長波槽

對流層中，上層的西風帶中，大氣環流呈波狀型分布，波谷處就稱為“槽”。當環流的波長約在 5000—10000公里時，此時的槽就稱為“長波槽”。

基本介紹

• 中文名：長波槽
• 外文名：long-wave trough
• 類型：大氣科學
• 屬於：天氣學

簡介

長波槽是西風帶高空長波氣流在科里奧利力的作用下產生的。

對流層中，上層的西風帶中，大氣環流呈波狀型分布，稱波谷處稱為“槽”。當環流的波長約在 5000—10000公里時，此時的槽就稱為“長波槽”。長波槽在維持大氣環流方面，起著重要的作用。

背景知識

長波是指對流層的中部和上部西風帶大氣環流中波長為3000～8000公里的波動。它是當西風氣流發生南北擾動時，由科里奧利力隨緯度變化的效應而產生的(見大氣波動)。長波的生命期約一周，是西風帶上大尺度的擾動，屬行星尺度的一種天氣系統，又稱行星波或羅斯比波。自從20世紀20年代無線電探空儀套用於高空氣象探測後，人們就發現了高空環繞極地運動的西風帶及其上的波動，1937年J.皮耶克尼斯首次辯認出作為半球現象的長波，1939 年C.-G.羅斯比從理論上對長波的特性進行了研究，並建立了長波理論。這個理論為後來數值天氣預報的發展奠定了基礎。長波的發生、發展、移動和變化，對 天氣尺度系統（如氣旋、鋒等）的強弱、移向和移速，以及未來天氣的變化，都有十分重要的作用。因此，它是天氣形勢預報研究的重要系統之一。

長波具有槽區冷、脊區暖的結構。在高空等壓面圖上，溫度波和高度波的位相相近。長波的強度隨高度而增加，在對流層頂最強。發展中的長波，其溫度波往往稍落後於高度波，位相一般落後將近四分之一波長。長波脊後面有暖平流，長波槽後面則有冷平流，這是造成長波槽和脊發展的主要原因。由於長波是頻散波,在西風帶上游，長波的能量以大于波動移動的速度傳到下游，因此，可利用這個特徵預報上游長波向下游發展的位置和強度。當長波槽和脊強烈發展時，振幅不斷加大，長波脊中出現的高壓中心有時從脊中切離出來而形成阻塞高壓。

長波和短波之間可以互相轉化。當溫度場和氣壓場配置適當時（槽後有冷平流，脊後有暖平流），短波可以逐漸發展成長波；反之，長波可減弱並分裂成短波，然後東移而消失。

長波脊和長波槽

對流層中，上層的西風帶中，大氣環流呈波狀型分布，氣象學上稱波峰處為“脊”，波谷處稱為“槽”。當環流的波長約在 5000——10000公里時，脊和槽分別稱為“長波脊”和“長波槽”。就溫壓場的配置，長波脊和長波槽分別與暖溫度脊和低溫度槽相配合，其強度隨高度的增加而增強，到對流層到達最強，脊線和槽線的位置隨高度的變化很小，故為一般穩定的系統，在長波槽的前方，暖空氣向南移動，因此，長波槽和長波脊的存在能反映出大範圍冷、暖空氣的交緩和強天氣的分布。

長波槽和脊在維持大氣環流方面，起著重要的作用。真正呈正弦波式的長波槽和脊是極其少見的。在槽和脊發展初期，槽線和脊線的走向大多呈東北—西南向。在槽和脊發展的同時，強西風中心（急流中心）一般由槽後移至槽前。由於槽前西南風遠強於槽後西北風，有利於將低緯盈餘的角動量輸送到中緯度和高緯度地區，以維持中緯和高緯地區的西風角動量。同時，由於槽前有暖平流、槽後有冷平流，有利於將熱量由低緯輸送到高緯，以維持全球熱量平衡。因此，長波槽和脊的活動，是維持大氣環流的一種重要機制。

冬季北半球繞極西風環流中，一般有4～5個長波。長波槽與地面氣旋族之間的典型關係，可用理想化的長波流型和低空環流系統配合的概略圖表示。氣旋族位於長波的槽前脊後，每個氣旋又和高空大氣短波相對應。從圖中可見疊加在長波上的短波擾動。由於它們的波長短，移速比長波快，所以同短波對應的地面氣旋，相對於長波是向前移動的，大體上受長波流型的氣流所牽引。由於長波同地面氣旋和鋒面的關係如此密切，所以長波移動和流型變化的預報，對天氣預報有重要的意義。

