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散度场涡度场的动力作用 涡度和散度的关系

2024-06-24  来源:天气网  【字体:  

导语:散度场与涡度场在动力学中是重要的角色,散度场与涡度场之间的相互作用,共同决定了流体的动力特性。一方面,散度场通过改变流体的密度分布,影响流体的扩散与聚集,从而改变流体的流动形态;另一方面,涡度场则通过产生涡旋结构,影响流体的旋转运动,进一步影响流体的流动特性,这种相互作用使得流体在空间中呈现出复杂多变的流动形态,为流体力学的研究提供了丰富的素材,下面就去看看涡度和散度的关系吧!

散度场涡度场的动力作用 

散度场涡度场的动力作用 涡度和散度的关系

冷空气

当台风移近我国大陆沿海时,如果大陆上有冷空气南下,在它的前缘,低空往往有一支较强的东北气流,这支东北气流出现在热带气旋环流的外围,往往使其强度发展加强为热带风暴(或强热带风暴)或者是台风。同时在热带气旋北部和东北部的东北气流或偏东气流与台风东侧的东南气流的辐合也得到加强。而在高空,与冷锋相联系有明显的西风急流,恰好叠加在台风的北侧,提供了有利的高空辐散场。

因此,在冷锋云系与台风云系相结合的24小时内,在台风北部和东北部低空辐合区内将产生强烈的降水,如7122台风9月19日福建东部沿海的强降水就是在这种条件下产生的。前面分析讨论过的7412热带风暴也是如此。另外,当高空槽移近台风时,处在强烈加深的高空槽前的台风,由于正涡度平流的输送,高空又有明显的辐散,台风会有相应的加强,因而增大了降水强度。如7301(Wilda)台风,由于受到高空槽影响,使该台风在登陆时强度继续加强,致使台风暴雨很猛,过程总雨量一般在200mm以上,局部超过400mm。

散度场涡度场的动力作用 涡度和散度的关系

冷空气

涡度和散度的关系

涡度和散度是气象学和流体动力学中的两个重要概念,它们分别描述了流体运动的旋转特性和源汇特性。

涡度(Vorticity)是一个三维矢量,定义为速度场的旋度。在气象学应用中,通常考虑涡度的垂直分量,即围绕垂直轴旋转的涡度分量。涡度与流体的角速度有关,但流体的角速度并不是整体一致的,而是指当面元无限趋近于中心点O时的极限值。平均涡度是平均角速度的二倍。

散度(Divergence)则是一个标量(实数),可以感性理解为在一个点放置一个变形虫,如果变形虫被向量压扁,那么散度就是负的(称为壑);如果变形虫被拉伸膨胀,那么散度就是正的(称为源)。散度描述了流体运动时单位体积的改变率,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。

在大气科学中,散度指衡量速度场辐散、辐合强度的物理量,单位为/秒。它表示单位时间内体积的膨胀率。在不可压缩流体中,散度为0.所以水平方向有辐散或辐合,垂直方向就会发生补偿性的收缩和延伸,而出现垂直运动。因此,可以通过水平散度计算大气中的垂直速度。

涡度方程和散度方程加在一起,才和水平运动方程组等价。但由于大尺度环流的准地转性,散度方程就退化为地转风公式,因此就无从了解散度的产生机理。另一方面,在大尺度运动中,散度比涡度小一个量级(故称为次级环流),而风的观测误差较大,很难准确计算出实际风场的散度。

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