8．1．2 涡度观点的应用

依据涡度观点，可以将各种天气系统看作是流场中的涡旋运动。对于高空槽、脊系统而言，气旋性涡度增大，槽加深；反气旋性涡度增大，脊加强。同样，对于地面系统而言，气旋性涡度增大的地方，有利于地面气旋的发生和发展；反气旋性涡度增大的地方，有利于地面反气旋的发生和发展。在第四章中，为了简化所讨论的问题，给出了考虑了大气斜压性的平均层涡度方程(4.94)式，作为讨论高空形势预报的基本方程。根据这个方程可知，平均层上的涡度局地变化主要由4个因子引起，即平均层上的相对涡度平流、热成风涡度平流、地转涡度平流和地形作用。同时，还给出了地面气旋(反气旋)发展方程(4.53)式。下面将简要地讨论一下在天气图上定性判断相对涡度平流和热成风涡度平流的方法，以及引导气流原理的应用问题。

1．相对涡度平流的定性讨论

平均层上的相对涡度平流项可以写成

(8.1a)

r为流线的曲率半径，气旋式弯曲时为正，反气旋弯曲时为负，n为流线的法线方向，指向流线右侧为正，则上式可写成

沿气流方向增大区，则将产生负变涡。即当有正涡度平流进入低槽时，槽将加强发展；当有负涡度平流进入高脊时，脊将增强发展。由于，目前多数台站虽然绘制等压面图，但并不绘制涡度图，故有必要介绍一下直接用等压面图定性讨论涡度平流的方法。

将上式应用于500hPa等压面，则Vm为500hPa等压面上的风速，采

即

(8.1c)

上式表示，地转风涡度平流的作用，可根据等压面图上等高线分布的形

涡。当等高线呈反气旋弯曲时情况相反。这就是说，疏散槽或疏散脊将发展；汇合槽或汇合脊将减弱。

减小或低压方向增加之处有正变涡，反之有负变涡。这些情况如图8.1所示。

根据实际计算，(8.1c)式中右端三项中疏密项作用较小，只在高空急流两侧附近较为重要。等高线散合项和曲率项作用一般同时存在，两项之和的数值约为疏密项的2～5倍。在很多情况下，一般着重考虑前两项。因为在槽(脊)线上曲率最大(小)，故曲率项为零，其作用只是使槽(脊)线东移。因此，槽(脊)线的发展主要是由散合项所决定的。由上面的讨论可以得到以下两条定性规则：

(1)疏散槽(疏散脊)是发展的；汇合槽(汇合脊)是减弱的(如图8.2所示)。

(2)对称性的槽(脊)没有发展，当槽(脊)前疏散，槽(脊)后汇合时，槽(脊)移动迅速；当槽(脊)前汇合，槽(脊)后疏散时，槽(脊)移动缓慢(如图8.3所示)。

2．热成风涡度平流的定性讨论

在平均居涡度方程中，热成风涡度平流项可以写成

(8.2)

此项的定性分析方法与前面所讨论过的相对涡度平流的分析方法相似，只要用1000至500hPa的厚度图代替500hPa高度图即可。在厚度槽附近，热成风涡度最大，在厚度脊附近，热成风涡度最小。因此当厚度槽落后于高度槽时，厚度槽槽前的正热成风涡度平流，正在高度槽中，因而此高度槽将加强。同理，当厚度脊落后于高度脊时，此高度脊将加强。目前台站不分析等厚度线，但由于在推导方程时假设各层等温线的走向不随高度变化，故大致可以用500hPa或700hPa上的等温线近似代

，根据实际资料统计，在平均层上大约为0.2～0.4(Carlson，1991)，因而500hPa等压面上天气系统的发生发展和移动应以涡度平流为主，但是热成风涡度平流项的作用仍很重要，它反映了大气斜压性的作用。图8.4为中纬度地区斜压槽的温压场结构示意图。

3．引导气流原理的应用

空中冷平流地区地面加压，空中暖平流地区地面减压。在地面系统生成之前，温度平流一般表现得较为微弱，但在地面闭合流型出现后，温度平流就迅速变得明显了。在气旋中心或反气旋中心风速为零，上空的地转风等于气层的热成风，温度平流为零，即温度平流零线通过气旋中心。气旋前部(反气旋后部)为暖平流地区，地面降压，局地气旋性涡度随时间增大；气旋后部(反气旋前部)为冷平流地区，地面加压，局地反气旋性涡度随时间增大。所以温度平流的作用主要是使气旋、反气旋向前移动(参见第四章)。可以证明，地面高、低压中心的移动速度与系统中心上空平均层上的地转风一致。在实际工作中，可利用700hPa或500hPa等压面上的地转风加以适当订正，以预报地面系统中心的移动，这就是所谓的“引导气流原理”(如图8.5)。在一般情况下，地面气旋和反气旋大致以平均层引导气流的方向移动，稍有偏差，气旋常偏于预报时引导气流的右侧，反气旋常偏于预报时引导气流的左侧。引导气流越强，偏差角度越小。引导速度的大小比平均居风速小一些，根据统计，地面气压系统中心的移动速度为其上空500hPa风速的0.5～0.7倍，700hPa风速的0.8～1.0倍。通常夏季引导层较高，常用500hPa等压面作引导层，冬季引导层较低，常用700hPa等压面作引导层。