西風帶長波槽

西風帶長波槽包括巴爾喀什湖大槽、貝加爾湖大槽、太平洋中部大槽、青藏高原西部低槽。

阻塞高壓

在西風帶長波槽脊的發展演變過程中，在脊不斷北伸時，其南部與南方暖空氣的聯繫會被冷空氣所切斷，在脊的北邊出現閉合環流，形成暖高壓中心，叫做阻塞高壓，它是中緯度和高緯度地區大氣對流層中部和上部深厚的暖高壓。由長波波輻增大而形成的含有閉合高壓中心的準靜止的長波脊，它很少移動，持續時間又比較長，阻礙著上游西風氣流和天氣系統的東移。阻塞高壓主要出現在北半球，常和切斷低壓相伴出現。

活動區域

夏季西風帶經向流型期長波槽經常在以下幾個地區活動, 即90°E附近、120°E附近和150°E附近, 就強度而言, 由於夏季白令海一帶是一主要冷源, 這裡的長波槽勢力最強. 我國沿海地區的長波槽次之. 而90°E附近的長波槽因受青藏高原的熱力影響, 勢力最弱, 一般表現為寬槽型式。

90°E附近的長波槽

當西太平洋上開始有颱風活動, 如西風帶長波槽穩定在90°E附近時, 我們雖不能預測這次颱風過程的全部細微末節, 但大體上判定這是一次西行颱風是完全可能的, 而最可能登入的地區是華東南部和華南一帶.這是由於夏季北半球西風帶長波系統的波長平均為60個經度, 此時120°一1 30°E處正是長波脊位置, 副高勢力強, 於是熱帶風暴將受到深厚的東風引導西行.

對1959一1978年20年裡當長波槽穩定在90°E附近時颱風路徑趨勢的統計. 發現當長波槽在這個位置出現時, 有94%的颱風是西行登入的。起始緯度在20°N 以南時全部登入, 無一例外。

120°E 附近的長波槽

我國沿海地區長波槽的發展、維持、擺動和倒退, 與海上副高和颱風路徑的變化息息相關. 對這個低槽變化哪怕是細小的分析不當, 也往往造成颱風預報警報的嚴重失敗。

對1959一1978年近20年裡120°E 附近長波槽與颱風路徑關係的統計. 總的說來, 海上轉向的颱風多, 占80 %, 西行登入的占20%. 颱風中心緯度越低, 西行的可能性越大. 到第一警戒線上中心在20°N 以北的颱風, 登入的只有十分之一但就是這幾個颱風, 預報卻非常困難。

①120°E上空長波槽的發展引起副熱帶地區流型的劇鬢— 6618號颱風的轉向.

②我國沿海長波箱內系統的更替, 引起副高脊一度西伸— 6214號颱風過程.

一個長波槽在某一地區維持, 總是由於有若干次低槽移出減弱, 又有新槽進人補充(正渦度注人) 的新陳代謝結果. 我國沿海長波槽內這種系統的更替, 雖不能影響一次颱風總的轉向趨勢, 但對路徑的短期預報卻十分重要, 稍不注意, 就會造成預報的嚴重失敗,6214號颱風就是一例.

③由於大型環流調整引起120°E 附近長波柑的連續西退— 6205號颱風的曲折路徑.

