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1、 第 卷 第 期 年 月 气 象 ，寿 绍 文 位 涡 理 论 及 其 应 用 气 象 ， ， （ ）： 位 涡 理 论 及 其 应 用 寿 绍 文南 京 信 息 工 程 大 学 气 象 灾 害 省 部 共 建 教 育 部 重 点 实 验 室 ， 大 气 科 学 学 院 ， 南 京 提 要 ： 位 涡 是 近 代 天 气 动 力 学 的 重 要 概 念 之 一 。 本 文 主 要 对 位 涡 理 论 的 某 些 要 点 ，包 括 位 涡 的 概 念 、位 涡 的 守 恒 性 、位 涡的 分 析 、位 涡 思 想 、位 涡 反 演 、湿 位 涡 及 位 涡 理 论 的 发 展 和 应 用 等 作
2、 一 简 要 介 绍 。关 键 词 ： 位 涡 ， 位 涡 思 想 ， 湿 位 涡 ， ， ， 犃 犫狊狋狉犪犮狋 ： （ ） ， ， ， ， （ ）， 犓 犲狔 狑 狅狉犱狊 ： （ ）， ， （ ）引 言这 里 ， 犪犺 常 数 （ ）犪犺 即 为 “位 涡 ”最 简 单 的 表 达 形 式 ，它 表 明位 涡 是 一 个 既 与 大 气 的 涡 度 （旋 转 性 ）有 关 ，又 与 大自 世 纪 年 代 前 后 以 来 ，关 于 位 涡 的 理 论气 的 位 势 （厚 度 或 高 度 ）有 关 的 物 理 量 。 在 天 气 学 中和 应 用 的 研 究 蓬 勃 发 展 。 位 涡 理
3、论 被 广 泛 地 应 用 于天 气 分 析 预 报 和 研 究 工 作 中 。 本 文 主 要 对 位 涡 理 论 常 用 犪犺 常 数 ， 即 位 涡 守 恒 的 理 论 来 解 释 低 压（槽 ）上 山 时 减 弱 ，下 山 时 加 强 的 现 象 ，这 是 位 涡 理 论应 用 中 最 为 人 们 熟 悉 的 例 子 之 一 。 的 一 些 要 点 ，包 括 位 涡 的 定 义 、特 性 、分 析 方 法 、位 涡与 同 一 时 期 ， 也 提 出 了 一 个 位 涡 思 想 、位 涡 反 演 、湿 位 涡 以 及 位 涡 理 论 的 发 展 和 应 用的 表 达 式 ：等 作 一 简
4、 要 介 绍 。狇 犪 （ ） 位 涡 的 概 念其 中 为 位 温 ， （ ）为 比 容 ，犪 为 绝 对 涡 度 矢量 ，狇 称 为 位 涡 ，或 称 为 广 义 位 涡 。 提 出 的 位 涡 只 是 位 涡 的 一 个 特 例 。 广 义 位 涡 在位 涡 是 “位 势 涡 度 （ ）” 的 简 绝 热 、无 摩 擦 的 干 空 气 中 具 有 严 格 的 守 恒 性 （即 狇称 ，通 常 写 为 。 早 在 世 纪 年 代 初 ， 就 提 出 了 位 涡 的 概 念 ，他 指 出 在 正 压 条 件 下 ，绝 对 涡 狋 ）。 由 式 （ ）可 见 ，狇 是 绝 对 涡 度 矢 量
5、与 位 温 梯度 的 垂 直 分 量 犪 与 气 柱 的 高 度 犺 之 比 值 为 一 常 数 ，度 矢 量 的 点 乘 积 。 在 静 力 平 衡 条 件 下 ，狇 可 以 简 化即 为 绝 对 涡 度 垂 直 分 量 与 静 力 稳 定 度 的 乘 积 ： 本 文 由 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （ ， ， 、 ， ）及 气 象 灾 害 省 部 共 建 教 育 部 重 点 实 验 室 开 放 课 题 资 助 年 月 日 收 稿 ； 年 月 日 收 修 定 稿第 一 作 者 ： 寿 绍 文 ，主 要 从 事 中 尺 度 大 气 动 力 学 、天 气 动 力 学 研 究 ： 气
