水平散度
风速水平分量的散度
指风速水平分量的散度。
描述
散度(divergence)可用于表征空间各点矢量场发散的强弱程度。物理上,散度的意义是场的有源性。当散度大于零时,表示该点有散发通量的正源(发散源);当散度小于零时,表示该点有吸收通量的负源(洞或汇);当散度等于零时,表示该点无源。
简单地说,流体在运动中集中的区域为辐合,运动中发散的区域为辐散。散度值为负时为辐合,此时有利于气旋等对流天气系统的发展和增强;为正时表示辐散,有利于反气旋等天气系统的发展。往往,气象学中应用最多的是风速的“水平散度”。
水平散度,是指空气在单位时间内、单位面积上的膨胀量(相对膨胀率),亦表征空间各点在水平方向上发散的强弱程度。分布在不同地点的空气的移动方向常常是不一致的。有时移动方向相同而速度快慢不同,有时速度相同而方向各异,也有方向速度都不同的。这样,就可能引起空气在某些地方堆积起来,而在另一些区域流散开去。
水平散度的表达式为:
其中,是x轴方向的风速大小,是y轴方向的风速大小。一般来说,x轴表示纬圈切线方向(自西向东为正),y轴表示经圈切线方向(自南向北为正)。单位为。
图1中左边两图表示格点的空气都背着同一条线或一点散开,右图表示前方空气移动速度较后方的快,使得空气散开,这种现象称为水平辐散。
图1 水平辐散
图2中,左图和中间图表示各点空气都向着同一条线或一点汇合,右图表示前方空气移动速度较后方空气慢而使得空气堆积,这种现象称为水平辐合。
图2 水平辐合
与降水形成的关系
在大气的水平辐合辐散的分布中,有时下层辐合,上层辐散;有时下层辐散,上层辐合。从图3可见,当对流层上层有水平辐合、下层有水平辐散的区域会引致下沉运动,下沉的空气会带来晴天;反之,则会出现上升运动,形成云层甚至下雨。
图3 水平气流的辐合辐散和垂直运动的相互关系
降水形成的条件之一是水汽在降水区辐合上升,在上升中绝热膨胀冷却凝结成云。当水汽由源地输送到某地区时,必须有水汽在该地区水平辐合。水汽水平辐合就是水平输送进该地区的水汽,大于水汽输送出该地区的水汽,反之即为水汽的水平辐散。在单位体积内,水汽水平辐合辐散的大小用水平水汽通量散度来表示。
图3 850 hPa水汽水平散度
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最新修订时间:2024-11-20 22:53
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