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大气潮汐新探

发布时间:2019-12-10 15:14来源: 未知
  众所周知,由月亮、太阳引潮力引起的海潮和固体潮(地壳表面垂直振动)是很显著的,前者的实测最大潮差可达19米,后者也达0.5米。至于日月引潮力引起的对流层大气潮,迄今的研究认为是微小的。过去研究大气潮汐的传统方法,一般采用分析单站气压的日变化,得到的结果是,由月亮引潮力引起的太阴潮,在赤道附近仅为0.08百帕,在纬度30。附近更小,为0.02百帕。在动力气象学中,将引潮力的量级与大气中纬度水平运动的量级进行比较,认为前者比后者要小2—3个量级,故在动力方程中不考虑引潮力的作用。
 
  然而,引潮力对于各种地球物理现象,包括海潮、固体潮、磁潮以及地球自转短期变化的影响,都是相当重要的。何以唯有大气潮汐例外呢?我们经过19年的坚持研究,发现月亮的引潮力,虽然其水平分量比大气中纬度水平运动要小许多,但是其垂直分量的加速度,却与大气长波、超长波的垂直加速度为同量级,都是10-5厘米/秒2—10-4厘米/秒2。对流层大气的一个重要性质是准静力平衡,它在垂直方向上的气压梯度力和重力两者方向相反、大小近似相等而相互抵消。引起大气垂直运动的力是一个小量,并不需要与大气中纬度水平运动的量级相当。我们过去得到的大量统计事实表明,正是引潮力的垂直分量与天气、气候变化的关系较好。
 
  最近,我们进一步采用林本达建立的一个球坐标的正压强迫行星波模式,对引潮力垂直分量作用大气进行了数值模拟试验。该模式忽略了地形和非绝热加热的影响,专门研究在垂直方向上不变的强迫源对500百帕位势场的影响。引潮力垂直分量正是这样的强迫源。我们任意选用一个初始场,对高、中、低纬度地区分别取3、4、6个波。加进月亮引潮力的垂直分量,并按其实际情况每小时西移14.5个经度作旋转运动。连续积分48小时,每2小时给出一张图。结果发现,全球绝大多数的高压和低压的中心强度都随月亮引潮力垂直分量的变化而变化,一天之内太阴潮的两个波的日变化非常清晰,并且其日变化的幅度达10—20位势米。与海潮、固体潮有所不同的是,气压系统中心的极值一般出现在引潮力垂直加速度趋于零(即它所引起的速度极值)之时,这正是大气的准静力平衡性质所决定的。由此可见,引潮力的垂直分量通过大气内部的动力过程对全球气压系统的日变化的影响是清晰而显著的,它主要反映在气压系统中心强度的日变化上。
 
  需要指出,上述模拟结果,我们是按高压和低压在移动过程中所处引潮力垂直分量的实际值,即在动态过程中考察而得到的。如果采取固定一点的静态分析方法,其潮汐效应是不易显示出来的。由于单站气压的日变化主要是由气压系统的移动造成的,并且气压系统本身的强度也在变化之中,因此对于错综复杂的大气运动来说,采取分析单站气压日变化的方法,是难以检测到大气潮汐的真实效应的。总之,对于对流层大气潮的科学概念(如数量级比较)以及它的研究方法,都有重新加以认识的必要。
 
  至于引潮力对于大气运动日际变化和反常变化的影响,据我们研究,主要系通过以月亮为主的三星一线等的非经典引潮力及其多种共振效应而引起。由于篇幅有限,在此暂不介绍