[科普中国]-长波槽

简介

长波槽是西风带高空长波气流在科里奥利力的作用下产生的。

对流层中，上层的西风带中，大气环流呈波状型分布，称波谷处称为“槽”。当环流的波长约在 5000—10000公里时，此时的槽就称为“长波槽”。长波槽在维持大气环流方面，起着重要的作用。

背景知识长波是指对流层的中部和上部西风带大气环流中波长为3000～8000公里的波动。它是当西风气流发生南北扰动时，由科里奥利力随纬度变化的效应而产生的(见大气波动)。长波的生命期约一周，是西风带上大尺度的扰动，属行星尺度的一种天气系统，又称行星波或罗斯比波。自从20世纪20年代无线电探空仪应用于高空气象探测后，人们就发现了高空环绕极地运动的西风带及其上的波动，1937年J.皮耶克尼斯首次辩认出作为半球现象的长波，1939 年C.-G.罗斯比从理论上对长波的特性进行了研究，并建立了长波理论。这个理论为后来数值天气预报的发展奠定了基础。长波的发生、发展、移动和变化，对 天气尺度系统（如气旋、锋等）的强弱、移向和移速，以及未来天气的变化，都有十分重要的作用。因此，它是天气形势预报研究的重要系统之一。

长波具有槽区冷、脊区暖的结构。在高空等压面图上，温度波和高度波的位相相近。长波的强度随高度而增加，在对流层顶最强。发展中的长波，其温度波往往稍落后于高度波，位相一般落后将近四分之一波长。长波脊后面有暖平流，长波槽后面则有冷平流，这是造成长波槽和脊发展的主要原因。由于长波是频散波,在西风带上游，长波的能量以大于波动移动的速度传到下游，因此，可利用这个特征预报上游长波向下游发展的位置和强度。当长波槽和脊强烈发展时，振幅不断加大，长波脊中出现的高压中心有时从脊中切离出来而形成阻塞高压。

长波和短波之间可以互相转化。当温度场和气压场配置适当时（槽后有冷平流，脊后有暖平流），短波可以逐渐发展成长波；反之，长波可减弱并分裂成短波，然后东移而消失。

长波脊和长波槽对流层中，上层的西风带中，大气环流呈波状型分布，气象学上称波峰处为“脊”，波谷处称为“槽”。当环流的波长约在 5000——10000公里时，脊和槽分别称为“长波脊”和“长波槽”。就温压场的配置，长波脊和长波槽分别与暖温度脊和低温度槽相配合，其强度随高度的增加而增强，到对流层到达最强，脊线和槽线的位置随高度的变化很小，故为一般稳定的系统，在长波槽的前方，暖空气向南移动，因此，长波槽和长波脊的存在能反映出大范围冷、暖空气的交缓和强天气的分布。

长波槽和脊在维持大气环流方面，起着重要的作用。真正呈正弦波式的长波槽和脊是极其少见的。在槽和脊发展初期，槽线和脊线的走向大多呈东北—西南向。在槽和脊发展的同时，强西风中心（急流中心）一般由槽后移至槽前。由于槽前西南风远强于槽后西北风，有利于将低纬盈余的角动量输送到中纬度和高纬度地区，以维持中纬和高纬地区的西风角动量。同时，由于槽前有暖平流、槽后有冷平流，有利于将热量由低纬输送到高纬，以维持全球热量平衡。因此，长波槽和脊的活动，是维持大气环流的一种重要机制。

冬季北半球绕极西风环流中，一般有4～5个长波。长波槽与地面气旋族之间的典型关系，可用理想化的长波流型和低空环流系统配合的概略图表示。气旋族位于长波的槽前脊后，每个气旋又和高空大气短波相对应。从图中可见叠加在长波上的短波扰动。由于它们的波长短，移速比长波快，所以同短波对应的地面气旋，相对于长波是向前移动的，大体上受长波流型的气流所牵引。由于长波同地面气旋和锋面的关系如此密切，所以长波移动和流型变化的预报，对天气预报有重要的意义。

