天氣小觀:北極負震盪劇烈,未來一周第三波冷空氣南下
現在開始要準備進入深秋,慢慢的要邁入初冬;
台灣原本由夏季系統主導的天氣會轉為冬季系統主導,
在夏季,劇烈天氣主要由中小尺度天氣系統影響,如颱風。
在冬季,劇烈天氣主要由大尺度或行星尺度天氣系統影響,如:寒流。
因此,現在主要觀察偏向大尺度或行星尺度的大氣系統。
一開始就必須要看北極渦旋,
今年入秋以來,北極渦旋持續偏心,
主中心位於北亞大陸高空,導致西伯利亞非常寒冷,
但北極海冰面積少的很嚴重,
可能是有史以來最少的。原因當然是暖化效應以及目前反聖嬰現象的表現。
今年北極渦旋岌岌可危,北極負震盪這麼劇烈,北極渦旋強度發展慢,
且在秋天,北亞畢竟不如北極區的永夜環境好。
通常要到11月下旬以後,永夜區擴大,北亞大陸的冷氣團發展環境才會優於北極區。
目前北極渦旋中心百帕高度場15600米,對比於去年同時期的15300米來說,
還落後兩個等級。當然,更比不上目前南半球準備進入夏季,
現在的南極渦旋還有15100米般強烈。
今年北極渦旋如果持續異常偏心(中心偏離極區),
對北半球冬季也將產生影響,
因為北極渦旋的源頭就是全球三胞環流的第三環流-極區環流(polar cell)的下沉氣流。
大氣環流形成的主要因素就是日照不均,低緯度受太陽輻射強,極地輻射很弱。
因此,可區分出大氣三胞環流:
1.Hadley cell(哈德雷環流):赤道熱空氣上升到高空往兩極流出,
然而受到柯氏力偏轉,使氣流無法到達兩極,
同時氣流至緯度30度左右開始變冷下沉回地面,
再由地面返回赤道。
因此,Hadley cell主要為低緯度的大氣環流。
2.Ferrel cell(費爾環流):從哈德雷環流下沉到地面的氣流,一部分往赤道返回,
另一部分向極地流,同時遇到高緯度的冷空氣南下,
被迫抬升到高空,因此促成中緯度的大氣環流。
3.polar cell(極區環流):極區受太陽輻射微弱,地面嚴寒形成地面層的極地冷氣團,
當費爾環流地面氣流往高緯度流時,遇上極地冷氣團,
氣流被迫抬升到高空,一部分往極區流的時候,
受柯氏力影響(極區的柯氏力作用最強),
形成逆時鐘旋轉的超大「漩渦」 (極渦),中心氣流下沉。
因此,對北半球而言,polar cell將大氣匯集於北極高空,
形成一個逆時針強勁旋轉的北極渦旋,北極渦旋中心氣流下沉,
下沉氣流處的地面層形成厚度淺薄的極地高壓(就像颱風的高空氣流處形成輻射高壓),
因為只是對應地面層淺薄高壓,
因此一般不會稱北極高壓(就像颱風高空氣流幅散處也不會稱為赤道高壓/熱帶高壓)。
然而,北極渦旋越強,地面高壓也愈強。(就像颱風越強,高空幅散越良好)因此,
當北極渦旋強,北極地面高壓比周圍氣壓高,此時北極震盪AO指數為正,
冷空氣鎖在北極;反之,當北極渦旋弱,北極震盪指數為負,北極冷空氣外洩。
而今年10月以來,北極渦旋直接跑到北亞高空,北極地面高壓弱,
北亞地面高壓強(先前西伯利亞冷高壓1050百帕),
因此,出現劇烈的負北極震盪,模式預報仍持續中。
撇開反聖嬰現象影響,
事實上,冷空氣本來就無法永遠鎖在極區,即便極渦再強也一樣,
因為高氣壓強度受制於地球自轉,
也就是高氣壓的負渦度值不能大於地球自轉度
(也就是地球自轉產生的渦度絕對值),
否則高壓就會崩潰,氣流崩流而出。
因此,
地面冷高壓再強也無法強過地球的自轉度,
一旦高壓強到某一個極限(負渦度值上升到某個極限),
除地球自轉度的限制外,周遭的大氣環境影響因子也會使高壓崩潰,
冷空氣向外奔流而出,造成寒潮爆發。
在北半球,北極氣團向外奔流而出的時候,在北美大槽與東亞大槽導引下,
