[科普中国]-地形槽

简介

地形槽是指由于地形动力作用在背风坡形成的低槽。当对流层低层的强西风带受到高原大地形阻挡时,便分为南北两支绕过高原向东流去, 这两种作用使得在高原北部形成地形脊, 而南部形成地形槽。为大家熟知的有东北地形槽和华北地形槽两类。

背景知识在气象学上, 通常将从高原南侧到孟湾一带的低槽, 统称为南支槽或印缅槽。研究者基于大尺度运动的能量守恒和角动量守恒, 证明存在一个理论地形临界高度Hc , 如果山的高度h 小于H c , 气流能爬越而过;反之, 当h 大于Hc 时, 气流只能环绕而行。Hc 的临界值只有数百米至1 km 。因此,当对流层低层的强西风带受到高原大地形阻挡时,便分为南北两支绕过高原向东流去, 这两种作用使得在高原北部形成地形脊, 而南部形成地形槽, 一些学者将该槽称之为印缅槽, 对于该槽的研究可追溯到20 世纪50 年代。

研究历史及进展对于地形槽的研究可追溯到20 世纪50 年代。Yeh和Bo lin指出,高原大地形的绕流作用可使气流分支, 并在地形下游形成急流。

Flo hn用观测资料提出高原抬高的地面季节性加热和35°N 以南的相应的南北温度和气压梯度的反向可诱发东亚地区大尺度环流系统变化和印度次大陆的季风爆发。

近年来, Ding Yihui在详细比较了高原冬、夏季动力作用后, 指出夏季高原的动力作用主要反映在高原绕流中, 很多环流特征与绕流相联系。

梁潇云等利用全球大气环流谱模式R42L9 , 研究了青藏高原大地形对春、夏季亚洲大气环流的影响后证实, 春季高原大地形对低层西风的阻挡引起了绕流。

此外, 高原以南除了有稳定的地形槽外, 在孟湾中部随着季节的转变也会出现一个槽, 一般也将其称之为印缅槽。由于它的发展与亚洲季风的爆发联系极为密切, 因此, 近年来对于该槽的研究已引起了不少学者的关注。1

演变特征高原南侧地形槽的演变特征：

高原南侧低空基本上存在一个常年正涡度带, 这是高原近地面西风与其外围自由大气西风之间的气旋性切变的表现, 特别是在90°E 附近有一明显地形槽, 由此关键区确定的高原地形槽指数反映该槽冬弱夏强, 并存在4 , 6 及10 月突变的特征。

（1）高原南侧全年都有正涡度分布, 呈现带状, 但由于高原南侧不规则地形与西风强弱的合, 各季稍有差别。高原热力作用是影响其南侧地形槽季节性演变的重要因素, 而地形槽显著的突变特征与高原热源发生跳跃性变化直接相关。

①冬季, 高原南侧低空西风较弱, 它们受到高原南侧不规则地形影响相对小, 使得正涡度带紧贴高原南侧均匀分布, 且90°附近有一低槽;同时, 赤道地区也有一条正涡度存在, 这是赤道辐合带的表现, 其正涡度大值位于80°～ 90°E 之间, 对应着一个气旋性环流;条正涡度带之间呈现连续负涡度带, 为副高带。

②到了春季, 高原南侧低空西风气流加强, 其正涡度带有少许断裂, 可能与高原南侧的凹凸地形有关;但90°E 附近正涡度依然存在, 高原地形槽较1 月份有些西退;而高原东南角的正涡度区迅速发展, 西南风加强, 华南雨季开始。

③进入夏季, 整个环流形势与冬季不同, 夏季风盛行, 高原南侧西风强度达到最大, 高原地形槽发展旺盛, 80°～ 90°E 处出现很强的正涡度中心。

④秋季, 高原南侧西风减弱, 80°～ 90°E 主体槽区内正涡度依然存在并往东延伸,向冬季形势演变。

（2）高原南侧80°～ 90°E 处常年都有正涡度分布, 这正是高原近地面西风与其外围自由大气西风之间的气旋性切变的表现, 在一定程度上它也代表了高原南侧地形槽主体槽区的纬向跨度。

（3）在24°N 以北的高原南侧地区, 终年有一正涡度带存在, 这就是高原地形槽的表现, 其强中心基本位于25°N 附近。而24°N 以南的孟湾地区则显示出涡度的季节性变化, 这和南海夏季风的爆发紧密相关。

（4）涡度全年为正值，高原地形槽呈现冬弱夏强的趋势, 在12 月达到最弱, 7 月达到最强, 并且在4 , 6 及10月左右发生明显的阶段性跳跃过程, 对应东亚夏季流型和冬季流型之间的交替转换。1

