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发表于 2009-8-13 20:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
大家一定会发现,北半球温带气旋的移动路径有一定的特点,对于中低纬度生成的温带气旋(比如江淮气旋),其在陆地上一般是以向东移动为主,南北分量不明显;而高纬度的温带气旋(比如冷涡),往往是在东移的过程中逐步南下,因此在陆地上以西北-东南移动比较常见,那么其原因是什么呢?

当然,从大气动力学上来说,就一句话——南北的大气能量的交换所致。不过除此之外,个人有一个发现,对于地形因素也存在着一定的作用,或者说地形因素(地形波)正反馈于促使大气能量交换的动力场

在具有这些移动路径的温带气旋的陆地地形,我们可以发现一个共同点:所经的山脉都是南北走向为多(比如乌拉尔山脉、大兴安岭、北美的落基山脉等),而且其主体都位于西风带中。因此对于西风带来说,其上下游的效应(迎风坡和背风坡的地形波)会对温带气旋的移动产生一定的影响,下面来简要分析一下。这些只是个人的理解,不当之处还请各位高手指正。

如果温带气旋经过这些南北走向的山脉,山脉上下游的气流会出现如下特点:

首先,在山脉的东面(也就是西风带下坡处),比较温暖的西风下坡气流往往集中在温带气旋东南面一侧。根据气旋下坡增强了气旋性原则,该处西风是加强的。因此,该温带气旋的涡度发生了偏移,从原本的中心位置偏到了东南侧。

其次,在温带气旋的西北侧,由于气旋性的作用,该处为偏东气流,而由于地形因素使然,该处的气流是上坡。依据气旋上坡减弱气旋性而加强了反气旋性原则,在加上和高空偏西气流的相反性,因此容易产生了较弱或者一定程度的反气旋涡度倾向。这点对于涡度偏移到东南侧存在了推波助澜的作用。

所以可以看出,气旋南北涡度不平衡,中心偏移南侧,显然其移动存在了偏南的分量。

这边在引申一下,对于反气旋,其南面气流上坡,反气旋性加强;其北面偏西气流下坡,气旋性加强。显然反气旋涡度南北不相同,也是向南偏移,因此我们可以看出冬天的冷高压也是西北-东南移动。这个显然和温带气旋的锋面引导其后部的冷高压系统南下(冷空气、寒潮路径)是不谋而合的。

而很多温带气旋,降水集中区域落在了气旋的南面,而低压过境以后气压上升,也是这个道理。

PS:猜想一下,陆地的地形因素能否用于海洋中呢?比如倾斜的大陆架、海岭、海盆等对于热带、温带气旋路径的影响?
提示:从位涡守恒和罗斯贝波的传递这两个因素着手:y4
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发表于 2009-8-14 01:06 | 显示全部楼层
迎风坡,地形强迫抬升,且地形影响随高度而减小,气柱缩短,造成水平辐散,使正涡度减小,负涡度加大,有利于反气旋发展,不利于气旋发展。背风坡,地形性下沉,且地形影响随高度而减小,气柱伸长,造成水平辐合,使正涡度加大,有利于气旋发展,不利于反气旋发展。
图片1.jpg
另外,影响气旋移动的主要贡献者还是温度平流了。在发展的气旋中,前部为暖平流,后部为冷平流,造成前正后负的变温分布,而中心处没有温度平流。

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 楼主| 发表于 2009-8-14 13:07 | 显示全部楼层
刚才突然想到,TC遇到接近经向的山脉爬坡经常西折的原因,也可以用这点去解释。

气旋北部偏西气流上坡(移动速度+风速,叠加),气旋性减弱,反气旋性加强;气旋南部偏西气流下坡(风速远远大于移动速度,所以总体还是下坡),气旋性加强。因此涡度倾向偏南,存在了偏南的分量,所以向西折。所以我们有时会看到登陆福建以后西折甚至西南行的TC。

但是由于整体TC是上坡,因此这个和前者还是有区别,比如TC强度是减弱的。

特别注意一下,气旋移动路径受到的影响因素有很多,地形方面只是影响气旋路径的其中之一而已。

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发表于 2009-8-14 14:12 | 显示全部楼层
按目前数值推算,18日凌晨起,将发生贝湖气旋以分身术越过蒙古高原的过程,并导致500HPA切断直接“跳跃”过岭,也即发生“北方天鹅”,到时开帖追踪。
发表于 2010-4-26 22:21 | 显示全部楼层
温带气旋过山脉后的南偏可以用背风涡旋(背风侧成对的涡旋)来理解。在西风带中,山脉背风侧的东南部会形成正涡旋环流,东北侧负涡旋环流。显然气旋中心会偏向东南侧。若考虑柯氏力则会形成一连串的正负相间的涡列。在一定的斜压条件下,平直气流过地形后,背风侧的涡列往往能发展成气旋。
       热带气旋为正压结构,地形对其路径的影响比较复杂,目前仍是一个热门的课题。林玉郎、杨明仁、吴俊杰、Yeh and Elsberry 等科学家在此领域做出了杰出贡献。总体上讲地形对台风路径的偏折与台风相对地形的大小、初始位置、台风移速、地形对台风的阻挡程度、700hpa100km半径的平均非对称风速有关。不过未见到有关海底地形对台风路径影响的研究。不过海洋深度与海水26度以上的热熔量还是有密切关系的,因为在引导气流很弱的情况下台风有趋于向暖水移动的特征。

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