不随时间改变的大气波动。
描述
把纬向平均环流偏差的时间平均定义为
定常波。它表示时间平均图上的纬向偏差值,又称定常涡旋项,主要反映
大气活动中心、高空平均槽脊以及
季风等特征。其三维结构主要用半球时间平均场的纬向不对称分布和经度——高度剖面图表征。
定常波的形成主要是
地形和
非绝热加热分布不均匀性强迫的结果,两者对于定常波的维持都是十分重要的。但热力强迫和地形强迫产生的定常波有不同的结构。热力强迫的
扰动尺度比地形强迫的大,尤其在对流层上部。它们的位相随高度也有更显著、更系统的向西倾斜。
北半球冬季定常波主要特征
(1)200百帕高度场在高纬度和低纬度有不同的流型,中纬度有明显的纬向动量向极通量,这种向极通量表示有一个从高纬流型向低纬流型的EP通量。因此低纬度流型的波动部分是由较高纬度的波动所强迫。中高纬负值中心位于140°E和70°W。在30°N附近高度场分布有明显突变现象,30°N南北高度场有明显反位相分布。
(2)地形作用是确定北半球冬季急流层次上定常波的主脊和主槽位置的主要因子,而热力作用对维持高纬度洋面低压起重要作用。比如,500百帕高度场在西藏高原和落基山上空有西北气流,气候平均急流向极一侧有明显下游槽。海平面低气压位于高纬度海洋上,等压线沿海面线密集。GCM数值模拟中气候平均海平面气压扰动可由下边界热力影响产生。
(3)定常波垂直结构。在较高纬度上位势高度场随高度向西倾斜,而且定常波倾斜向上伸展到平流层下部,这种西倾反映了定常波的热量通量在各层上都是指向极地的。高度场中定常波振幅随高度明显增加直到对流层顶,这表明定常波的垂直结构中有一个相当正压分量(即随高度没有位相倾斜)。
(4)在低于700百帕处,低层由定常波引起的向极热量通量特别大。地面温度场的极大值和极小值多数位于高度场中相应值的两边约四分之一波长处,而高度场表现出随高度明显西倾,这种特殊的低层结构在北半球夏季和南半球冬夏季的定常波中均不存在。
北半球夏季定常波主要特征
(1)200百帕上,夏季定常波在30°N附近达到最大振幅,在这个纬度上,200百帕高度场的主要特征是青藏高原和两个大洋中部的低槽(即太平洋气旋和大西洋气旋)。其次,大西洋槽扩展到地中海,而北非和落基山存在高压。
(2)海平面气压场中,上述系统均反位相。这些系统的垂直结构类似于热带天气系统的垂直结构。这是由于较暖的大陆和较冷的海洋之间的热力对比。这种结构在夏季定常波位势高度及温度的沿30°N经度-高度剖面图上也很明显。而由200百帕高度场和海平面气压场来看,热带型结构的影响一直延伸到太平洋和欧亚大陆相当高的纬度。夏季定常波高低层的反位相可以认为是下垫面的加热和冷却作用。
(3)夏季定常波的垂直结构有随高度向东倾斜的特征。这反映了夏季定常波地形强迫作用不是主要的,而地形强迫作用主要表现在大地形上空是脊的形势,在大地形的西侧有明显的短波槽。东倾特征在500百帕上较明显,200和700百帕之间都有。槽脊的距离为1000千米的量级,小于冬季特征半波长。
对大气环流的作用
定常波对热量、西风动量、位势高度有经向输送作用:
(1)热量以50°N为中心有很强的向北输送,这与中纬度定常波槽脊随高度有明显的向西倾斜有关。向北的输送有两个最大值区,一个在对流层上部和平流层下部,一个在近地面附近。
(2)动量通量分布的特征在50°N以南有向北的输送,50°N以北有向南的输送。这种输送特征与定常波槽脊在副热带有西南-东北倾斜,在中高纬有东南-西北倾斜的特征有关。
(3)因为地转风对位能的经向输送沿纬圈的平均值为零,因此定常波对位能的输送代表的是非地转运动的作用。这种输送的主要特点是在中纬度有明显的向赤道输送 。