地形槽

地形槽（topographic trough）是指氣流過山後，氣柱伸長，空氣發生輻合，氣旋性渦度增加；另外，下沉氣流絕熱增溫，在對流層低層產生暖溫度脊，使低層減壓，故而形成的低槽。

中文名稱	地形槽
英文名稱	topographic trough
定　　義	由於地形動力作用在背風坡形成的低槽。
套用學科	大氣科學（一級學科），天氣學（二級學科）

基本介紹

• 中文名：地形槽
• 外文名：topographic trough
• 分類：華北地形槽、東北地形槽

簡介

地形槽是指由於地形動力作用在背風坡形成的低槽。當對流層低層的強西風帶受到高原大地形阻擋時,便分為南北兩支繞過高原向東流去, 這兩種作用使得在高原北部形成地形脊, 而南部形成地形槽。為大家熟知的有東北地形槽和華北地形槽兩類。

背景知識

在氣象學上, 通常將從高原南側到孟灣一帶的低槽, 統稱為南支槽或印緬槽。研究者基於大尺度運動的能量守恆和角動量守恆, 證明存在一個理論地形臨界高度Hc , 如果山的高度h 小於H c , 氣流能爬越而過;反之, 當h 大於Hc 時, 氣流只能環繞而行。Hc 的臨界值只有數百米至1 km 。因此,當對流層低層的強西風帶受到高原大地形阻擋時,便分為南北兩支繞過高原向東流去, 這兩種作用使得在高原北部形成地形脊, 而南部形成地形槽, 一些學者將該槽稱之為印緬槽, 對於該槽的研究可追溯到20 世紀50 年代。

研究歷史及進展

對於地形槽的研究可追溯到20 世紀50 年代。Yeh和Bo lin指出,高原大地形的繞流作用可使氣流分支, 並在地形下游形成急流。

Flo hn用觀測資料提出高原抬高的地面季節性加熱和35°N 以南的相應的南北溫度和氣壓梯度的反向可誘發東亞地區大尺度環流系統變化和印度次大陸的季風爆發。

近年來, Ding Yihui在詳細比較了高原冬、夏季動力作用後, 指出夏季高原的動力作用主要反映在高原繞流中, 很多環流特徵與繞流相聯繫。

梁瀟雲等利用全球大氣環流譜模式R42L9 , 研究了青藏高原大地形對春、夏季亞洲大氣環流的影響後證實, 春季高原大地形對低層西風的阻擋引起了繞流。

此外, 高原以南除了有穩定的地形槽外, 在孟灣中部隨著季節的轉變也會出現一個槽, 一般也將其稱之為印緬槽。由於它的發展與亞洲季風的爆發聯繫極為密切, 因此, 近年來對於該槽的研究已引起了不少學者的關注。

演變特徵

高原南側地形槽的演變特徵：

高原南側低空基本上存在一個常年正渦度帶, 這是高原近地面西風與其外圍自由大氣西風之間的氣旋性切變的表現, 特別是在90°E 附近有一明顯地形槽, 由此關鍵區確定的高原地形槽指數反映該槽冬弱夏強, 並存在4 , 6 及10 月突變的特徵。

（1）高原南側全年都有正渦度分布, 呈現帶狀, 但由於高原南側不規則地形與西風強弱的合, 各季稍有差別。高原熱力作用是影響其南側地形槽季節性演變的重要因素, 而地形槽顯著的突變特徵與高原熱源發生跳躍性變化直接相關。

①冬季, 高原南側低空西風較弱, 它們受到高原南側不規則地形影響相對小, 使得正渦度帶緊貼高原南側均勻分布, 且90°附近有一低槽;同時, 赤道地區也有一條正渦度存在, 這是赤道輻合帶的表現, 其正渦度大值位於80°～ 90°E 之間, 對應著一個氣旋性環流;條正渦度帶之間呈現連續負渦度帶, 為副高帶。

②到了春季, 高原南側低空西風氣流加強, 其正渦度帶有少許斷裂, 可能與高原南側的凹凸地形有關;但90°E 附近正渦度依然存在, 高原地形槽較1 月份有些西退;而高原東南角的正渦度區迅速發展, 西南風加強, 華南雨季開始。

③進入夏季, 整個環流形勢與冬季不同, 夏季風盛行, 高原南側西風強度達到最大, 高原地形槽發展旺盛, 80°～ 90°E 處出現很強的正渦度中心。

④秋季, 高原南側西風減弱, 80°～ 90°E 主體槽區內正渦度依然存在並往東延伸,向冬季形勢演變。

（2）高原南側80°～ 90°E 處常年都有正渦度分布, 這正是高原近地面西風與其外圍自由大氣西風之間的氣旋性切變的表現, 在一定程度上它也代表了高原南側地形槽主體槽區的緯向跨度。

（3）在24°N 以北的高原南側地區, 終年有一正渦度帶存在, 這就是高原地形槽的表現, 其強中心基本位於25°N 附近。而24°N 以南的孟灣地區則顯示出渦度的季節性變化, 這和南海夏季風的爆發緊密相關。