通常一支經加拿大而下,另一支則從西伯利亞西北方奔向貝加爾湖,
兩支地面冷高壓的前方分別形成冰島低壓與阿留申低壓,
強烈的溫帶氣旋也容易引來美東與東亞的寒流。
至於為何高壓有極限值,可從大氣渦度來看其物理的限制,
渦度是流體力學中很重要的物理概念,描述的是流體旋轉情況;
氣象學中考慮的流體就是大氣,渦度就是描述大氣旋轉情況。
渦度符號:ζ
速度符號:V
帶方向速度(速度): ->
V
定義:渦度就是速度的旋度
-> ->
ζ = ▽ X V
▽ 是具有方向性物理量(向量)的微分符號
在一維空間中, d ^
▽ = 一 i
dx
{ 省略表示:▽ = d/dx i }
在二維空間中, ∂ ^ ∂ ^
▽ = 一 i + 一 j
∂x ∂y
{ 省略表示:▽ = ∂/∂x i + ∂/∂y j }
在三維空間中, ∂ ^ ∂ ^ ∂ ^
▽ = 一 i + 一 j + 一 k
∂x ∂y ∂z
{ 省略表示:▽ = ∂/∂x i + ∂/∂y j + ∂/∂z k }
雖然▽是向量的微分符號,但也可以對純量(只有大小,沒有方向的物理量)直接作用。
▽對不同物理量的作用下,會得到不同的物理意義。
▽對純量場f直接作用,▽f會得到f的梯度,即 ∂f/∂x i + ∂f/∂y j (二維空間)
▽與向量場f內積(‧),
其中向量f在二維空間x,y方向表示fx i + fy j,
則▽‧f會得到f的散度,即 ∂fx/∂x + ∂fy/∂y
▽與向量場f外積(Ⅹ),在數學上f必須是三維空間的向量,
因為內積和外積在數學上的定義分別為:
1.兩向量a,b的內積為一純量:
大小=(向量a的長度)*(向量b的長度)*cos(向量a和向量b的夾角,此夾角介於0~180度)
2.兩向量a,b的外積為一向量:
此向量長度=(向量a的長度)*(向量b的長度)*sin(向量a和向量b的夾角,介於0~180度)
此向量方向=垂直向量a,也垂直於向量b,
依右手定則決定方向。(外積次序顛倒,方向就會顛倒)
因此,外積在數學上必須在三維空間下才有意義。
再回到▽與向量f外積(Ⅹ),
三維空間f在x,y,z方向表示fx i + fy j + fz k,
則 ▽Ⅹf會得到f的旋度,即
(∂fx/∂x + ∂fy/∂y) i + (∂fx/∂x + ∂fy/∂y) j
再回到▽與向量f外積(Ⅹ),
三維空間f在x,y,z方向表示fx i + fy j + fz k,
則 ▽Ⅹf會得到f的旋度,即
(∂fz/∂y - ∂fy/∂z) i + (∂fx/∂z - ∂fz/∂x) j + (∂fy/∂x - ∂fx/∂y) k
用行列式表示
| i j k |
▽ f = | ∂/∂x ∂/∂y ∂/∂z |
| fx fy fz |
因此,▽作用下,可得到基本的三個物理意義:
▽f = ∂f/∂x i + ∂f/∂y j + ∂f/∂z k ,為f(純量場)的梯度
▽‧f = ∂fx/∂x + ∂fy/∂y + ∂f/∂z k ,為f(向量場)的散度
▽Ⅹf = (∂fz/∂y - ∂fy/∂z) i +
(∂fx/∂z - ∂fz/∂x) j +
(∂fy/∂x - ∂fx/∂y) k ,為f(向量場)的旋度
重新回到渦度的定義:
ζ = ▽ X V ,ζ為渦度場(向量),V為速度場(向量)
三維空間速度V = Vx i + Vy j +Vz k
ζ = (∂Vz/∂y - ∂Vy/∂z) i +
(∂Vx/∂z - ∂Vz/∂x) j +
(∂Vy/∂x - ∂Vx/∂y) k ,為V(速度場)的旋度
