RQL's Blog 菜鸟成长记

大气运动的四类稳定性问题

2019-05-24
renql

惯性稳定度问题

在地转平衡的背景场中,气块在水平气压梯度力和科氏力作用下,水平位移的稳定性问题
在具有水平切变的纬向流 u(y) 中,南北位移的气块是受抑制而返回其平衡位置(稳定)?还是加速远离其平衡位置(不稳定)?或是随遇而安(中性)?
这取决于背景场的绝对涡度,

对称稳定度问题

静力稳定度是气块垂直运动时的稳定性,惯性稳定度是气块水平运动时的稳定性。如果大气既是静力稳定的又是惯性稳定的,则它在作垂直运动或水平运动时,运动都是稳定的。
但是,当气块沿倾斜等熵面(位温为常数)作倾斜运动时,其运动仍有可能是不稳定的,这是的不稳定称为对称不稳定。 有时又称对称不稳定为中尺度不稳定

正压稳定性

从波动观点看,大气长波的不稳定增长是大尺度天气系统发生发展的重要机制。
在无切变的平行基流(u=常数)中,大气长波的频率或波速为实数,即波动是稳定的。当基本气流存在水平或铅直切变时,大气长波则可能出现不稳定。

正压稳定性问题————只有水平切变的基本气流中的大气长波稳定性问题。

感觉正压稳定性与惯性稳定度很像,两者都是考虑大气水平运动的稳定性问题,只是前者是整个大气气流,而后者是基于某个气块。但两者的判据都与绝对涡度有关。

斜压稳定性

基本气流只有垂直切变的纯斜压大气中的大气长波的稳定性问题。

中纬度对流层,基本气流临界垂直切变的最小值为 4m/s,对应的临界波长约等于4000km。

中纬度天气尺度系统可以是叠加在斜压不稳定基流上的微小扰动发展的结果。
尽管实际大气中,有许多其他因素可影响天气系统的发展,例如惯性不稳定有限振幅扰动的非线性相互作用潜热释放等,但是,从观测研究、实验室模拟和数值模拟等所得到的证据都表明,斜压不稳定是中纬度天气尺度波动发展的主要机制。

斜压不稳定大气长波的结构:

  • 斜压不稳定大气长波的槽、脊线是随高度向西倾斜的
  • 平均温度槽(脊)落后于高度槽(脊)
  • 温度场与垂直运动的这种配置关系,有利于扰动有效位能向扰动动能转换,有利于波的不稳定发展

Content