（4）渦度全年為正值，高原地形槽呈現冬弱夏強的趨勢, 在12 月達到最弱, 7 月達到最強, 並且在4 , 6 及10月左右發生明顯的階段性跳躍過程, 對應東亞夏季流型和冬季流型之間的交替轉換。

地形槽強度年變化的機制

高原南側地形槽強度年變化的機制分析

在研究高原對氣候的影響時, 必須考慮動力和熱力的綜合因素。在動力作用方面, 冬季高原位於西風帶里 , 使得高原地區的基本西風氣流較強;而夏季相反, 西風帶北移, 基本西風氣流減弱, 所以高原南側基本西風氣流呈現冬強夏弱的特徵;由此推論, 高原南側地形槽也應呈現冬強夏弱的狀態。

地形對大氣的機械強迫作用在不同的熱力背景下可以完全不同, 因此研究高原地形槽強度的變化, 除了西風繞流影響外, 還需要具體分析高原熱源的變化對其的影響。

高原由10 月到次年2 月底為冷源, 3 月初到9 月中旬為熱源。高原熱源的季節轉換和高原地形槽指數(簡稱TPTTI 指數有著很好的對應關係。2 月底, 高原由冷源轉為熱源,而高原地形槽在3 月底至4 月間發生了跳躍性突變;高原加熱作用在6 月達到最大, 而其地形槽卻在7 月達到頂峰;高原熱源在9 月中旬變為冷源, 可其南側地形槽在10月中旬呈現一個向低值的突變。高原地形槽與熱源的密切對應關係絕非偶然, 這恰好證明了高原熱力作用對其南側地形槽的顯著影響, 並可推論, 高原地形槽對高原熱源改變的回響是滯後的。

高原南側西風繞流作用是其地形槽形成的決定因子, 而高原熱力作用則是其地形槽強弱變化的重要因素。

地形槽與印緬槽

印緬槽的研究

20 世紀50 年代,Yin首先指出印緬槽在印度季風爆發前早就存在, 並把印度西南季風爆發和亞洲南部急流的突然消失, 以及印緬槽的迅速西移聯繫了起來。

此後,Ramasw amy也注意到了孟灣地區高空流型與大尺度對流之間的配置關係, 並初步揭示了印緬槽和東亞季風的內在關係。

何金海等最近的研究也指出, 在季風爆發前, 印緬槽的形成與加強以及副熱帶高壓(下稱副高)帶首先在孟灣斷裂是南海夏季風建立的重要前期徵兆之一;季節轉換期間, 中南半島的潛熱加熱和印度半島感熱加熱之間的有效配合, 是導致副高帶在孟灣上空斷裂的關鍵。

兩者的關係

綜觀前人研究成果, 至今對於高原南側常年存在的地形槽與孟灣地區的季節性槽並沒有明確的區分, 也沒有一個準確的界定, 對於它們的演變特徵和相互作用的研究更是少見。

事實上, 它們是兩個既相互獨立而又相互關聯的系統, 它們相互作用最後演變成初夏孟灣地區顯著的深槽, 導致亞洲低緯度副高帶的斷裂, 進而對亞洲夏季風特別是南海夏季風的建立產生重要作用。

孟灣槽

高原以南除了有穩定的地形槽外, 在孟灣中部隨著季節的轉變也會出現一個槽, 它的性質和成因與高原地形槽有著很大的區別,該槽稱為孟灣槽。與高原地形槽相比, 孟灣槽呈現出明顯的季節變化。

高原南側地形槽和斯里蘭卡低渦的相互作用是亞洲夏季風特別是南海夏季風建立的一種觸發機制。冬夏季節轉換期間, 高原地形槽加強南伸, 斯里蘭卡低渦持續北移, 它們之間的相互打通導致副高帶在孟灣上空最先斷裂和孟灣槽的形成,此後槽前西南氣流加強, 副高東撤, 南海夏季風進一步東擴。

類型

華北地形槽

華北地形槽（North China orographic trough)是指平直西風氣流越過黃土高原，在太行山東側的華北平原生成的低壓槽。這是背風坡地形對氣流動力作用所產生均低壓槽。

氣流過山後，氣柱伸長，空氣發生輻合，氣旋性渦度增加；另外，下沉氣流絕熱增溫，在對流層低層產生暖溫度脊，使低層減壓，放形成低槽。華北地形槽常為地面氣壓場巾的暖性低槽，有時在地形槽內出現地形低壓，強度弱、不發展，在它控制下，天氣晴熱。

東北地形槽

東北地形槽（Northeast China orographictrough)是指西風氣流越過蒙古高原，進入東北平原所形成的低壓槽。東北地形槽內偶而出現弱低壓的閉合環流中心，但維持時間較短，一般不超過18個小時，多數在12小時以內。當有冷鋒移入東北地形槽時，槽內易誘生低壓井產生壞天氣。

當氣流從高原進入平原時，由於下沉運動向上減少，引起垂直方向上空氣柱被拉長，造成水平方向空氣輻合，氣旋性渦度增強，因而產生了地形低壓槽。一般出現在對流層下部，地面尤為明顯。在它控制下，天氣晴熱乾燥。