想要直觀來體會氣象學上的渦度,則上式重新改寫為
ζ = ( ∂Vz/∂y i - ∂Vz/∂x j ) +
( ∂Vx/∂z j - ∂Vx/∂y k ) +
( ∂Vy/∂x k - ∂Vy/∂z i )
再假設 速度場V= f(x,y) i + f(x,y) j + 0 k
則 渦度 ζ = ( ∂Vy/∂x - ∂Vx/∂y ) k 變成一維空間
這就是在氣象學上,討論平面大氣系統的渦度定義
橫軸座標x為地球經度的變化(經向),
縱軸座標y為地球緯度的變化(緯向),
橫向Vx為經向(x)速度,
縱向Vy為緯向(y)速度,
在北半球,可由右手定則決定渦度 ζ正負,順時鐘為負,逆時鐘為正。
接著可以直觀體會氣象學上的渦度
ζ值 = ∂Vy/∂x - ∂Vx/∂y
∂Vy/∂x:Vy是否會隨x軸位置不同而變化
∂Vx/∂y:Vx是否會隨y軸位置不同而變化
假設Vy=-x , Vx=y
則V = y i - x j + 0 k
1.在位置x=0 y=0處,沒有速度
2.在位置 x=1, y=0 ,則氣流速度為 V =-j
3.在位置 x=0, y=1 ,則氣流速度為 V = i
| x=0, y=1
| -> V=i
|
|
| x=1, y=0
-------o |
x=0, y=0 v
V = -j
多取個點作圖可知V = y i - x j + 0 k為一順時鐘旋轉的速度場,
計算渦度ζ = ( ∂Vy/∂x - ∂Vx/∂y ) k = ( -2 ) k
也就是大小為2的負渦度場(順時鐘旋轉)。
以上只是針對北半球來舉例,
從南半球來看,
經向(東西方向)和北半球一樣,
但南半球的緯向(南北方向)和北半球向反,
所以負渦度值到了南半球變成逆時鐘旋轉。
由以上,
大氣的渦度值定義ζ = ∂Vy/∂x - ∂Vx/∂y
(方向:在北半球順時鐘為負)
但由於地球是自轉的,自轉產生渦度,
因此計算大氣系統渦度值都是相對於地球自轉下的情況,得到的渦度稱為相對渦度。
絕對渦度則要再加上地球自轉產生的渦度(f = 2Ωsin(緯度)),
這個和柯氏力參數是相同的。
簡單提一下柯氏力:
柯氏力,在中大尺度上的大氣運動是不可忽略的,
在地球上,水平(平面)運動的物體受到柯氏力作用產生的
地轉偏向力F = 2MVΩsin(緯度),物體所處緯度越高,sin(緯度)絕對值越大,
柯氏力作用F越強;Ω為地球自轉的角速度,M為物體質量,
V為運動物體速度的水平(平面)分量(即V=Vx i + Vy j + Vz k,令Vz=0)
回到地球自轉產生的渦度:
f = 2Ωsin(緯度),
絕對渦度{ζ} = 相對渦度ζ+ 地轉渦度取絕對值|f|
即 {ζ} =ζ + |f|
=ζ + |2Ωsin(緯度)|
渦度是三維空間速度場的旋度,與高度有關,
在相對渦度上,僅討論水平面的比較,因此可以忽略高度h,
但,計算絕對渦度時,就必須考慮高度h。
同時,絕對渦度與高度有關,也可以定義位渦。
(就像從不同水平高度,得到的重力位能也不同,可以定義出位能)
位渦 = {ζ} / h
位渦是一種概念,就像位能一樣,無外界介入下,
總能量必須守恆;
同理,旋轉的大氣系統無外界介入(輻合/輻散)下,系統也要滿足總位渦守恆,
亦即 ∫d ( {ζ} / h ) = 常數
=> {ζ} / h = 常數
=> [ ζ + |2Ωsin(緯度)| ] / h = 常數
=> [ ζ + |2Ωsin(緯度)| ] / h = 常數
因此可以發現,當緯度增加,h不變時,為了滿足位渦守恆,相對渦度ζ要減小。
這也解釋了:
低緯度氣旋的正值ζ > 高緯度氣旋的正值ζ