西风带长波槽西风带长波槽包括巴尔喀什湖大槽、贝加尔湖大槽、太平洋中部大槽、青藏高原西部低槽。

阻塞高压在西风带长波槽脊的发展演变过程中，在脊不断北伸时，其南部与南方暖空气的联系会被冷空气所切断，在脊的北边出现闭合环流，形成暖高压中心，叫做阻塞高压，它是中纬度和高纬度地区大气对流层中部和上部深厚的暖高压。由长波波辐增大而形成的含有闭合高压中心的准静止的长波脊，它很少移动，持续时间又比较长，阻碍着上游西风气流和天气系统的东移。阻塞高压主要出现在北半球，常和切断低压相伴出现。

活动区域夏季西风带经向流型期长波槽经常在以下几个地区活动, 即90°E附近、120°E附近和150°E附近, 就强度而言, 由于夏季白令海一带是一主要冷源, 这里的长波槽势力最强. 我国沿海地区的长波槽次之. 而90°E附近的长波槽因受青藏高原的热力影响, 势力最弱, 一般表现为宽槽型式。

90°E附近的长波槽当西太平洋上开始有台风活动, 如西风带长波槽稳定在90°E附近时, 我们虽不能预测这次台风过程的全部细微末节, 但大体上判定这是一次西行台风是完全可能的, 而最可能登陆的地区是华东南部和华南一带.这是由于夏季北半球西风带长波系统的波长平均为60个经度, 此时120°一1 30°E处正是长波脊位置, 副高势力强, 于是热带风暴将受到深厚的东风引导西行.

对1959一1978年20年里当长波槽稳定在90°E附近时台风路径趋势的统计. 发现当长波槽在这个位置出现时, 有94%的台风是西行登陆的。起始纬度在20°N 以南时全部登陆, 无一例外。

120°E 附近的长波槽我国沿海地区长波槽的发展、维持、摆动和倒退, 与海上副高和台风路径的变化息息相关. 对这个低槽变化哪怕是细小的分析不当, 也往往造成台风预报警报的严重失败。

对1959一1978年近20年里120°E 附近长波槽与台风路径关系的统计. 总的说来, 海上转向的台风多, 占80 %, 西行登陆的占20%. 台风中心纬度越低, 西行的可能性越大. 到第一警戒线上中心在20°N 以北的台风, 登陆的只有十分之一但就是这几个台风, 预报却非常困难。

①120°E上空长波槽的发展引起副热带地区流型的剧鬓— 6618号台风的转向.

②我国沿海长波箱内系统的更替, 引起副高脊一度西伸— 6214号台风过程.

一个长波槽在某一地区维持, 总是由于有若干次低槽移出减弱, 又有新槽进人补充(正涡度注人) 的新陈代谢结果. 我国沿海长波槽内这种系统的更替, 虽不能影响一次台风总的转向趋势, 但对路径的短期预报却十分重要, 稍不注意, 就会造成预报的严重失败,6214号台风就是一例.

③由于大型环流调整引起120°E 附近长波柑的连续西退— 6205号台风的曲折路径.

120°E附近长波槽的另一种变化是在大型环流调整过程中出现连续西退, 这时低槽附近的台风往往表现为复杂多变的路径, 预报难度大,

150°E 附近的长波槽夏季从日本以东到白令海一带是一强大冷源, 最有利于长波槽发展.这个系统尽管地处下游方向,但对太平洋副高和台风路径有密切关系. 我们曾遇到一些非常难报的台风, 就是在150°E 附近有长波槽发展的环流背景下发生的. 根据这个地区长波槽发展对副高和台风路径的影响, 大体上可区分为两类不同过程. 一是这个长波槽引起日本附近上空副高单体的全面崩溃, 台风会在人们预想不到的偏东洋面上转向, 如6907、7507、7119等台风便是例子. 另一类过程是由于这里大槽加深的“ 锚槽” 作用, 从而使日本一带副高东移受阻, 甚至加强西伸, 这时太平洋台风在偏东气流引导下西进侵袭我国大陆, 如6906、7207和6007等台风过程. 这两类不同过程的关键是华北和东北地区高空流场的差别. 若在15 0“ E 附近长波槽发展时, 上游华北和东北一带有冷槽东移, 则日本附近的副高因受到正涡度的人侵而发生解体, 这便是第一类过程. 反之华北名带如系暖性高压脊向东传播, 海上副高西侧由于得到负涡度和暖平流的补充会西伸加强. 于是成为第二类过程.1

