西风带波动的特征 西风带风力强劲的原因

天气资讯更新时间:2024-05-30 14:19:37

西风带波动的特征主要表现为其周期性、振幅变化以及传播方向,这一地带的大气波动具有显著的季节性变化,随着季节的更替,其波动周期、强度和频率均会发生明显的调整,而且西风带波动的振幅,即波动的强弱程度,会随时间和地理位置的不同而有所变化,在某些时段和区域,波动可能较为强烈,导致天气变化剧烈;而在其他时段和区域,波动可能相对较弱,天气相对平稳,接下来就一起去看看西风带风力强劲的原因吧!

西风带波动的特征

西风带的气流不仅不是平直西风,其波动流型也是会随时间发生变化的:有时是与纬圈大致平行,这种状态称为纬向环流(也称平直西风环流);有时有较大的南北向气流,甚至出现大型的闭合暖高压和冷低压,这种状态称为经向环流。

纬向环流和经向环流在空间和时间上都是经常交替出现的。而西风带波动的主要特征就是纬向环流和经向环流的维持及其间的转换。

下面我们来解释一下纬向环流和经向环流是如何相互转换的:

当西风带处于纬向环流状态时,以西风气流为主,南北热量交换较少。在太阳辐射南北差异的影响下,南北温差逐渐增大,使得大气的斜压性增强,加强了南北大气之间的有效位能(有效位能指能转化成动能的那部分位能)。当大气受到扰动时,南北大气之间的有效位能会转化成动能,从而产生了经向环流。而经向环流会促进南北热量交换,使得温差减小,从而使大气南北方向运动的“动力来源”减弱。最终南北方向的动能减小,回归纬向环流状态。

为了方便描述西风带的环流状态(即西风分量的强弱),Rossby提出了“西风指数”:35°~55°之间的平均地转西风。西风指数高时表示西风强大,对应纬向环流状态;西风指数低时表示西风弱,对应经向环流状态。这样,西风环流的纬向环流和经向环流状态交替、循环变化的过程,就表现为西风指数交替、循环的过程,称为指数循环。

Rossby给出的西风指数概念看似很明确,但在实际应用中却有一定的困难:风场的连续性通常不及气压场和温度场,容易存在小范围内的突变;加之高空探测仪器的限制,风速的测量总是存在一定的误差。因此用平均地转西风来作为西风指数并不是那么方便和准确。于是在实际工作中,通常把35°与55°之间的平均位势高度差作为西风指数。

原理是这样的:两层等压面 p0 与 p1之间的位势高度差可以根据气压-位势高度公式算出,即

ΔH=RdT¯glnp0p1

其中 Rd 为干修正的理想气体常数, T¯ 是等压面间的平均虚温。这样一来就避免了风速的测量,而去测量温度和气压。

当然,这样做并不会改变西风指数的物理意义。从地转风的公式 Vg→=−gf∇pH×k→ 可以看出,风速大小与同一等压面上的位势高度梯度大小成正比。因此35°与55°之间的平均位势高度差大时,也就意味着平均地转西风大。

西风带风力强劲的原因

西风带的风力之所以强劲和持久,主要归因于两个关键因素:

地球自转的影响。地球自转产生的偏向力,特别是在中纬度地区,会使得原本向极地输送的气流(在北半球为南风,南半球为北风)发生偏转,形成西南风或西北风。这种偏转随着纬度的增加而增大,从而形成了西风带中盛行的西风。

中纬度地区温差大。中纬度地区温差大,热量消耗也大,导致上下对流旺盛,这种对流作用产生了强劲的大风。

此外,西风带位于副热带高气压带与副极地低气压带之间,是赤道上空受热上升的热空气与极地上空的冷空气交汇的地带。这种冷热空气的交汇也是西风带风力强劲的原因之一。

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