低緯度反氣旋的負值ζ < 高緯度反氣旋的負值ζ
亦即同高度下,
低緯度低氣壓的氣壓值較低,高緯度高氣壓的氣壓值較高。
這也是為何低緯度熱帶氣旋的氣壓極低,高緯度冷高壓的氣壓極高。
不過前面已提及,高氣壓受限於地球自轉,
負渦度值的大小不允許超過地球自轉度2Ωsin(緯度)的絕對值。
亦即
{ζ} = ζ + |2Ωsin(緯度)| , ζ為負時, 絕對渦度{ζ}減小,
但為了維持絕對渦度{ζ}不至於過低(<0),因此,不允許ζ無止境的負渦度值。
否則高壓會崩潰,氣流向外幅散宣洩,使高壓減弱。
模式預報,未來一周歐洲東北方到烏拉山山脈西北方出現阻塞高壓,
看來前冬時期的第一個阻塞高壓到底還是登場了。
阻塞高壓的登場,代表寒潮爆發的季節來臨,接下來就是位置的問題,
這個位置出現阻塞高壓,西西伯利亞北方地面堆積出強冷高壓。
目前看來能輕鬆突破1050百帕,而原先受西風帶往東移的冷空氣,
返回西伯利亞堆積。
對東亞威脅比較大的是中亞的阻塞高壓,
這次的阻塞高壓位於歐洲東北-烏拉山西北,
苦主應該是中亞,後續對東亞的影響要再觀察,也不能輕忽。
東亞目前面臨的是北方第三波冷氣團侵襲,北緯30度以北降溫明顯,
台灣也受冷空氣影響天氣轉涼,看來也有低於20度的機會。
不過,預報看來蒙古冷高壓偏東移為主,東北亞包括日韓受寒流影響大,
然而,受這三波冷空氣影響,太平洋高壓脊南撤,台灣位於太平洋高壓北側,
這表示台灣已經接近西風帶的南緣。西風勢力的南移,
代表台灣受西風帶天氣系統影響越來越明顯,正式入冬的腳步也步步逼近。
未來一周預報看來,後天起東北季風增強,
儘管主高壓東移,但有明顯的分裂高壓南下,
因此影響時間拉得蠻長的,要到一周尾聲,才會明顯回溫。
但也因為分裂高壓南下,天氣看來會轉乾涼。
(以上供參囉)
--
現在開始要準備進入深秋,慢慢的要邁入初冬;
台灣原本由夏季系統主導的天氣會轉為冬季系統主導,
在夏季,劇烈天氣主要由中小尺度天氣系統影響,如颱風。
在冬季,劇烈天氣主要由大尺度或行星尺度天氣系統影響,如:寒流。
因此,現在主要觀察偏向大尺度或行星尺度的大氣系統。
一開始就必須要看北極渦旋,
今年入秋以來,北極渦旋持續偏心,
主中心位於北亞大陸高空,導致西伯利亞非常寒冷,
但北極海冰面積少的很嚴重,
可能是有史以來最少的。原因當然是暖化效應以及目前反聖嬰現象的表現。
今年北極渦旋岌岌可危,北極負震盪這麼劇烈,北極渦旋強度發展慢,
且在秋天,北亞畢竟不如北極區的永夜環境好。
通常要到11月下旬以後,永夜區擴大,北亞大陸的冷氣團發展環境才會優於北極區。
目前北極渦旋中心百帕高度場15600米,對比於去年同時期的15300米來說,
還落後兩個等級。當然,更比不上目前南半球準備進入夏季,
現在的南極渦旋還有15100米般強烈。
今年北極渦旋如果持續異常偏心(中心偏離極區),
對北半球冬季也將產生影響,
因為北極渦旋的源頭就是全球三胞環流的第三環流-極區環流(polar cell)的下沉氣流。
大氣環流形成的主要因素就是日照不均,低緯度受太陽輻射強,極地輻射很弱。
因此,可區分出大氣三胞環流:
1.Hadley cell(哈德雷環流):赤道熱空氣上升到高空往兩極流出,
然而受到柯氏力偏轉,使氣流無法到達兩極,
同時氣流至緯度30度左右開始變冷下沉回地面,
再由地面返回赤道。
因此,Hadley cell主要為低緯度的大氣環流。
2.Ferrel cell(費爾環流):從哈德雷環流下沉到地面的氣流,一部分往赤道返回,
另一部分向極地流,同時遇到高緯度的冷空氣南下,
被迫抬升到高空,因此促成中緯度的大氣環流。
