设大气运动是水平正压无辐散的，在南 北均匀的平直西风上波动呈正弦形式。 将准地转涡度方程(4.40)写在无辐散层上 V ( f ) 0
t
v U v 0 x x t
(4.77)
v Ae
ik ( x ct )
(4.78)


λ为沿纬圈每隔10个经度取一个位势高度值。


高指数表示西风强大,与纬向环流对应 低指数表示西风弱,经常与经向环流对应
西风环流的中期变化主要表现为高低指数 交替、循环的变化过程,称为指数循环。


实际应用中发现,有时西风环流破坏以后,南北 风分量明显加大,已属经向环流,但由于整个区 域内全风速很大,西风指数并不减小,因此又定 义一个经向度指数表征南北交换的程度. 经向度（指数）

在每日的高空天气图上,西风带波动比平均图复杂得 多,常表现为振幅、波长不等,有时甚至出现一些闭 合涡旋。



西风带的波状流型有时表现为大致和纬圈相平 行,这种环流状态称为纬向环流,也称为平直西 风环流; 有时则表现为具有较大的南北向气流,甚至出现 大型的闭合暖高压和冷低压,这种环流状态称为 经向环流。 经向环流和纬向环流在空间分布和时间演变中 经常是交替出现。
辨认长波的方法
(1)在欧亚范围的500或300hPa图上，由于短波主 要出现在低层，到了高层就变得很不明显，长 波系统就突出起来。 (2)在时间平均(3~5天)天气图上，可消去移动快、 振幅小、维持时间短的短波，而使长波显示出 来。 (3)在空间平均(网格距2.5º或5º纬距)图上，取网 格点及其邻近4点的高度平均值，也可把短波 系统平滑掉而突出长波。
(a) L<Ls时，c > 0，前进波。 (b) L=Ls时，c = 0，静止波。 (c) L>Ls时，c < 0，后退波。

(4.81)
对于超长波而言，一般是后退波或静止波， 对于短波一般是近似以U 的速度移动， 长波则介于两者之间。
§4.3.5 切断低压和阻塞高压 §4.3.6 西南涡与江淮切变线
§4.3.1 西风带环流的基本特征
１、纬向环流与经向环流 中高纬度的平均经向环流(费雷尔环流)很弱,平 均水平环流在对流层盛行西风,称为西风带。

西风带弯弯曲曲围绕着极涡沿纬圈运行,平均而 言,西风带中冬季有三个槽脊,夏季则变为四个 槽脊。这种波状流型称为西风带波动。
1 n M H i n i 1
以10个经度为间隔,取纬圈的南北风绝对值(或位势高度差) 沿纬圈平均。
§4.3.2 西风带槽脊的移动
1、长波的传播


西风带槽脊可以看成是叠加在中纬度西 风气流上的波动。 西风带波动按其波长可分为三类：

超长波 长波 短波
超长波、长波和短波

超长波的波长在一万公里以上,即绕地球一圈可有1~3 个波,它是由地形和海陆分布的强迫振动引起,呈准静止, 生命史在10天以上,属于中长期天气过程。 长波的波长3000~10000公里,相当于50~120个经距。 全纬圈约为3~7个波,振幅一般为10~20纬距,平均移速 在10个经距/日以下,有时很慢,呈准静止,甚至会向西倒 退。长波变化常导致一般天气系统及天气过程发生明 显变化，生命史约4~5天。 短波的波长和振幅均较小,移动快,平均移速为10~20经 度/日,多数仅出现在对流层的中下部,往往迭加在长波 之上，生命史在4~5天以下。
西风带槽脊的移动
Rossby长波公式
L c U 2 U 2 k 4
2
(4.79)
用以分析长波的移行情况，其中c为相速，k为波数，L为 波长。 (a) 西风强时，长波移动较快，反之较慢； (b) 波长短时，长波移动较快，反之较慢； (c) 在波长和西风强度相同的情况下，较高纬度(β 值较 小)，波动移速快，较低纬度(β 值较大)，波动移速慢。
L c U 2 U 2 k 4
2
2 在西风带中，U 为正值，而 k 为负值，
在某一合适的波数处，两者恰好相互抵 消而使c 等于零，这种波动是静止的，由 此可求得静止波的波长为：
U Ls 2
(4.80)ຫໍສະໝຸດ 2 2 c ( Ls L ) 2 4
由此可以有以下三种情况，即



在中高纬度地区,长波的水平尺度可大到 同地球半径相比拟,故亦称为行星波(或称 为罗斯贝波),从对流层的中下层到平流层 的低层均可见到,是行星锋区中的一种扰 动。


在每日的天气图上,长波和短波同时存在, 相互迭加,还可以互相转化。 一般情况下,长波和短波不容易分辨。如 图，迭加后的长波槽就变得极不明显,长 波脊则因同位相迭加显得很强。
２、环流指数与指数循环


纬向环流与经向环流相互转化与交替出 现,常表现为西风分量的强弱变化。 为了定量地表示西风强弱,Rossby提出, 把35º~55º之间的平均地转西风定义为 西风指数。
实际工作中把两个纬度带间的平均位势高 度差作为西风指数I。
I H 35o H 55 o
l 1 l 1 o o H 35 H 55 l 1 l 1
西风带环流变化的主要特征就是 经向环流与纬向环流的维持以及 两者之间的相互转换。
经向环流与纬向环流 相互转换的原因



设先为平直西风环流,气流南北交换弱,由于 南北太阳辐射强度的差异,西风带中温度梯度 将加大,即锋区增强,有效位能增大。 当受扰动作用,扰动因获有效位能,发展成为 大型扰动(大槽大脊),甚至可出现闭合系统,纬 向环流转为经向环流,南北交换增强,南北向 的水平温度梯度减小,有效位能转为动能。 摩擦耗散动能,大型扰动逐渐减弱乃致消失, 环流又恢复纬向。
第四章 中纬度天气系统(之三)
§4.3.1 西风带环流的基本特征
1.纬向环流与经向环流 2.环流指数与指数循环
§4.3 西风带高空环流系统
§4.3.2 西风带槽脊的移动
1.长波的传播 2.群速和上下游效应
§4.3.3 西风带槽脊的垂直结构 §4.3.4 西风带槽脊的发展
1. 位势倾向方程 2. 波槽发展的简单动力模式（西风带槽脊的发展公式）