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[气象图书馆] 大气中的波动——重力波和罗斯贝波

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发表于 2009-12-24 20:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
对于气象科学来说,大气和海洋是其必不可少的研究对象,而这两者都有其共同点——连续介质。如果在某一点给予能量使其扰动(无论是大气还是海洋),这个能量就会在其周围以振荡的方式进行能量传播。由此可以看出,大气和海洋都是以波动形式进行能量的传递,因此了解其波动的性质对于研究气象来说尤为重要。

而大气中波动类型非常多,除了我们熟知的声波之外,还有重力波、罗斯贝波等等,而后两者对于气象方面尤为重要。记得刚来论坛之时,遇到了会员对于重力波和罗斯贝波的提问,当时由于知之甚少,因此只能简略回答。通过了1年多的学习,现在着重介绍一下这两种波动——重力波和罗斯贝波。

首先介绍一下重力波。

重力波分为重力外波和重力内波。

其中重力外波是处于边界附近的大气或海水受到扰动时候产生的波动。比如说,大气中最为常见的重力外波是大气下边界有起伏时(遇到山脉),山的背风面观测到气流过山以后形成的背风波,这有时体现为波状云(形成过程如下图所示);而海洋中最为常见的重力外波则是风浪和涌,风浪是在风的外部策动下产生,风浪离开风区向远处传播就形成了涌。

波状云的形成.jpg

重力内波是大气和海洋这种流体中特有的波动,是由于大气或海洋内部密度不均时才会产生。比如海洋的密度流和大气中的锋面都会产生重力内波。其实深入想一下,这个和风作为外源策动海面形成海浪的原理是类似的,不同的只是前者是在同种流体内产生,而后者是在不同流体内产生,或者说后者的形成位置存在一个不连续的界面。可见,重力内波和大气活动有着密切的联系。例如:雷暴、龙卷等强对流天气均是重力内波强烈发展的结果。

这些波动在地球的自转中都会受到科氏力的影响,其特性和移动速度都会发生变化,这称为惯性重力波

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 楼主| 发表于 2009-12-24 20:56 | 显示全部楼层
罗斯贝波

接下来介绍一下罗斯贝波。

罗斯贝波最大的特点是波长非常长,一般可以达到几千公里以上,因此也称为行星波或者大气长波。由于是大尺度系统,因此移动速度一般比较缓慢(波长越长,波速越小)。

一般来说,罗斯贝波的波谷对应低压区,因此经常被称为长波槽或低压槽;而波峰区域则对应高压区,常称为高压脊或者长波脊。可见,它与中期天气关系最为紧密。通常在长波槽前的低层和地面附近为一气旋,槽后则为一高压区。当长波槽经过该地区时,会首先带来坏天气;之后随着其东移,长波脊逐渐控制该地区,天气将转好(如下图所示)。

n500_anlmod_pb4_2009122406.gif

所以在大气中罗斯贝波移动速度其实和中高纬度西风带的平均风速相当,它的移动速度其实基本代表了中高层面大型天气系统的移动速度。而重力波一般是和中低层中小型天气系统有关,其移动速度势必比长波快,因此一般称重力波为快波,而称罗斯贝波为慢波。可见,这些波的特性和天气系统的移动特性是一致吻合的。

可以看出,气象学中涉及到不同方面的科学其实是互相联系和互相牵制的,这也是混沌的一大体现。在不断深入的探索过程中最后可以发现其相通一致性,如果得出不一致的结果就有可能漏考虑了某一个方面或者某个环节推断错误,因此可以起到及时提醒和检查纠正的作用。这就是气象学的有趣之处和奥妙所在。

相关内容:什麼是羅斯貝波和開爾文波?
              何为热成风
发表于 2009-12-26 03:40 | 显示全部楼层
教练这篇文章简短易懂,非常适合爱好者对气象动力学上各种波的入门了解和理解。:QQ/79
  
长波弄个300HPA半球图,或许会更直观些。
  
气象相对抽象理论化,工科中任何科目,其实都是包罗万科的,任何一个行业想做好,都不是学好本专业就行。
  
国内科学发展过程初级阶段的精细分工过于片面,导致高分低能,目前也在不断改善,只是改善速度有些慢。
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