第6章 热带大气动力学.pdf

《动力气象学》电子教案-编著、主讲:成都信息工程学院大气科学系李
第六章热带大气动力学

§1 热带大气运动的主要特征
§2 热带大气运动的尺度分析
§3 热带大气波动
§4 热带扰动发生、发展的机制
§5 热带气旋结构的动力学分析
重点:热带大气的基本特征,热带波动,CISK 理论

§1 热带大气运动的主要特征
1 f 的数值比较小, f =10−−51s ,比中高纬度小一个量级(但β较大),所以热带地区采用赤道β平
2Ω
面近似: fy==ββ()。由于科氏力较小,大尺度运动是非地转的,但准静力平衡仍成立。
a
2 大气运动的主要能源:太阳辐射能大部分在热带吸收,所以是大气运动的主要能源区,是平均动能
的制造源。
3 湿空气运动:凝结潜热能作为热带系统发展的主要能源。
4 对流层的中、下层的层结稳定度较弱,有利于对流与物理量的垂直输送。
5 水平温差较小,大气斜压性弱,所以热带某些地区的大气可视为准正压。
6 主要的天气系统:
1)积云对流云团(积云对流群):中、小尺度运动,水平尺度:几百千米,生命史:3—4 天。
2)热带气旋(台风,飓风):气旋式涡旋,低压,眼结构,暖心,螺旋云带。易产生大风、暴雨等
灾害性天气,水平尺度:几百千米,生命史:3 天左右。
3)热带辐合带(ITCZ: Inter-Tropical Convergence Zones) :热带扰动源区,平均位置:北纬 10
度左右,半宽度:300 千米,水平范围:几千千米,其上的扰动常表现为不稳定发展。
4) 热带波(低纬波,赤道波):
(1).东风波:向西传播 Rossby 波。
(2). Rossby—重力混合波(mixed Rossby-gravity waves),向西传。
(3). 向东传播的开尔文波(沿岸波,边界波:边界所捕获的波)。
(4).惯性—重力波,向东传。
5)(对流层)中层气旋(MTC,Mid-Tropospheric Cyclones)
形成初期:正压不稳定机制; 发展阶段:对流凝结加热驱动。
1
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6)中尺度对流辐合体(MCC): 中-α尺度的暴雨、雷暴群。
7)热带对流层上部槽(TUTT, Tropical Upper- Tropospheric Trough)

§2 热带大气运动的尺度分析

表 中、低纬度大尺度运动特征的比较

项目中高纬度低纬度

无凝结区有凝结区
β-平面 f≈f+βy f≈βy f=βy
特征数 R0 数<<1(准地转) R0 数≥1 R0 数≥1
小 Fr 数(静力稳定) 小 Fr 数(静力稳定) 具有强烈积云
大 Ri 数大 Ri 数对流

垂直运动 WU WU−1 较无凝结区约
= RR−−11 = R
D L iO DLi 大一个量级
(准水平) (准水平)

流函数ψ与准无辐散准无辐散基本无辐散,但
势函数φ JG G JGJG 凝结区是无辐
2 2
Vkψ= ×∇ψ,,ψς= f Φ=∇ψ∇⋅+⋅∇=∇Φ()fVψψ V ψ
散流动的源区


JG
涡度方程∂ JGJG∂ JG
()()0+VffV⋅∇ς+ + ∇⋅= ()()0+Vf⋅∇ς+ = ς∇⋅V =0
∂t ∂t
系统温压场系统明显,风基本沿等温压场系统不明显,由流场反映各凝结区经常对
压线吹种系统应着系统的发
生发展
铅直耦合通过次级环流或其它机制,上无铅直耦合,上下层系统彼此独立通过穿透深积
下层系统间可有铅直耦合云可具有铅直
耦合
主要能源斜压大气的有效位能的转换大气基本正压,由于与中高纬度系此外,尚有很重
统和热带降水系统的侧向耦合可要的潜热能
获得发展能量



−−51U 0 − 1
1 fsR00=→==>10 10 10 (中高纬度的值), 具有较强的非地转运动。
fL0
322− 2222−
2 中高纬度大尺度运动: ∆=hφ f0UL =10 ( m s ) , 低纬: ∆=hφ Ums =10 ( ) 。热带扰动造成的
位势变化较弱,天气分析以流场(流线)为主。
0111−−−
3 低纬: OPsPs(ω)=⋅>⋅ 10aa 10 (中高纬的值),垂直速度较大,对流旺盛。
4 低纬: OD( )=> 10−−51 s 10 −− 61 s (中