正壓不穩定

正壓不穩定（barotropic instability）是滿足正壓性假設的地球流體由速度的緯向分布不均所帶來的不穩定，是波動不穩定的一種。

正壓不穩定可以由旋轉流體的Rayleigh問題導出，其理論判據是絕對渦度的緯嚮導數需等於0，即流場存在絕對渦度的極值。在觀念上，正壓不穩定可以將平均流場的動能轉化為不穩定能量並以波動形式釋放，所得到的不穩定波為羅斯貝波。在大氣科學領域，正壓不穩定被用於解釋低緯度地區天氣尺度擾動的生成和發展。

基本介紹

• 中文名：正壓不穩定
• 外文名：barotropic instability
• 提出者：郭曉嵐
• 提出時間：1948年
• 套用學科：大氣科學，海洋科學，地球流體力學
• 適用領域範圍：正壓地球流體

現象描述

在正壓大氣中，運動系統在垂直方向沒有變化，但在水平面上流場並非均勻。在一定條件下，由於風場的水平結構而可以造成擾動的不穩定發展，即出現正壓不穩定。

產生機理

必要條件

要出現正壓不穩定，在區域的某個地方，絕對渦度必須有極大值或極小值，方能出現正壓不穩定。其中，y₁，y₂分別指兩個緯度。

圖1 基本氣流廓線與正壓不穩定

理論分析時假定沿著y=y₁，y=y₂的兩個緯圈各存在著一個剛壁，流體及其運動都被限制在這兩個剛壁之間。在實際大氣中雖然沒有這樣的剛壁，但如果擾動的振幅在剛壁所在的緯度處變得很小，我們也可以近似地考慮這樣的理想邊界，在邊界上應該沒有擾動。

其他條件

滿足了必要條件，擾動是否是正壓不穩定的還取決於基本氣流的具體分布情況，圖1 為基本氣流廓線與正壓不穩定關係圖。

在正壓不穩定情況下，波動增幅發展的能量只能來自基本氣流，同這種由基本氣流釋放給擾動動能的過程相配合，在絕對渦度極小值所在緯度附近，槽線呈東北-西南向；在絕對渦度極大值所在緯度附近，槽線呈西北-東南向。

擾動增長率

在正壓不穩定的情況下，最不穩定波的波長不可能很長，也不可能太短，不穩定波的波長界限又同基本氣流的分布有關，一般來講，波長為2000 - 8000km的擾動容易出現正壓不穩定。

實際情況表明，在中高緯度地區，大氣的斜壓性比較明顯，雖然擾動發展也會有正壓不穩定的情況，但經常遇到的卻是斜壓不穩定，或者主要為斜壓不穩定、也同時有正壓不穩定因素。在低緯度地區，大尺度大氣運動基本上可以是正壓的，因此，正壓不穩定在那裡相對更為重要，一些研究已經表明，不少低緯度地區擾動的初期激發都同正壓不穩定有關，例如季風低壓和輻合帶中的天氣尺度擾動。