3.polar cell(極區環流):極區受太陽輻射微弱,地面嚴寒形成地面層的極地冷氣團,
當費爾環流地面氣流往高緯度流時,遇上極地冷氣團,
氣流被迫抬升到高空,一部分往極區流的時候,
受柯氏力影響(極區的柯氏力作用最強),
形成逆時鐘旋轉的超大「漩渦」 (極渦),中心氣流下沉。
因此,對北半球而言,polar cell將大氣匯集於北極高空,
形成一個逆時針強勁旋轉的北極渦旋,北極渦旋中心氣流下沉,
下沉氣流處的地面層形成厚度淺薄的極地高壓(就像颱風的高空氣流處形成輻射高壓),
因為只是對應地面層淺薄高壓,
因此一般不會稱北極高壓(就像颱風高空氣流幅散處也不會稱為赤道高壓/熱帶高壓)。
然而,北極渦旋越強,地面高壓也愈強。(就像颱風越強,高空幅散越良好)因此,
當北極渦旋強,北極地面高壓比周圍氣壓高,此時北極震盪AO指數為正,
冷空氣鎖在北極;反之,當北極渦旋弱,北極震盪指數為負,北極冷空氣外洩。
而今年10月以來,北極渦旋直接跑到北亞高空,北極地面高壓弱,
北亞地面高壓強(先前西伯利亞冷高壓1050百帕),
因此,出現劇烈的負北極震盪,模式預報仍持續中。
撇開反聖嬰現象影響,
事實上,冷空氣本來就無法永遠鎖在極區,即便極渦再強也一樣,
因為高氣壓強度受制於地球自轉,
也就是高氣壓的負渦度值不能大於地球自轉度
(也就是地球自轉產生的渦度絕對值),
否則高壓就會崩潰,氣流崩流而出。
因此,
地面冷高壓再強也無法強過地球的自轉度,
一旦高壓強到某一個極限(負渦度值上升到某個極限),
除地球自轉度的限制外,周遭的大氣環境影響因子也會使高壓崩潰,
冷空氣向外奔流而出,造成寒潮爆發。
在北半球,北極氣團向外奔流而出的時候,在北美大槽與東亞大槽導引下,
通常一支經加拿大而下,另一支則從西伯利亞西北方奔向貝加爾湖,
兩支地面冷高壓的前方分別形成冰島低壓與阿留申低壓,
強烈的溫帶氣旋也容易引來美東與東亞的寒流。
至於為何高壓有極限值,可從大氣渦度來看其物理的限制,
渦度是流體力學中很重要的物理概念,描述的是流體旋轉情況;
氣象學中考慮的流體就是大氣,渦度就是描述大氣旋轉情況。
渦度符號:ζ
速度符號:V
帶方向速度(速度): ->
V
定義:渦度就是速度的旋度
-> ->
ζ = ▽ X V
▽ 是具有方向性物理量(向量)的微分符號
在一維空間中, d ^
▽ = 一 i
dx
{ 省略表示:▽ = d/dx i }
在二維空間中, ∂ ^ ∂ ^
▽ = 一 i + 一 j
∂x ∂y
{ 省略表示:▽ = ∂/∂x i + ∂/∂y j }
在三維空間中, ∂ ^ ∂ ^ ∂ ^
▽ = 一 i + 一 j + 一 k
∂x ∂y ∂z
{ 省略表示:▽ = ∂/∂x i + ∂/∂y j + ∂/∂z k }
雖然▽是向量的微分符號,但也可以對純量(只有大小,沒有方向的物理量)直接作用。
▽對不同物理量的作用下,會得到不同的物理意義。
▽對純量場f直接作用,▽f會得到f的梯度,即 ∂f/∂x i + ∂f/∂y j (二維空間)
▽與向量場f內積(‧),
其中向量f在二維空間x,y方向表示fx i + fy j,
則▽‧f會得到f的散度,即 ∂fx/∂x + ∂fy/∂y
▽與向量場f外積(Ⅹ),在數學上f必須是三維空間的向量,
因為內積和外積在數學上的定義分別為:
1.兩向量a,b的內積為一純量:
大小=(向量a的長度)*(向量b的長度)*cos(向量a和向量b的夾角,此夾角介於0~180度)
2.兩向量a,b的外積為一向量:
此向量長度=(向量a的長度)*(向量b的長度)*sin(向量a和向量b的夾角,介於0~180度)
此向量方向=垂直向量a,也垂直於向量b,
依右手定則決定方向。(外積次序顛倒,方向就會顛倒)
因此,外積在數學上必須在三維空間下才有意義。
再回到▽與向量f外積(Ⅹ),
三維空間f在x,y,z方向表示fx i + fy j + fz k,
則 ▽Ⅹf會得到f的旋度,即
(∂fx/∂x + ∂fy/∂y) i + (∂fx/∂x + ∂fy/∂y) j
再回到▽與向量f外積(Ⅹ),
三維空間f在x,y,z方向表示fx i + fy j + fz k,
則 ▽Ⅹf會得到f的旋度,即
(∂fz/∂y - ∂fy/∂z) i + (∂fx/∂z - ∂fz/∂x) j + (∂fy/∂x - ∂fx/∂y) k
用行列式表示
| i j k |
▽ f = | ∂/∂x ∂/∂y ∂/∂z |
| fx fy fz |
因此,▽作用下,可得到基本的三個物理意義:
▽f = ∂f/∂x i + ∂f/∂y j + ∂f/∂z k ,為f(純量場)的梯度
▽‧f = ∂fx/∂x + ∂fy/∂y + ∂f/∂z k ,為f(向量場)的散度
▽Ⅹf = (∂fz/∂y - ∂fy/∂z) i +
(∂fx/∂z - ∂fz/∂x) j +
(∂fy/∂x - ∂fx/∂y) k ,為f(向量場)的旋度
重新回到渦度的定義:
ζ = ▽ X V ,ζ為渦度場(向量),V為速度場(向量)
三維空間速度V = Vx i + Vy j +Vz k
ζ = (∂Vz/∂y - ∂Vy/∂z) i +
(∂Vx/∂z - ∂Vz/∂x) j +
(∂Vy/∂x - ∂Vx/∂y) k ,為V(速度場)的旋度
想要直觀來體會氣象學上的渦度,則上式重新改寫為
ζ = ( ∂Vz/∂y i - ∂Vz/∂x j ) +
( ∂Vx/∂z j - ∂Vx/∂y k ) +
( ∂Vy/∂x k - ∂Vy/∂z i )
再假設 速度場V= f(x,y) i + f(x,y) j + 0 k
則 渦度 ζ = ( ∂Vy/∂x - ∂Vx/∂y ) k 變成一維空間
這就是在氣象學上,討論平面大氣系統的渦度定義
橫軸座標x為地球經度的變化(經向),
縱軸座標y為地球緯度的變化(緯向),
橫向Vx為經向(x)速度,
縱向Vy為緯向(y)速度,
在北半球,可由右手定則決定渦度 ζ正負,順時鐘為負,逆時鐘為正。
接著可以直觀體會氣象學上的渦度
ζ值 = ∂Vy/∂x - ∂Vx/∂y
∂Vy/∂x:Vy是否會隨x軸位置不同而變化
∂Vx/∂y:Vx是否會隨y軸位置不同而變化
假設Vy=-x , Vx=y
則V = y i - x j + 0 k
1.在位置x=0 y=0處,沒有速度
2.在位置 x=1, y=0 ,則氣流速度為 V =-j
3.在位置 x=0, y=1 ,則氣流速度為 V = i
| x=0, y=1
| -> V=i
|
|
| x=1, y=0
-------o |
x=0, y=0 v
V = -j
多取個點作圖可知V = y i - x j + 0 k為一順時鐘旋轉的速度場,
計算渦度ζ = ( ∂Vy/∂x - ∂Vx/∂y ) k = ( -2 ) k
也就是大小為2的負渦度場(順時鐘旋轉)。
以上只是針對北半球來舉例,
從南半球來看,
經向(東西方向)和北半球一樣,
但南半球的緯向(南北方向)和北半球向反,
所以負渦度值到了南半球變成逆時鐘旋轉。
由以上,
大氣的渦度值定義ζ = ∂Vy/∂x - ∂Vx/∂y
(方向:在北半球順時鐘為負)