地形槽强度年变化的机制高原南侧地形槽强度年变化的机制分析

在研究高原对气候的影响时, 必须考虑动力和热力的综合因素。在动力作用方面, 冬季高原位于西风带里 , 使得高原地区的基本西风气流较强;而夏季相反, 西风带北移, 基本西风气流减弱, 所以高原南侧基本西风气流呈现冬强夏弱的特征;由此推论, 高原南侧地形槽也应呈现冬强夏弱的状态。

地形对大气的机械强迫作用在不同的热力背景下可以完全不同, 因此研究高原地形槽强度的变化, 除了西风绕流影响外, 还需要具体分析高原热源的变化对其的影响。

高原由10 月到次年2 月底为冷源, 3 月初到9 月中旬为热源。高原热源的季节转换和高原地形槽指数(简称TPTTI 指数有着很好的对应关系。2 月底, 高原由冷源转为热源,而高原地形槽在3 月底至4 月间发生了跳跃性突变;高原加热作用在6 月达到最大, 而其地形槽却在7 月达到顶峰;高原热源在9 月中旬变为冷源, 可其南侧地形槽在10月中旬呈现一个向低值的突变。高原地形槽与热源的密切对应关系绝非偶然, 这恰好证明了高原热力作用对其南侧地形槽的显著影响, 并可推论, 高原地形槽对高原热源改变的响应是滞后的。

高原南侧西风绕流作用是其地形槽形成的决定因子, 而高原热力作用则是其地形槽强弱变化的重要因素。1

地形槽与印缅槽印缅槽的研究20 世纪50 年代,Yin首先指出印缅槽在印度季风爆发前早就存在, 并把印度西南季风爆发和亚洲南部急流的突然消失, 以及印缅槽的迅速西移联系了起来。

此后,Ramasw amy也注意到了孟湾地区高空流型与大尺度对流之间的配置关系, 并初步揭示了印缅槽和东亚季风的内在关系。

何金海等最近的研究也指出, 在季风爆发前, 印缅槽的形成与加强以及副热带高压(下称副高)带首先在孟湾断裂是南海夏季风建立的重要前期征兆之一;季节转换期间, 中南半岛的潜热加热和印度半岛感热加热之间的有效配合, 是导致副高带在孟湾上空断裂的关键。

两者的关系综观前人研究成果, 至今对于高原南侧常年存在的地形槽与孟湾地区的季节性槽并没有明确的区分, 也没有一个准确的界定, 对于它们的演变特征和相互作用的研究更是少见。

事实上, 它们是两个既相互独立而又相互关联的系统, 它们相互作用最后演变成初夏孟湾地区显著的深槽, 导致亚洲低纬度副高带的断裂, 进而对亚洲夏季风特别是南海夏季风的建立产生重要作用。

孟湾槽高原以南除了有稳定的地形槽外, 在孟湾中部随着季节的转变也会出现一个槽, 它的性质和成因与高原地形槽有着很大的区别,该槽称为孟湾槽。与高原地形槽相比, 孟湾槽呈现出明显的季节变化。

高原南侧地形槽和斯里兰卡低涡的相互作用是亚洲夏季风特别是南海夏季风建立的一种触发机制。冬夏季节转换期间, 高原地形槽加强南伸, 斯里兰卡低涡持续北移, 它们之间的相互打通导致副高带在孟湾上空最先断裂和孟湾槽的形成,此后槽前西南气流加强, 副高东撤, 南海夏季风进一步东扩。1

类型华北地形槽华北地形槽（North China orographic trough)是指平直西风气流越过黄土高原，在太行山东侧的华北平原生成的低压槽。这是背风坡地形对气流动力作用所产生均低压槽。

气流过山后，气柱伸长，空气发生辐合，气旋性涡度增加；另外，下沉气流绝热增温，在对流层低层产生暖温度脊，使低层减压，放形成低槽。华北地形槽常为地面气压场巾的暖性低槽，有时在地形槽内出现地形低压，强度弱、不发展，在它控制下，天气晴热。

东北地形槽东北地形槽（Northeast China orographictrough)是指西风气流越过蒙古高原，进入东北平原所形成的低压槽。东北地形槽内偶而出现弱低压的闭合环流中心，但维持时间较短，一般不超过18个小时，多数在12小时以内。当有冷锋移入东北地形槽时，槽内易诱生低压井产生坏天气。

当气流从高原进入平原时，由于下沉运动向上减少，引起垂直方向上空气柱被拉长，造成水平方向空气辐合，气旋性涡度增强，因而产生了地形低压槽。一般出现在对流层下部，地面尤为明显。在它控制下，天气晴热干燥。