低频波 高频波 瞬变波 定常波

波动是大气扰动特征的表现,常定义为对时间平均场和纬向平均场的偏差,是中纬度大气运动最明显的特征之一,是维持动量、热量和水汽的全球输送以及中高纬大气气候态的重要过程。波动按照时间尺度常分为高频波动和低频波动。
高频波动常指生命周期在2-10天的天气尺度瞬变变,对应温带气旋、反气旋和锋面系统等天气现象,其动力学本质是指由斜压不稳定产生的斜压波。
低频波动指时间尺度在10-90天的波动,主要指时间尺度长,移动缓慢的行星波动。

高低频波动在波动的纬向传播中是反向的。高频波动使得急流加速,即造成急流的纬向不对称性,低频波动的作用是消除这种不对称性,使得急流趋于纬向均匀。

戴祥霖. 冬季北半球低频扰动能量的特征、形成机制及模拟研究[D].南京大学,2020.DOI:10.27235/d.cnki.gnjiu.2020.002114.


定常波:又称定常涡旋、 定常涡动, 通常是指物理量的纬向不对称部分。大气中的定常波对大气环流的维持和变化都有重要作用。
把纬向平均环流偏差的时间平均定义为定常波。它表示时间平均图上的纬向偏差值,又称定常涡旋项,主要反映大气活动中心、高空平均槽脊以及季风等特征。其三维结构主要用半球时间平均场的纬向不对称分布和经度——高度剖面图表征。

定常波垂直结构。在较高纬度上位势高度场随高度向西倾斜,而且定常波倾斜向上伸展到平流层下部,这种西倾反映了定常波的热量通量在各层上都是指向极地的。高度场中定常波振幅随高度明显增加直到对流层顶,这表明定常波的垂直结构中有一个相当正压分量(即随高度没有位相倾斜)。


王林,陈文,黄荣辉,黄刚.北半球定常波输送西风动量的气候态及其年变化[J].大气科学,2007(03):377-388.


瞬变波:相对于时间平均气流而变化及移动的大气扰动。通常把瞬变波动粗略的分为高频(一周以内)和低频(10天以上)两部分。




Plumb波活动通量
Plumb, R.A., 1985. On the Three-Dimensional Propagation of Stationary Waves. Journal of the Atmospheric Sciences 42, 217–229.. doi:10.1175/1520-0469(1985)042<0217:ottdpo>2.0.co;2

T-N通量
Takaya, K., Nakamura, H., 2001. A Formulation of a Phase-Independent Wave-Activity Flux for Stationary and Migratory Quasigeostrophic Eddies on a Zonally Varying Basic Flow. Journal of the Atmospheric Sciences 58, 608–627.. doi:10.1175/1520-0469(2001)058<0608:afoapi>2.0.co;2
由Takaya和Nakamura(2001;以下简称TN01)推导出的WAF可以明确地描绘瞬态涡流在纬向变化的基本流中的传播,其方向与罗斯比波的局部三维群速度平行。WAF的发散和收敛也暗示了波包的源和汇。

Plumb85的文章是基于纬向平均的异常位势高度计算的,另外还用纬向平均的温度来计算位温。
TN01基于气候态平均的异常位势高度计算,另外还用到daily(or monthly) T, U, V

参考文献:

韦晋,朱伟军.天气尺度瞬变波滤波方案比较分析[J].南京气象学院学报,2006(04):549-554.DOI:10.13878/j.cnki.dqkxxb.2006.04.017.

参考链接