北半球两大长波槽北半球两大长波槽即东亚大槽和北美东岸大槽。

大气环流存在明显的年内变化规律。在北球中高纬度的西风带系统中, 无论是冬季的3波形势, 还是夏季的4 波形势, 东亚大槽、北美大槽都是整个西风带两个最深的低槽系统。

东亚大槽东亚大槽发生异常变化，它发生了由深变浅的转换和持续偏浅的长过程。东亚大槽南段自上年12 月至当年3 月表现为长达4 个月的持续偏弱(较大正差值), 与当年贵州有严重夏旱存在十分密切的对应关系, 这一异常变化可作为贵州夏旱短期气候预测的前兆特征。贵州夏旱指数与东亚大槽指数为正相关,最大相关系数高达0 .590。

北美东岸大槽北美大槽偏深, 对应贵州夏季有重旱,反之, 对应无旱。贵州严重夏旱年的当年1 ～ 4 月北美大槽比无旱年明显偏深, 这一异常变化对预测严重夏旱的发生有指示作用。贵州夏旱指数与北美大槽指数呈负相关, 当年5月相关系数达-0 .501。

贵州夏旱与两大槽的关系在冬春季节无论东亚大槽或是北美大槽都与贵州夏旱存在高相关, 但有2 个不同点:一是前者为正相关, 后者为负相关;二是前者相关程度略高于后者。一正一负的相关表明, 每年冬春季节如果东亚大槽明显偏浅, 对应当年夏季有重旱发生, 反之明显偏深, 对应当年夏季无旱或干旱较轻;如果北美大槽明显偏深, 对应当年夏季有重旱发生,反之明显偏浅, 对应当年夏季无旱或仅轻微夏旱;如果东亚大槽明显偏浅与北美大槽明显偏深同时出现, 则当年贵州有重夏旱发生的可能性更大, 反之, 夏旱较轻或不会出现夏旱。根据冬春季节的北半球中高纬度两大长波槽系统与贵州夏旱存在的高相关性, 我们可以将东亚大槽偏浅配合北美大槽偏深这一异常变化, 定作贵州夏旱短期气候预测的一个强信号。2

中国东北地区长波槽通过对1958—2008年我国北方地区500hPa春、夏季长波分析得出：

（1）近51年我国北方500hPa春季平均高度场为明显的东亚大槽和巴尔喀什湖到新疆南部的脊；夏季平均高度场变得较平直，巴尔喀什湖和我国东北地区有弱槽存在

（2）我国北方春季平均长波有三种分布类型：

第一种类型是在亚洲北部从咸海到日本为一完整的长波，巴尔喀什湖到我国罗布泊地区以长波脊活动为主，我国东北地区以长波槽活动为主，长波脊、槽均呈增强趋势。

第二种类型在乌拉尔山、贝加尔湖、鄂霍次克海分别为长波槽、脊及槽（或脊、槽及脊），蒙古国到我国华北地区多长波脊或长波槽活动。

第三种类型是鞍型长波结构，鞍区中心在蒙古国中东部。

（3）夏季平均长波有三种分布类型：

第一种类型在乌拉尔山、贝加尔湖及鄂霍次克海地区，分别为长波脊、槽及脊，蒙古国到我国华北地区多为长波槽活动，但存在长波槽减弱趋势。

第二种类型是鞍型场结构，鞍区中心在新疆北部。

第三种类型也是鞍型场，鞍区中心在蒙古国中东部，形势基本同春季。3