但由於地球是自轉的,自轉產生渦度,
因此計算大氣系統渦度值都是相對於地球自轉下的情況,得到的渦度稱為相對渦度。
絕對渦度則要再加上地球自轉產生的渦度(f = 2Ωsin(緯度)),
這個和柯氏力參數是相同的。
簡單提一下柯氏力:
柯氏力,在中大尺度上的大氣運動是不可忽略的,
在地球上,水平(平面)運動的物體受到柯氏力作用產生的
地轉偏向力F = 2MVΩsin(緯度),物體所處緯度越高,sin(緯度)絕對值越大,
柯氏力作用F越強;Ω為地球自轉的角速度,M為物體質量,
V為運動物體速度的水平(平面)分量(即V=Vx i + Vy j + Vz k,令Vz=0)
回到地球自轉產生的渦度:
f = 2Ωsin(緯度),
絕對渦度{ζ} = 相對渦度ζ+ 地轉渦度取絕對值|f|
即 {ζ} =ζ + |f|
=ζ + |2Ωsin(緯度)|
渦度是三維空間速度場的旋度,與高度有關,
在相對渦度上,僅討論水平面的比較,因此可以忽略高度h,
但,計算絕對渦度時,就必須考慮高度h。
同時,絕對渦度與高度有關,也可以定義位渦。
(就像從不同水平高度,得到的重力位能也不同,可以定義出位能)
位渦 = {ζ} / h
位渦是一種概念,就像位能一樣,無外界介入下,
總能量必須守恆;
同理,旋轉的大氣系統無外界介入(輻合/輻散)下,系統也要滿足總位渦守恆,
亦即 ∫d ( {ζ} / h ) = 常數
=> {ζ} / h = 常數
=> [ ζ + |2Ωsin(緯度)| ] / h = 常數
=> [ ζ + |2Ωsin(緯度)| ] / h = 常數
因此可以發現,當緯度增加,h不變時,為了滿足位渦守恆,相對渦度ζ要減小。
這也解釋了:
低緯度氣旋的正值ζ > 高緯度氣旋的正值ζ
低緯度反氣旋的負值ζ < 高緯度反氣旋的負值ζ
亦即同高度下,
低緯度低氣壓的氣壓值較低,高緯度高氣壓的氣壓值較高。
這也是為何低緯度熱帶氣旋的氣壓極低,高緯度冷高壓的氣壓極高。
不過前面已提及,高氣壓受限於地球自轉,
負渦度值的大小不允許超過地球自轉度2Ωsin(緯度)的絕對值。
亦即
{ζ} = ζ + |2Ωsin(緯度)| , ζ為負時, 絕對渦度{ζ}減小,
但為了維持絕對渦度{ζ}不至於過低(<0),因此,不允許ζ無止境的負渦度值。
否則高壓會崩潰,氣流向外幅散宣洩,使高壓減弱。
模式預報,未來一周歐洲東北方到烏拉山山脈西北方出現阻塞高壓,
看來前冬時期的第一個阻塞高壓到底還是登場了。
阻塞高壓的登場,代表寒潮爆發的季節來臨,接下來就是位置的問題,
這個位置出現阻塞高壓,西西伯利亞北方地面堆積出強冷高壓。
目前看來能輕鬆突破1050百帕,而原先受西風帶往東移的冷空氣,
返回西伯利亞堆積。
對東亞威脅比較大的是中亞的阻塞高壓,
這次的阻塞高壓位於歐洲東北-烏拉山西北,
苦主應該是中亞,後續對東亞的影響要再觀察,也不能輕忽。
東亞目前面臨的是北方第三波冷氣團侵襲,北緯30度以北降溫明顯,
台灣也受冷空氣影響天氣轉涼,看來也有低於20度的機會。
不過,預報看來蒙古冷高壓偏東移為主,東北亞包括日韓受寒流影響大,
然而,受這三波冷空氣影響,太平洋高壓脊南撤,台灣位於太平洋高壓北側,
這表示台灣已經接近西風帶的南緣。西風勢力的南移,
代表台灣受西風帶天氣系統影響越來越明顯,正式入冬的腳步也步步逼近。
未來一周預報看來,後天起東北季風增強,
儘管主高壓東移,但有明顯的分裂高壓南下,
因此影響時間拉得蠻長的,要到一周尾聲,才會明顯回溫。
但也因為分裂高壓南下,天氣看來會轉乾涼。
(以上供參囉)
--
All Comments