6、象 第 卷 犳 ） 犵 狇 （ （ 狆 ） （ ）包 含 动 力 因 子 的 综 合 的 物 理 量 。涡 度 是 一 个 三 维 矢 量 ，通 常 主 要 关 心 其 垂 直 分其 中 ， 为 等 熵 面 涡 度 垂 直 分 量 ，犳 是 地 转 涡 度 的 垂量 。 当 大 气 运 动 是 非 地 转 的 ，即 有 辐 合 或 辐 散 时 ，绝直 分 量 ， （狆 ）为 静 力 稳 定 度 ，犵 为 重 力 加 速 度 。 式（ ）也 可 写 为 ：犘 犞 犪 （ ）其 中 ， 犵 狆 （ ） （ ） 犪 犳 为 在 狓 狔 空 间 中 的 气 块 密 度 ， 为 位 温 ，犵 为 重 力
7、加 速 度 ，犪 为 等 熵 绝 对 涡 度 ，在 等 熵 面 上 的 位 涡 称为 等 熵 位 涡 （ ）。对 于 典 型 的 中 纬 度 天 气 尺 度 系 统 ， 犳 ，因 此 ，式 （ ）可 简 化 为 ：狇 犵犳狆（ ）对 涡 度 不 是 一 个 守 恒 量 。 由 涡 度 方 程 可 知 ，当 有 辐合 时 ，涡 度 增 大 ，辐 散 时 ，涡 度 减 小 。 而 且 由 大 气 连续 方 程 可 知 ，水 平 散 度 又 是 与 垂 直 运 动 相 联 系 的 。一 个 垂 直 气 柱 若 保 持 质 量 不 变 ，则 当 其 水 平 方 向 收缩 时 ，垂 直 方 向 便 拉
8、长 ；相 反 ，当 其 水 平 方 向 扩 大 时 ，垂 直 方 向 便 缩 短 。 假 设 地 面 的 垂 直 速 度 狑 ，则当 对 流 层 低 层 有 水 平 辐 合 时 ，便 有 垂 直 上 升 运 动 产生 ；而 当 有 水 平 辐 散 时 ，则 有 垂 直 下 沉 运 动 。 所 以 当一 个 作 气 旋 性 旋 转 的 气 柱 收 缩 （辐 合 ）时 ，气 柱 拉 长 ，涡 度 增 大 ，旋 转 加 快 。 绝 对 涡 度 包 括 相 对 涡 度 和 地转 涡 度 两 部 分 ，而 对 局 地 而 言 ，地 转 涡 度 犳 为 常 数 ，所 以 绝 对 涡 度 增 大 也 就 是
9、 相 对 涡 度 增 大 ；相 反 ，当 气柱 扩 大 （辐 散 ）时 ，气 柱 缩 短 ，涡 度 减 小 ，旋 转 变 慢 ，局地 相 对 涡 度 减 小 ，或 反 气 旋 涡 度 增 大 。 同 时 ，狆 。 在 北 半 球 ，犳 ，由 上 分 析 可 见 ，涡 度 大 小 与 气 柱 长 短 成 正 比 的 因 此 通 常 狇 为 正 值 ，而 且 可 以 由 下 式 估 算 其 数 量 级 ：狇 （ ）（ ） 关 系 ，即 气 柱 拉 长 时 涡 度 增 大 ，气 柱 缩 短 时 涡 度 变 小（图 ），涡 度 的 垂 直 分 量 与 气 柱 的 高 度 之 比 值 保 持 （ （ ）
10、 （ ）常 数 。 而 涡 度 大 小 与 气 柱 长 短 两 者 的 比 值 ， 就 是 所 定 义 的 位 涡 ，说 明 它 是 一 个 守 恒 量 。 为 “位 涡 单 位 ”。由 式 （ ）可 见 ，位 涡 大 小 与 犳 和 （狆 ）的 大 小 成比 例 ，而 后 二 者 又 与 纬 度 和 高 度 相 关 ，因 此 位 涡 的 分布 一 般 呈 现 由 低 纬 向 高 纬 和 由 低 层 向 高 层 增 大 的 现 图 （ ）对 流 层 辐 合 上 升 、气 柱 拉 长 导 致 涡 度象 。 在 对 流 层 中 位 涡 一 般 小 于 ，在 对 流 层增 大 ；（ ）对 流 层 辐 散 下 沉 、气 柱 缩 短 导 致顶 附 近 位 涡 突 然 增 大 至 ，在 平 流 层 中 位 涡 随涡 度 减 小 高 度 迅 速 增 大 ，通 常 称 为 “高 位 涡 库 ”；在 对 流 层 低 层赤 道 附 近 位 涡 近 于 ，中 纬 地 区 约 ， 在 对 流 层 高 层 中 纬 度 地 区 位 涡 典 型 值 为 。 （ ） ，
