水平散度(水平散度)
描述
散度(divergence)可用于表征空间各点矢量场发散的强弱程度。物理上,散度的意义是场的有源性。当散度大于零时,表示该点有散发通量的正源(发散源);当散度小于零时,表示该点有吸收通量的负源(洞或汇);当散度等于零时,表示该点无源。
简单地说,流体在运动中集中的区域为辐合,运动中发散的区域为辐散。散度值为负时为辐合,此时有利于气旋等对流天气系统的发展和增强;为正时表示辐散,有利于反气旋等天气系统的发展。往往,气象学中应用最多的是风速的“水平散度”。
水平散度,是指空气在单位时间内、单位面积上的膨胀量(相对膨胀率),亦表征空间各点在水平方向上发散的强弱程度。分布在不同地点的空气的移动方向常常是不一致的。有时移动方向相同而速度快慢不同,有时速度相同而方向各异,也有方向速度都不同的。这样,就可能引起空气在某些地方堆积起来,而在另一些区域流散开去。
水平散度的表达式为:
其中,是x轴方向的风速大小,是y轴方向的风速大小。一般来说,x轴表示纬圈切线方向(自西向东为正),y轴表示经圈切线方向(自南向北为正)。单位为。图1中左边两图表示格点的空气都背着同一条线或一点散开,右图表示前方空气移动速度较后方的快,使得空气散开,这种现象称为水平辐散。
水平散度
图1 水平辐散图2中,左图和中间图表示各点空气都向着同一条线或一点汇合,右图表示前方空气移动速度较后方空气慢而使得空气堆积,这种现象称为水平辐合。
水平散度
图2 水平辐合与降水形成的关系
在大气的水平辐合辐散的分布中,有时下层辐合,上层辐散;有时下层辐散,上层辐合。从图3可见,当对流层上层有水平辐合、下层有水平辐散的区域会引致下沉运动,下沉的空气会带来晴天;反之,则会出现上升运动,形成云层甚至下雨。
水平散度
图3 水平气流的辐合辐散和垂直运动的相互关系降水形成的条件之一是水汽在降水区辐合上升,在上升中绝热膨胀冷却凝结成云。当水汽由源地输送到某地区时,必须有水汽在该地区水平辐合。水汽水平辐合就是水平输送进该地区的水汽,大于水汽输送出该地区的水汽,反之即为水汽的水平辐散。在单位体积内,水汽水平辐合辐散的大小用水平水汽通量散度来表示。
水平散度
图3 850 hPa水汽水平散度