边界层急流
大气边界层中,在风速垂直廓线上常出现低空风速极大,这种现象又称为边界层急流。其特点是垂直切变强,但水平切变弱,而且具有明显日变化。
基本信息
- 中文名
边界层急流
- 外文名
Boundary layer jet
- 别名
超低空急流
简介
边界层急流是边界层内的一种重要现象,在一、二百米高度以下出现的低空,又称它为超低空急流。边界层急流的特点是垂直切变强,但水平切变弱,而且具有明显日变化。
低空急流可分为大尺度低空急流、与扰动相联系的低空急流以及边界层急流三种类型。第一类是与对流层低层的行星尺度系统相联系的基本气流。例如东南亚大陆夏季盛行的西南风急流就属于此类,它是与季风相联系并随着季风移动。与扰动相联系的低空急流就是一般常说的低空急流,具有很强的非地转性。
特征
(1)具有逆温层结的边界层中利于急流形成发展。一旦逆温消失, 急流动量迅即与周围动量相混合, 导致急流崩溃。
(2)边界层急流的日变特性十分明显,而且不同类型的边界层急流具有各自的日变规律。
(3)边界层急流的形成与局地地形关系密切,其形成机制及在局地强降水中的作用均与对流层中低层低空急流有很大不同。
(4)边界层急流具有中β 尺度特征,其维持时间较短。
(5)局地强降水与边界层急流之间存在的正反馈作用。局地降水通过改变当地大气温度场的分布,进一步导致了边界层气流加速。边界层气流的加速又加强了急流前方的风速辐合,为降水提供更多的水汽和更有利的动力条件。1
形成原因
边界层急流形成原因,目前一般认为是由于贯性振荡、大气的斜压性作用,地形坡度以及特殊天气系统的配置等。边界层急流的形成与夜间边界层降温等局地热力条件关系密切,并且存在明显的日变化特征。另外与气温直减率分布有关, 当边界层温度直减率越大, 来自对流或乱流的垂直混合作用亦越强, 因而又往往把大风速层的高度与逆温层顶联系在一起。2
研究进展
在1957 年,Blackaclar 等就注意到强对流天气与边界层急流有关。之后一些研究也认为,边界层急流在局地暴雨中发挥了重要作用,是强对流天气的主要触发机制之一。
近年来的观测事实及相关研究表明,夜间边界层内的大幅度降温并不总是伴有急流的出现,已经存在的边界层急流在局地强降水发生之前可能并不处于最强的时候。
刘淑媛等通过98 年华南暴雨试验中风廓线雷达资料的分析发现,强降水与边界层急流几乎同时达到最强,急流发展,降水范围强度扩大,急流减弱消失,降水相应减弱停止。
最近孙继松针对北京地区观测事实的分析也认为,边界层急流与局地暴雨之间存在明显的正反馈现象,很难用天气尺度低空急流的理论和观点来解释边界层急流在局地暴雨中的作用。
与逆温层的关系
除少数急流过程未见相应的逆温层结外, 大多数急流过程皆有逆温或等温层结相伴。逆温下限高度基本处于300~ 700 m之间而不及地,故特称之为空悬逆温层。山区空悬逆温对急流的作用是客观存在的。
不言而喻, 作为绝对稳定性的逆温或等温层, 必然抑制湍流发展,阻碍湍流动量下传, 致使部分动量在逆温层顶附近堆积储存, 使风速增大,,加剧风切变。显然,逆温层的先期出现,为急流形成提供了有利层结条件。在急流发生后,如果逆温层与急流维持恰当配置,则利于急流持续。一旦逆温消失, 急流动量迅即与周围动量相混合, 导致急流崩溃。