變形場

變形場（deformation field）是指能使流體在運動中發生形狀變化，尤其是伸展（收縮）和切變的速度場。大氣中常見的鞍型流場就是一種變形場。變形場是最有利的鋒生流場。變形場有利於氣旋的形成，也有利於氣旋的發展。

基本介紹

• 中文名：變形場
• 外文名：deformation field
• 實質：速度場
• 例子：鞍型流場
• 現象：鋒生現象
• 學科：環境科學

概念

變形場（deformation field）是指能使流體在運動中發生形狀變化，尤其是伸展（收縮）和切變的速度場。

大氣中常見的鞍型流場就是一種變形場。從氣壓場看，處於2個高壓和2個低壓之間的區域，氣壓梯度很小，風場很弱。

表達方程

兩維速度場可用線性方程式表示，分解為直線運動、渦旋運動、輻散（輻合）運動與變形運動的線性組合。其中，變形運動可表示為兩個部分：

和

其中 ， 。

上式第一部分為伸展（收縮）變形場，它是一組雙曲流線，兩個特徵軸為x軸（膨脹軸）和y軸（壓縮軸）。第二部分為切變變形場，它也是一組雙曲流線，但其特徵軸與x，y軸成45°角。變形場中的運動與鋒生、鋒消有密切的關係，膨脹場是鋒消場，收縮場則為鋒生場。

鋒生現象

很早以前，變形場中鋒生現象就引起了人們的注意。S.Petterssen利用鋒生函式來討論鋒生、鋒消，其水平運動項的作用表明變形場是最有利的鋒生流場，他將風場泰勒展開為散度、渦度和變形等組合形式。GAO Shou-ting等推導了變形場方程和廣義標量鋒生函式，通過構建一個理想的鞍型流場，計算了變形導致的相對濕度場的變化，表明在沒有明顯溫度梯度下，水汽聚集效應可能會導致較強降水的發生。

對渦旋的作用

中緯度中尺度渦旋往往發生於風場很弱的鞍型場內和切變線上。如梅雨鋒切變線上經常出現中尺度氣旋甚至氣旋族，造成沿切變線的強降水帶。 夏季在副熱帶高壓西北側的長江中下游一帶，由西太平洋副熱帶高壓、西南渦、大陸高壓以及東北低壓（槽）構成的鞍型場也是該地區中尺度氣旋和強降水的多發地區。如1998年7月鄂東特大暴雨過程，就是在穩定鞍型場內連續發生多個β中尺度低渦造成的。

變形場同樣對熱帶氣旋具有很大的影響，當熱帶氣旋進入變形場，環境場氣壓梯度很弱，熱帶氣旋往往移動減 緩，出 現不規則路徑，強度加強。變形場有利於氣旋的形成，也有利於氣旋的發展。實際上，變形場起主要作用的是變形項。