[科普中國]-地形低壓

誘生原理

在世界上幾個熱帶氣旋(TC)頻繁光顧的海島或近海山脈地區(qū)中，有相當(dāng)比例的熱帶氣旋經(jīng)過時會產(chǎn)生誘生低壓。有關(guān)學(xué)者統(tǒng)計了1949--1974年有62個熱帶氣旋穿過或擦過臺灣島，其中15個熱帶氣旋產(chǎn)生了島嶼誘生低壓，臺灣島對誘生低壓的誘生率達(dá)24%。熱帶氣旋與地形的相互作用過程中誘生低壓的機理十分復(fù)雜，在近三十年來許多學(xué)者致力于熱帶氣旋誘生地形低壓方面的研究。相關(guān)研究可以分為動力學(xué)分析和數(shù)值試驗兩類。

基本的研究結(jié)論認(rèn)為，熱帶氣旋誘生地形低壓渦旋的過程被認(rèn)為是渦度或位渦重新分布的過程，而這一現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于地形強迫使渦度或位渦出現(xiàn)了局部梯度變化所致。渦度或位渦的再分布可以渦旋Rossby波的形式實現(xiàn)，當(dāng)環(huán)境場中出現(xiàn)渦度或位渦的非線性切變時，會有渦旋Rossby波發(fā)生，并從具有切變的基本流場中吸取能量，產(chǎn)生新的中尺度天氣系統(tǒng)。此外，考慮到熱帶氣旋周圍的準(zhǔn)飽和條件，濕位渦守恒理論不失為一個較好的理論框架。3

研究者在《熱帶氣旋誘生地形低壓過程中的渦旋Rossby波》一文中提到，其工作嘗試以濕位渦守恒過程中的下滑傾斜渦度發(fā)展理論為基礎(chǔ)，從渦旋Rossby波動力學(xué)角度討論地形與熱帶氣旋相互作用誘生低壓渦旋的物理機制并選取了位于西太平洋沿岸不同緯度的兩個熱帶氣旋個例予以驗證。

文中使用傾斜渦度發(fā)展理論模型和緯向基流下二維中尺度近似方程組，從理論上研究了熱帶氣旋過山氣流誘生低壓渦旋過程中的下滑傾斜渦度發(fā)展和渦旋Rossby波生成的內(nèi)存聯(lián)系，并應(yīng)用在西太平洋不同地區(qū)的兩個熱帶氣旋誘生地形低壓的個例進(jìn)行了驗證，主要結(jié)論如下：

(1)理論分析表明，熱帶氣旋移近大地形后，由于沿傾斜等熵面下滑的氣塊運動和垂直方向的風(fēng)切變可引起傾斜渦度發(fā)展，將位渦的水平分量轉(zhuǎn)化為渦度垂直分量進(jìn)而誘生地形低壓。

(2)垂直方向的風(fēng)場在滿足非線性分布的條件下可以引發(fā)渦旋Rossby波，而包含了渦旋Rossby波的二維中尺度近似方程組與傾斜渦度發(fā)展中的位渦與渦度的轉(zhuǎn)化過程是等價的，均是由渦度水平分量向渦度垂直分量的轉(zhuǎn)化。地形下坡面角度越接近90度，這種轉(zhuǎn)化越劇烈。

(3)渦旋Rossby波是下坡氣流傾斜渦度發(fā)展的一個具體機制，渦旋Rossby波引起空氣質(zhì)塊的振蕩，這種振蕩引起的垂直運動伴生渦度垂直分量，實現(xiàn)位渦的水平分量向渦度垂直分量的轉(zhuǎn)化。

(4)由于渦旋Rossby波相對于基本氣流單向傳播，可以推導(dǎo)出只有東風(fēng)過山氣流才可能誘生地形低壓，這與觀測事實相符。需要指出的是，在分析中將重力慣性波濾掉從而突出渦旋Rossby波的特征，這在實例中雖然有了較好的驗證，但是當(dāng)氣流水平尺度較大時，慣性波的作用就不可再忽視，文中所用的近似方程組也需要設(shè)定更嚴(yán)格的條件。3