气压梯度 简介 现象描述 物理学术语

简介

存在气压梯度是产生水平气压梯度力的原因。只有在水平面上存在气压梯度，才能使大气由高气压区流向低气压区。

现象描述

采用美国国家环境预测中心的CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)再分析资料和Quick SCAT(Quick Scatterometer)、AVHRR(Advanced Very High Resolution Radiometer)、TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)高分辨率卫星资料,研究了大气对春季东海黑潮锋响应的气压调整机制及其年际变化。结果表明,春季东海黑潮锋位于黑潮暖舌的西北侧,呈西南—东北走向，与大尺度气压背景场的等压线走向一致,锋区东南侧暖水与西北侧冷水之间产生的局地气压梯度与大尺度气压梯度形成同向叠加，使得锋区附近西北指向东南的气压梯度达到最大,造成该处的海表面10 m矢量风速也最大,在摩擦作用下形成东北偏北风(NNE)。

锋区与其东南侧的NNE风之间沿锋区走向(跨锋区走向)的分量差,会在暖舌附近产生气旋性切变涡度(风速辐合),由此产生上升运动和强降水;而在锋区西北侧的冷水区情况正好相反,有反气旋性切变涡度(风速辐散),并伴有下沉运动和弱降水,从而形成跨锋区的次级环流圈。东海黑潮锋区偏强(弱)年,锋区东南侧暖水与西北侧冷水之间的局地气压梯度也偏强(弱),与大尺度气压梯度同向叠加后形成偏强(弱)的NNE风,造成锋区东南侧暖舌附近的气旋性切变涡度、风速辐合、上升运动和降水均偏强(弱),而锋区西北侧冷水区的反气旋性切变涡度、风速辐散和下沉运动均偏强(弱),跨锋区次级环流圈偏强(弱),这表明在年际时间尺度上气压调整机制仍起作用。

产生机理

利用多尺度天气分析理论,研究了锋面和气旋的形成机制。结果表明,冷、暖气团是由不同性质的亚微团在环境力的作用下向不同方向运动而形成的,而它们的交界面就是锋面。急流附近强动能梯度力能促进微团的分离,因此锋面与急流有很好的对应关系。另外,低空急流附近存在上干冷下暖湿的稳定气流,原因在于急流之上的能量梯度力与重力的方向相反,导致该区域微团所受到的作用力为零,形成稳定的结构。但当微团运动到急流出口处时,这种平衡不再存在,暖湿微团向上运动而干冷微团向下运动,形成剧烈的天气变化。

地球自转所形成的离心力使得轻微团产生向北、向上的运动分量,导致极锋向北倾斜。气旋的形成同样是由亚微团的分离而产生的。当轻微团离开微团,在绝对环境涡度场的作用下将发生旋转,旋转的方向与初始涡度的方向一致,在北半球地转涡度的垂直分量向上,为逆时针旋转,南半球为顺时针旋转。在气旋的形成过程中,轻亚微团在气压梯度力场和绝对涡度力的作用下呈现螺旋运动,是气旋系统普遍存在螺旋云带和雨带的原因。水汽是气旋在形成和加强过程中的基本能源,由于发生地的不同,温带气旋和台风在水汽输送方式上亦有差别:温带气旋主要依靠低空暖输送带进行水汽输送;台风因为发生在热带海洋,水汽充沛,各个层次都有水汽供应。气旋运动主要受三个力的制约:环境气压梯度场力、绝对涡度场力和环境涡度力,这三个力的作用导致台风在沿副热带高压边缘运动的同时,还存在蛇形路径和打转运动。

基金：吉林省气象局科技创新基金项目“地球大气的粒子模型及其在短期气候预测中的应用”(200707)；

关键词：锋面; 气旋; 亚微团; 急流; 水汽输送; 台风运动;

文内图片：

图1高空急流中心与锋区示意图Fig．1Theschematicdiagramofupper－leveljetcenterandfrontalzone（fromreference）

图3在地球自转且大气微团满足静力平衡情况下亚微团受力示意图粗虚线表示极锋的位置图5不同密度的亚微团在垂直绝对涡度场下的旋转运动示意图

图6气旋在形成过程中轻微团的螺旋运动轨迹Fig．6Thespiraltrajectoryoflight－micelleintheprocessofcycloneformation

图9环境风场对次级涡度作用力示意图Fig．9Theschematicdiagramoftheeffect

发生实例

2013年4月29日大风天气过程,海平面气压梯度弱,预报有一定难度,若漏报将产生严重影响,甚至造成农业损失。因此,对这次弱气压梯度下大风成因进行总结与分析,对大风预报和农业防灾减灾有重要意义。分析结果表明,这是一次冷锋过后的偏北大风过程,但地面冷高压前沿气压梯度小,因此这次大风天气过程的主要原因不是海平面气压梯度,而是由变压风、冷平流、动量下传、前期显著回暖等引起。