大氣地轉適應

 大尺度大氣運動的一個基本特徵是運動的準地轉性。大氣運動若完全處於地轉平衡狀態(見大氣運動的平衡狀態),就沒有運動的變化,所以地轉平衡狀態是常遭破壞的。然而,地轉平衡狀態破壞後,風場和氣壓場又相互調整,重新建立起新的平衡關係,保持運動的準地轉性質。因此,地轉平衡的建立、破壞、再建立的過程是大氣運動中的一個極重要的動力過程,大氣運動正是在地轉平衡建立與破壞的相互矛盾過程中發展的。由非地轉平衡狀態調整到地轉平衡狀態的過程,稱為大氣的地轉適應過程,簡稱地轉適應。

大氣地轉適應

正文

 
20世紀40年代以前,一般都是從溫度場和氣壓場出發來討論問題的。1938年,瑞典氣象學家C.-G.羅斯比最早討論了地轉適應問題。他首先分析了一個初始時沒有氣壓場支持的帶狀氣流的演變,最後的結果是當維持流速時,就產生了與科里奧利力相平衡的水平氣壓梯度力。由此,他認為氣壓場和風場總是相互調整相互適應的,並且主要是氣壓場向風場適應。1949年蘇聯氣象學家A.M.奧布霍夫對地轉適應問題進行了更完整的分析,在他分析的例子中也得到主要是氣壓場向風場適應的結論。他還指出,適應的速度很快,只需要3~4個小時就完成了。此後,中國的氣象學家葉篤正等,又提出了地轉適應的尺度理論,對地轉適應結果和初始非地轉擾動尺度的關係作了充分的研究。他們指出,當非地轉擾動水平尺度L 小於某個臨界尺度L0時,氣壓場向風場適應,當L>L0時,風場向氣壓場適應。L0=c/f,其中c為重力慣性波波速,f為科里奧利參數。1979年,曾慶存又把這一概念發展到球面上大氣的鏇轉適應過程。
在適應過程中,初始的非地轉狀態,引起了水平輻散和輻合以及鉛直運動,激發出快速的慣性重力波。這種波的快速頻散作用(見大氣波動),使局部區域非地轉擾動的能量迅速向外彌散,同時建立起相應的氣壓場,而達到準地轉平衡狀態。
研究地轉適應過程不僅具有重要的理論意義,而且地轉適應的一些理論結果在實際中也有許多直接或間接的套用。例如,中國的氣象學家曾把地轉適應的理論結果用於氣鏇發展的分析,從地轉適應的角度分析了斜壓不穩定的機制(見大氣動力不穩定性)等。

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