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大气地转适应

大尺度大气运动的一个基本特征是运动的准地转性。大气运动若完全处于地转平衡状态(见大气运动的平衡状态),就没有运动的变化,所以地转平衡状态是常遭破坏的。然而,地转平衡状态破坏后,风场和气压场又相互调整,重新建立起新的平衡关系,保持运动的准地转性质。因此,地转平衡的建立、破坏、再建立的过程是大气运动中的一个极重要的动力过程,大气运动正是在地转平衡建立与破坏的相互矛盾过程中发展的。由非地转平衡状态调整到地转平衡状态的过程,称为大气的地转适应过程,简称地转适应。

20世纪40年代以前,一般都是从温度场和气压场出发来讨论问题的。1938年,瑞典气象学家C.-G.罗斯比最早讨论了地转适应问题。他首先分析了一个初始时没有气压场支持的带状气流的演变,最后的结果是当维持流速时,就产生了与科里奥利力相平衡的水平气压梯度力。由此,他认为气压场和风场总是相互调整相互适应的,并且主要是气压场向风场适应。1949年苏联气象学家A.M.奥布霍夫对地转适应问题进行了更完整的分析,在他分析的例子中也得到主要是气压场向风场适应的结论。他还指出,适应的速度很快,只需要3~4个小时就完成了。此后,中国的气象学家叶笃正等,又提出了地转适应的尺度理论,对地转适应结果和初始非地转扰动尺度的关系作了充分的研究。他们指出,当非地转扰动水平尺度L 小于某个临界尺度L0时,气压场向风场适应,当L>L0时,风场向气压场适应。L0=c/f,其中c为重力惯性波波速,f为科里奥利参数。1979年,曾庆存又把这一概念发展到球面上大气的旋转适应过程。

在适应过程中,初始的非地转状态,引起了水平辐散和辐合以及铅直运动,激发出快速的惯性重力波。这种波的快速频散作用(见大气波动),使局部区域非地转扰动的能量迅速向外弥散,同时建立起相应的气压场,而达到准地转平衡状态。

研究地转适应过程不仅具有重要的理论意义,而且地转适应的一些理论结果在实际中也有许多直接或间接的应用。例如,中国的气象学家曾把地转适应的理论结果用于气旋发展的分析,从地转适应的角度分析了斜压不稳定的机制(见大气动力不稳定性)等。