下游效应引发我国东部强降水天气个例分析外文翻译资料

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Tellus

ISSN:0040-2826(Print)2153-3490(Online)Journalhomepage:https://www.tandfonline.com/loi/zela19

槽脊图

Ernest HovmOuml;ller

引用这篇文献：Ernest HovmOuml;ller (1949) The Trough-and-Ridge diagram, Tellus, 1:2, 62-66

DOI:10.3402/tellusa.v1i2.8498

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1949年作。泰勒和弗朗西斯集团有限责任公司出版

在线发布时间：2016年12月15日

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槽脊图

ERNEST HOVMOLLER

斯德哥尔摩瑞典气象水文研究所

摘要：

讨论了一个图表的构造和解释, 该图显示了中纬度500hPa层上的槽和脊的经度和强度, 作为时间的函数。

1高空图上槽和脊的特征

在 20世纪30年代，随着高空气象观测资料, 变得足够丰富, 可以在高空图填写常规气象要素, 很快就发现, 这些高空图并不是像地面图这样具有复杂的结构。地面图 (和地表天气) 上的许多不规则性都是由于局部地形效应造成的, 很明显, 这种不规则性并没有延伸到任何高度。此外, 在高空中, 尚没有发现一些（尽管并不是完全规则）由于非地形性特征而造成的轻微不规则之处。或许在某些情况下, 人们可能会说: 不是没有发现，而是根本就不存在。

高空天气图的另一个特征是中纬度等压面南北向的坡度表现得很明显。在纬度35°至 65 °之间的两个半球地表附近观察到的盛行西风气流, 在对流层中部和上部以及平流层下部仍然更为明显。地表层一些强大的气旋和反气旋系统在 500 hPa 图上依然具有完整的环流结构, 但伴随极冷空气的一些反气旋系统除外;但在许多情况下, 气旋出现在开口向北的槽中, 反气旋出现在开口向南的脊上。

地面图的复杂性对这些天气图上的任何系统的分类和任何其他合理的天气预报方法而言都是一个很大的障碍。就高空图----特别是 500 hPa 图----而言, 一些比较重要的可变因素并不多: 最强的西风气流的位置和速度;槽和脊的经度、方向和强度;切断涡旋的位置、形状和强度。在本文中, 我们主要关注的是槽和脊: 它们的位置 (在经度方面)、强度和强度的变化以及它们的位移。为了我们的讨论方便, 作出一些合理的假设, 即将截断涡旋视为槽和脊过度发展的结果。如阻塞高压是脊向北发展而被冷空气切断，切断低压是槽向南不断发展而被暖空气切断。

出现在 500 hPa 图上的槽有许多不同的类型。一些是伴随中度发展的暖区气旋而出现的，这些槽影响并不大，可有可无。另一些是存在于对流层大部分地区的小槽, 但在各个高度上都有一定的强度。一些中等强度的槽往往伴随着锢囚锋的第一阶段或已经填塞的气旋中发展起来的波动气流而出现的;其他的则与对流层下部的槽有关, 如果是这样, 在大多数情况下, 它们都具有非锋面气旋的特点(即所谓的 '极地槽')。主要的槽,在北半球通常存在2-6个, 总是冷槽;等温线的振幅往往比等高线的振幅还要大。

小槽和中等槽的移动, 仅少量例外, 都是向东;在这种情况下, 高空槽与靠近地球表面的槽或气旋有关, 上部系统的移动速度与地表系统的移动速度大致相同, 尽管有时可能会出现微小的差异。极地槽的传播通常相当缓慢;显然, 空气会从西方进入这样的槽, 并离开它们再次向东部传播。

与波动性气旋相比, 高空的主要的槽几乎总是缓慢移动的;在某些情况下, 它们甚至是静止的或者缓慢的向西逆行。

一个槽的发展过程并不总是简单而清晰的。对于'小槽' 成长为大槽以及随后不断衰退和消失的理想情况并不常见;在大多数情况下, 我们在天气图上看到了相当复杂的合并和分离过程。然而, 需要指出的是, 许多成熟的槽和一些中度发展的槽都可能会在几天甚至几周内经历这样的发展阶段。

至于脊, 我们发现在类型和生命史上几乎有很多变化。在大多数情况下, 最大发发展的脊几乎是静止的, 甚至是轻微的向东运动;它们通常存在一周或更久, 从而对从西方传播而来的波动气流产生 '阻断效应'。

