变形场

更新时间:2022-08-25 12:12

变形场(deformation field)是指能使流体在运动中发生形状变化,尤其是伸展(收缩)和切变速度场。大气中常见的鞍型流场就是一种变形场。变形场是最有利的锋生流场。变形场有利于气旋的形成,也有利于气旋的发展。

概念

变形场(deformation field)是指能使流体在运动中发生形状变化,尤其是伸展(收缩)和切变速度场

大气中常见的鞍型流场就是一种变形场。从气压场看,处于2个高压和2个低压之间的区域,气压梯度很小,风场很弱。

表达方程

两维速度场可用线性方程式表示,分解为直线运动、涡旋运动、辐散辐合)运动与变形运动的线性组合。其中,变形运动可表示为两个部分:

其中 , 。

上式第一部分为伸展(收缩)变形场,它是一组双曲流线,两个特征轴为x轴(膨胀轴)和y轴(压缩轴)。第二部分为切变变形场,它也是一组双曲流线,但其特征轴与x,y轴成45°角。变形场中的运动与锋生、锋消有密切的关系,膨胀场是锋消场,收缩场则为锋生场。

锋生现象

很早以前,变形场中锋生现象就引起了人们的注意。S.Petterssen利用锋生函数来讨论锋生、锋消,其水平运动项的作用表明变形场是最有利的锋生流场,他将风场泰勒展开为散度、涡度和变形等组合形式。GAO Shou-ting等推导了变形场方程和广义标量锋生函数,通过构建一个理想的鞍型流场,计算了变形导致的相对湿度场的变化,表明在没有明显温度梯度下,水汽聚集效应可能会导致较强降水的发生。

对涡旋的作用

中纬度中尺度涡旋往往发生于风场很弱的鞍型场内和切变线上。如梅雨锋切变线上经常出现中尺度气旋甚至气旋族,造成沿切变线的强降水带。 夏季在副热带高压西北侧的长江中下游一带,由西太平洋副热带高压、西南涡、大陆高压以及东北低压(槽)构成的鞍型场也是该地区中尺度气旋和强降水的多发地区。如1998年7月鄂东特大暴雨过程,就是在稳定鞍型场内连续发生多个β中尺度低涡造成的。

变形场同样对热带气旋具有很大的影响,当热带气旋进入变形场,环境场气压梯度很弱,热带气旋往往移动减 缓,出 现不规则路径,强度加强。变形场有利于气旋的形成,也有利于气旋的发展。实际上,变形场起主要作用的是变形项。

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