120°E附近長波槽的另一種變化是在大型環流調整過程中出現連續西退, 這時低槽附近的颱風往往表現為複雜多變的路徑, 預報難度大,

150°E 附近的長波槽

夏季從日本以東到白令海一帶是一強大冷源, 最有利於長波槽發展.這個系統儘管地處下遊方向,但對太平洋副高和颱風路徑有密切關係. 我們曾遇到一些非常難報的颱風, 就是在150°E 附近有長波槽發展的環流背景下發生的. 根據這個地區長波槽發展對副高和颱風路徑的影響, 大體上可區分為兩類不同過程. 一是這個長波槽引起日本附近上空副高單體的全面崩潰, 颱風會在人們預想不到的偏東洋面上轉向, 如6907、7507、7119等颱風便是例子. 另一類過程是由於這裡大槽加深的“ 錨槽” 作用, 從而使日本一帶副高東移受阻, 甚至加強西伸, 這時太平洋颱風在偏東氣流引導下西進侵襲我國大陸, 如6906、7207和6007等颱風過程. 這兩類不同過程的關鍵是華北和東北地區高空流場的差別. 若在15 0“ E 附近長波槽發展時, 上游華北和東北一帶有冷槽東移, 則日本附近的副高因受到正渦度的人侵而發生解體, 這便是第一類過程. 反之華北名帶如系暖性高壓脊向東傳播, 海上副高西側由於得到負渦度和暖平流的補充會西伸加強. 於是成為第二類過程.

北半球兩大長波槽

北半球兩大長波槽即東亞大槽和北美東岸大槽。

大氣環流存在明顯的年內變化規律。在北球中高緯度的西風帶系統中, 無論是冬季的3波形勢, 還是夏季的4 波形勢, 東亞大槽、北美大槽都是整個西風帶兩個最深的低槽系統。

東亞大槽

東亞大槽發生異常變化，它發生了由深變淺的轉換和持續偏淺的長過程。東亞大槽南段自上年12 月至當年3 月表現為長達4 個月的持續偏弱(較大正差值), 與當年貴州有嚴重夏旱存在十分密切的對應關係, 這一異常變化可作為貴州夏旱短期氣候預測的前兆特徵。貴州夏旱指數與東亞大槽指數為正相關,最大相關係數高達0 .590。

北美東岸大槽

北美大槽偏深, 對應貴州夏季有重旱,反之, 對應無旱。貴州嚴重夏旱年的當年1 ～ 4 月北美大槽比無旱年明顯偏深, 這一異常變化對預測嚴重夏旱的發生有指示作用。貴州夏旱指數與北美大槽指數呈負相關, 當年5月相關係數達-0 .501。

貴州夏旱與兩大槽的關係

在冬春季節無論東亞大槽或是北美大槽都與貴州夏旱存在高相關, 但有2 個不同點:一是前者為正相關, 後者為負相關;二是前者相關程度略高於後者。一正一負的相關表明, 每年冬春季節如果東亞大槽明顯偏淺, 對應當年夏季有重旱發生, 反之明顯偏深, 對應當年夏季無旱或乾旱較輕;如果北美大槽明顯偏深, 對應當年夏季有重旱發生,反之明顯偏淺, 對應當年夏季無旱或僅輕微夏旱;如果東亞大槽明顯偏淺與北美大槽明顯偏深同時出現, 則當年貴州有重夏旱發生的可能性更大, 反之, 夏旱較輕或不會出現夏旱。根據冬春季節的北半球中高緯度兩大長波槽系統與貴州夏旱存在的高相關性, 我們可以將東亞大槽偏淺配合北美大槽偏深這一異常變化, 定作貴州夏旱短期氣候預測的一個強信號。

中國東北地區長波槽

通過對1958—2008年我國北方地區500hPa春、夏季長波分析得出：

（1）近51年我國北方500hPa春季平均高度場為明顯的東亞大槽和巴爾喀什湖到新疆南部的脊；夏季平均高度場變得較平直，巴爾喀什湖和我國東北地區有弱槽存在

（2）我國北方春季平均長波有三種分布類型：

第一種類型是在亞洲北部從鹹海到日本為一完整的長波，巴爾喀什湖到我國羅布泊地區以長波脊活動為主，我國東北地區以長波槽活動為主，長波脊、槽均呈增強趨勢。

第二種類型在烏拉爾山、貝加爾湖、鄂霍次克海分別為長波槽、脊及槽（或脊、槽及脊），蒙古國到我國華北地區多長波脊或長波槽活動。

第三種類型是鞍型長波結構，鞍區中心在蒙古國中東部。

（3）夏季平均長波有三種分布類型：

第一種類型在烏拉爾山、貝加爾湖及鄂霍次克海地區，分別為長波脊、槽及脊，蒙古國到我國華北地區多為長波槽活動，但存在長波槽減弱趨勢。

第二種類型是鞍型場結構，鞍區中心在新疆北部。

第三種類型也是鞍型場，鞍區中心在蒙古國中東部，形勢基本同春季。