2槽脊图的构造

我们正在考虑的纬度带内一定经度处存在一个槽, 如果我们将该纬度带内500hPa 层的平均高度绘制为经度的函数, 则这个槽的结构就会非常清楚地显示出来。主要和次要的槽, 在东部和西部陡峭或平缓的槽, 对称和不对称的槽很容易被这种图形表示区分开来。

如果我们想跟踪某个槽或脊在几天内的移动, 就必须使用不同的方法来表示观察到的事实: 我们可以用上述方法或其他任何类似的方法简单地绘制出槽的经度随时间变化的图像。

描述槽脊特征的这两种简单的方法可以结合在一个图中, 画出在固定纬度带内 500 hPa 层的平均高度, 随经度和时间演变的图像。这种图表是在1945年10月至1946年4月期间绘制的。

这些图表所依据的材料是美国总部出版的一系列历史天气图 (总部、航空气象局: 北半球历史天气地图)。从这些图中可以得出在间隔五度的平行经线与35°、40°、45°、50°、55°和 60 °N的平行纬线之间的交点处500hPa层的平均高度值。平行线的选择在一定程度上是任意的。虽然依据最大纬向风速带的年变化，需要选择不同月份和不同纬度, 但通常认为在我们研究的整个期间内使用同纬度带更有利。下限为 35 °N, 位于亚热带的北部边境地区, 高压和等压面坡度相当小;上限, 60 °N, 通常位于我们所选取的纬度带的北部, 其中的纬向风速在 500 hPa 层上有其最大速度。除此之外，在有关期间, 60 °N以北的空气资料太稀缺, 无法获得足够正确的分析资料;事实上, 对亚洲和太平洋大部分地区的分析即使是在北纬35°N 至60°N之间的地带也具有相当的推测性。

以从每张图中获得的六个值的平均值表示纬度35°N至 60 °N 之间的纬度带内每5个经度处的值 (或者可以说, 在 --°N之间), 我们得到了一个足够好的接近这一部分经向环流的实际平均值的近似值。当然, 前提是地图本身是令人满意的。通过计算每五度经度的这样的平均值, 我们一定会得到一个相当详细的沿纬向剖面的图。但是, 两个连续图层 (24小时) 之间的时间间隔太长。如果间隔为12小时而不是24小时的话, 确定小槽和小脊可能应该不会那么模糊。

就观测材料相对充足的区域而言, 无论是在绘制这些图标之前, 还是在绘制等值线时, 都没有理由平滑掉图表中的平均值。分析认为, 如果平滑掉60°E和150°W之间的可疑值, 获得的有用信息会减少, 而且也会由此而引入一些不希望引入的的主观性。因此, 为了分析, 所有的值都被认为是正确的。当然, 这意味着, 就这一经度间隔而言, 在分析的图表中发生的微小的不规则性，很小或几乎没有可性度。

表示资料的理想方法是将图表折叠在圆柱体周围, 时间尺度与轴平行。为了减少某一径向环流圈中的不连续性的缺点, 120°和 180 °E 之间的带状区域被放置在图中左右两边。

3 1945年11月-槽脊图分析

1945年11月的图表 (图1) 一目了然地显示, 在整个11月，经度0°附近,几乎都被一个静止的脊占据。在这个阻塞高压以西, 几个槽和脊在这个月里都向东移动。一些槽似乎并入到这个静止的脊中, 但是很快就又重建。槽和脊的相速是由槽线和脊线的移动速度给出的。它们可以直接以每24小时的经度变化来衡量;在 180 °W 和准静止脊之间的区域, 它们每天变化大约5到 15个经度。在槽脊图的这一区域中, 没有发现大槽和小槽的速度之间存在的系统性差异。在准静止脊的东部, 情况似乎就很复杂了, 特征不明确, 但主要特征可以归纳为在这个月的大部分时间里，有一个准静止的槽稳定在大约140°E附近。

1945年11月

图1 作为经度和时间函数的500hPa位势高度图 (以动态解码法给出)。图所依据的值是同一经度线上6个不同点的位势高度平均值 (分别位于北纬35、40，45、50、55和 60°)。高位势值的区域 (即脊) 通过水平阴影线来显示, 位势低值区域 (槽) 通过垂直阴影线来显示。倾斜的直线表示槽和脊的最大连续发展的方向, 这是大气波频散理论所要求的一般性质 (见文本)

即使在这个已经消除了纬向不平衡的图表中, 在任何特定时间计算槽和脊的数量也绝非易事。但如果我们把这个月作为一个整体来看待, 我们得到的结论是, 只有两个主要的槽存在, 一个在亚洲东海岸附近, 另一个 (位置和强度都变化比较大)在北美东海岸。脊一个在西欧或东大西洋上空, 另一个在太平洋上空 (波动振幅很大)。

