准地转理论

通过仅保留与完美平衡的微小偏差，准地转理论将复杂的地球大气方程提炼成一个单一的图景，它能告诉预报员空气在哪里上升，天气在哪里形成。

Definition

准地转理论是一组简化的方程，用于描述大尺度温带运动，其中风被近似为地转风，除了驱动流体演变和相关垂直运动的微小非地转部分。

Scope

本主题涵盖准地转近似、准地转位涡及其守恒、诊断垂直运动的ω方程，以及利用这些工具理解中纬度天气系统发展。

Core questions

• 哪些近似定义了准地转系统？
• 准地转位涡守恒如何控制大尺度流动？
• ω方程如何诊断空气的上升和下沉？
• 该理论如何解释中纬度气旋的增长？

Key theories

准地转位涡

一个单一的守恒量结合了相对涡度、行星涡度和垂直拉伸，因此追踪其演变可以捕捉大尺度温带流动的基本动力学。

ω方程

平衡流中的垂直运动通过涡度和温度平流的模式来诊断，使预报员能够定位高空槽前方的上升气流，那里是云和降水组织形成的地方。

Mechanisms

通过假设流体保持接近地转和静力平衡，完整的方程组简化为单一准地转位涡的守恒，其中小的非地转环流是诊断确定的。ω方程随后将垂直运动与差异涡度平流和温度平流联系起来，因此可以通过对高空和热力场的常规分析来定位上升气流及其产生的云和降水。

Clinical relevance

准地转诊断仍然是预测温带气旋将如何加深以及云带和降水将如何形成的核心预报工具，该理论是解释数值模型产生的大尺度场的基础。

History

准地转理论起源于查尼（Charney）的尺度分析和埃利亚森（Eliassen）在20世纪40年代末的工作，它提供了查尼和菲利普斯（Phillips）在20世纪50年代首次成功的数值天气预报中使用的滤波方程，并且至今仍是标准的诊断框架。

Key figures

• Jule Charney
• Arnt Eliassen
• Norman Phillips

Seminal works

• charney1947
• holton2013

Frequently asked questions

准地转是什么意思？

它意味着流体被视为几乎处于地转平衡状态；风被近似为地转风，并且只保留与该平衡的微小偏差，因为正是这些偏差驱动系统发生变化并产生垂直运动。

为什么ω方程对预报员有用？

ω方程允许预报员从更容易观测到的气压和温度模式推断空气的上升或下沉，而上升气流是云和降水倾向于发展的地方。