《动力气象学》电子教案一编著、主讲:成都信息工程学院大气科学系李国平教授制作:林蟒、李国平 波速矢C=OKA=1 ±N ki +mk (3.52) N 不满足合成法则,即C的i分量≠C。 22重力内波的性质 主要是垂直横波双向传播波但在垂直方向也呈现波动状,c:≠0,二维波波速(c)为几十m:s2, 中速波,“中等频率”,但波速与波数m有关,∴当m很大,即物理量垂直变化很大(垂直结构很复杂) 时,波速会变得较小()→低频变化。 重力内波与中,小尺度天气系统关系密切。 实例:对流云、波状云、飞机顛簸(间接感觉) 3>z 被能传播方向 位相传播方向 垂 方 向 水平方向 图示符号 图38重力内波的传播 重力内波产生的物理机制 1)层结条件
《动力气象学》电子教案 －编著、主讲：成都信息工程学院大气科学系 李国平教授 制作：林蟒、李国平 6 波速矢 ( ) 2 3/2 ( ) 2 2 1 Nk C K ki mk K k m ω λ ± == + + JG JG G G （3.52） ∵ K ki mk = + JJGG G ( ) ( ) 1/2 1/2 22 22 , x z N kN c c k mm km km ω ω = =± = =± + + ∴不满足合成法则，即C JG 的 i G 分量 x ≠ c 。 2.2 重力内波的性质 主要是垂直横波，双向传播波，但在垂直方向也呈现波动状， 0 z c ≠ ,二维波，波速( ) x c 为几十 1 m s− ⋅ ， 中速波，“中等频率”，但波速与波数m 有关，∴当 m 很大，即物理量垂直变化很大（垂直结构很复杂） 时，波速会变得较小( ) ≈ →u 低频变化。 ∴重力内波与中，小尺度天气系统关系密切。 实例：对流云、波状云、飞机颠簸（间接感觉）。 图 3.8 重力内波的传播 重力内波产生的物理机制 1) 层结条件
《动力气象学》电子教案一编著、主讲:成都信息工程学院大气科学系李国平教授制作:林蟒、李国平 稳定层结:y<ya,>0.,N2>0,垂直扰动在净浮力作用下的(浮力)振动在空间的传 播→>重力内波 中性层结:y=y20,=0,N2=0,无净浮力作用,无垂直振动,无重力内波。 不稳定层结:y>y,<0,N2<0,气块在垂直方向上作加速运动(方向恒定),永远远 高初始平衡位置,无垂直振动,也形成不了重力内波。但层结不稳定的结果将导致层结稳定。 因此,重力内波的形成可只要求层结是非中性的 D>0 0 B > d<0.物>0 D<0 D>0 图39重力内波的形成和传播 机制分析 设大气层结是稳定的,上、下边界固定。当图38中A处出现向上的扰动(a<0),A点以下的 0>0连续方程-<0(水平辐合);A点以上有<0连续方程>0(水平辐散),这种水平 辐合、辐散的垂直分布,使空气质点在水平气压梯度力的作用下在A点以上从A点流出,A点以下向A 点汇合。由于质量补偿作用,使得A点以外未受扰动的空气产生与A点相反的辐合、辐散运动(水平扰 动)如B、C两点,下层辐散,上层辐合,下沉运动。因此,初始在A点出现的垂直扰动还渐通过水平 辐合、辐散的交替变化向左、右,同时通过垂直散度的交替变化向上、下传播开来,从而形成(二维)重 力内波。 ch 重力内波产生的物理条件:稳定层结,有垂直扰动,扰动状态为非静力平衡(-≠0)。重力内波 的流场型式与对流云的运动型式相似。∴重力内波对小尺度天气变化过程有重要作用
《动力气象学》电子教案 －编著、主讲：成都信息工程学院大气科学系 李国平教授 制作：林蟒、李国平 7 ( ) 2 d g g N z T θ γ γ θ ∂ ==− ∂ 稳定层结： 2 , 0, 0 γ γσ <>> d s N ，垂直扰动在净浮力作用下的（浮力）振动在空间的传 播→重力内波 中性层结： 2 , 0, 0 γ γσ = == d s N ，无净浮力作用，无垂直振动，无重力内波。 不稳定层结： 2 , 0, 0 γ γσ ><< d s N ，气块在垂直方向上作加速运动（方向恒定），永远远 离初始平衡位置，无垂直振动，也形成不了重力内波。但层结不稳定的结果将导致层结稳定。 因此，重力内波的形成可只要求层结是非中性的。 图 3.9 重力内波的形成和传播 2) 机制分析 设大气层结是稳定的，上、下边界固定。当图 3.8 中 A 处出现向上的扰动( ) ' ω < 0 ，A 点以下的 ' 0 p ∂ω > ∂ 连续方程 JJJJJJJJJJG ' 0 u x ∂ < ∂ （水平辐合）；A 点以上有 ' 0 p ∂ω < ∂ ' 0 u x ∂ > ∂ 连续方程 JJJJJJJJJJG （水平辐散），这种水平 辐合、辐散的垂直分布，使空气质点在水平气压梯度力的作用下在 A 点以上从 A 点流出，A 点以下向 A 点汇合。由于质量补偿作用，使得 A 点以外未受扰动的空气产生与 A 点相反的辐合、辐散运动（水平扰 动），如 B、C 两点，下层辐散，上层辐合，下沉运动。因此，初始在 A 点出现的垂直扰动逐渐通过水平 辐合、辐散的交替变化向左、右，同时通过垂直散度的交替变化向上、下传播开来，从而形成（二维）重 力内波。 重力内波产生的物理条件：稳定层结，有垂直扰动，扰动状态为非静力平衡（ ' 0 dw dt ≠ ）。重力内波 的流场型式与对流云的运动型式相似。∴重力内波对小尺度天气变化过程有重要作用
《动力气象学》电子教案一编著、主讲:成都信息工程学院大气科学系李国平教授制作:林蟒、李国平 图3.10云波
《动力气象学》电子教案 －编著、主讲：成都信息工程学院大气科学系 李国平教授 制作：林蟒、李国平 8 图 3.10 云波