[科普中国]-地形波

地形波基本类型

气流过山可引起地形波。

地形波一般分为四种基本类型。

层状气流地形波（一般表现为山脉波）；

驻涡气流地形波（一般表现为背风波）；

波动气流地形波（表现为特殊形式的背风波）；

转子气流地形波（表现为特殊形式的背风波）。

不同类型的出现，主要依赖于不同的风型。在风速较小的条件下，常常出现层状气流的情况。这是一种平滑的浅波，波动只发生在山脉上空的浅层内，向上很快消失。这种波动通常称为“山脉波（mountain wave）”。当山顶高度以上风速较大时则可能在山脉背风坡形成半永久性的涡动，其上则有气流的平滑浅波。这种半永久性的涡动便叫做驻涡（standing eddy）。当风速随高度增大时，则可在背风坡出现波动气流，这种波动称为“背风波（lee wave）”。背风波可以伸展到对流层上层和平流层。地面观测和卫星云图上常可发现在山脉下风方有波状云存在，这种云通常是由背风波造成的，而当在垂直方向有风速极大值出现时，则会形成转子气流（rotor streaming）。驻涡和转子是背风波的特殊形式。1

背风波的特征及大气条件背风波是由于障碍物（山脉）引起空气垂直振荡而造成的。当空气被山脉强迫抬升后，在稳定层结构中，由于有恢复力-----重力，使它回复到初始位置，这样空气便产生垂直振荡，并沿水平气流向下游传播波形，因而便在山脉背风侧形成背风波。2

背风波一般具有以下特征：

①波长。背风波的波长可在1.8~70km之间，一般为5~20km左右。波长一般随高度而变，高层较长，低层较短。波长还随风速而变，风速越大，波长越长。3

②波幅。波幅指流线（通常用等熵线代表）的峰、槽之间的距离。背风波的波幅可在几百米至2km之间。一般在0.3~0.5km。波幅和波长无一定联系。当波长和山脉形状配合时，振幅最大。有的背风波振幅很大，可达6km以上。大振幅的背风波称为“水跃型”背风波。

③垂直速度。背风波的垂直速度一般为2~6m/s，最大可达15m/s。一般来说，波长为13km左右的背风波，其垂直速度最大。

背风波往往出现在一定的大气条件下。对给定的障碍物，背风波的出现依靠两个大气特征，即：静力稳定度和风。一般来说，当背风波发生时，最稳定层的高度正好是山顶高度。由此可见，空气受山脉扰动的层是明显稳定的，至少对强背风波来说是如此。而且，背风波最大的振幅一般出现在静力稳定度最大的层次。3

地形波的危害地形波中的铅直气流可使飞机的飞行高度突然下降，严重的可造成撞山事故；

地形波中强烈的湍流，可造成飞机颠簸；

在地形波中铅直加速度较大的地方，可使飞机的气压高度表的指示产生误差。

在日常预报业务中还不能对地形波做出定量的预报。4

地形波如何危害飞行安全当气流越过山脉时，在山坡的迎风面受到地形影响而抬升，在山坡的背风面下沉，因此，在山脉附近形成地形波，其中，背风波对飞行的影响很大。

背风波中下降气流的垂直速度通常为5~10m/s，有时可能更大，飞机进入这种波动气流后，往往在一两分钟内可下降几百米高度，而后又上升，如此反复多次，在夜间或云中飞行尤其危险。

背风波中的下降气流不仅使飞机高度下降，也使气压式高度表读数偏高。因为气压式高度表是按照标准大气刻度的，而标准大气是处于静力平衡状态的。在下降气流区，气压式高度表读数高于实际高度。在垂直加速度大的地方，高度表读数和实际高度的误差会更大。另外流经山脊的气流速度增大，使静压力降低，也使气压式高度表示度偏高。两项作用的结果，可能使表高偏高达几百米。由于高度表指示偏高又恰恰发生在下降气流中，这时飞机的实际高度下降，而高度表上数字变化不大，机组不易发现飞机的高度变化，极易导致严重事故。4