更仔细地观察图所示的西半球的情况, 我们会发现在槽和脊的强度方面有一个惊人的规律: 在某些情况下, 槽的强度最大值的变化紧紧跟随它前面（东面）相邻的一个脊的最大强度的变化，在时间上会滞后一到三天。这种现象可以很好地描述本月的头十天的槽脊演变情况。虽然在某些情况下, 上面引用的规则并不成立, 但这种现象似乎是真实的, 而不是偶然的。事实上, 它基本上与 ROSSBY (1945年) 在气象学中引入的频散理论是一致的。根据这个理论, 我们应该有 (在北纬45度, 它几乎处于我们所关注的纬度带中间)

其中 c 是相速度, c g 是群速度, U 是基本气流的速度, L 是波长。(此处使用的长度单位是在所涉及的纬度带内以经度为单位, 即 i.e.* km,时间单位为24小时)。在这些公式中, U 的值是最难修正的。通过代入经验值 (取自图)我们得到 c = 10 °/ 天, Cg = 28 °/天，L = 65 °, 我们从第一个方程中得到

U = 22/天＝70 km/t

并且从第二个方程中得到：

U = 16°/天＝50km/t

这些U的数值是相当合理的, 彼此没有太大区别。应该记住, 基本正压理论是基于这样的假设, 即与基本纬向气流的速度相比, 扰动 (附加速度) 非常小。这一假设意味着对理论应用的严重限制, 在这个事例中肯定与观察到的事实不太一致。但是, 人们可以得出结论, 由于频散现象导致的群速度不同于 (大于) 相速度, 并不局限于扰动振幅较小的情况。

4. 其他月份的图表简介。

(1945年12月至 1946年4月)

由于空间限制，我们省略掉类似于图一类型的其他图表, 这些图表已经构建, 但我们将简要描述它们的主要特征, 并给出一个显示每个月整体 '波型' 的图表。(图2)

图2 中纬度地区(32.5-62.5°N) 500hPa 层的月平均概况

主要槽的数目一般为2或3个。整个时期最持久的特点是1945年10月底至1946年4月初日本附近140°E附近的一个低槽。然而, 应该强调的是, 在亚洲和太平洋的大部分地区, 这种资料非常稀少。另一个槽, 在大多数时候发展得很强大, 但在位置和强度上表现出更大的变化, 一般位于北美东海岸附近的90°W至 50 °W之间。在大约0°E-90°E(欧洲和西亚) 之间的一些区域,大部分时间都稳定存在第三个槽;1946年2月, 存在一个强度几乎与上述两个槽相同的主要槽区。

至于脊, 变化似乎更大一些。最常见的经度是: 0-30°W(东大西洋);100-130 °W(北美西部);70-90°E (中亚西部)。

主要的槽和脊 (NAMIAS 和清华 (1944年) 所称的平均槽) 没有任何明显的异常静止或缓慢移动, 它们的位移通常小于 5 °每天。有些情况下, 可能会发现一个槽或脊有一个非常缓慢的倒退。

在一些情况下, 可以看到个别槽在一个主槽的区域内向东移动。这些个体槽或在每日天气图上出现的槽，其中一些发展的相当深,它们的相速度, 通常相当于10°每天。还有一些例子, 说明个别的高压(脊)在脊区向东移动, 速度为5-1 0°每天。在其他一些情况下, 可以看到槽或脊的移速已经超过了平均值, 在这种情况下,即使是脊，速度也可能高达 15 °每天。

在任何几个月里都可以发现频散现象的几个例子。其中有一些例子具有相当的推测性, 但最好的例子 (发生在1945年10月和 1946年2月) 几乎和1945年11月初的例子一样引人注目。群速度非常均匀, 大概25-35°每天。

5. 与正常情况比较

在 Namias 先生的礼遇下, 我有机会将上述结果与一系列显示 500 hPa平均高度的未公布的图表进行比较 (每个月一张图表)。这些图表以及那些由 SCHERHAG (1948年) 公布的图表显示：两个主要槽的存在, 这似乎是一个正常的特征, 可以解释为反映了一个事实, 即高层大气的极地低压中心不是圆形的, 而是椭圆形的。槽之间的经向距离不完全是 180 °, 但这与低压轴的位置一致: 平均图表明, 这个轴并不穿过北极。

在一些平均图上也显示了第三个槽的存在, 等高线或多或少的表现出三角形形状。至于主槽和脊的位置和强度, 我们的

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