陳 良 曜

一、地轉風隨高度之變化與熱風

在地面磨擦層上風速乃隨高度而連續變化,此種變化顯然並非因磨擦影響而起,而係由於水平深度變化而起。如吾人檢視某一層内地轉随高度之變化,可發現此種變化乃直接與層内之平均等溫線之走向與間隔有關。二高度之向量差為熱風(Thermal Wind)。是以热風並非大氣内之真實風,而為二高度地轉風之向量差別。

例加:700mb之地轉風為西風40哩/時,500mb地轉風為西風70哩/時,則熱風為西風30哩/時。

热風之方向乃與氣層平均等溫線平行,且往下游看,冷空氣在左，而暖空氣居右。在上述之情形500-700mb均等溫線呈東西走向,而冷空氣在北方。

熱風之大小乃與該層均溫度梯度成正比,例如熱風為30哩/時之平均等溫線間隔乃較熱風為50哩/時大得多。總之,熱風水平均溫度梯度之關係,乃為地轉風與水平氣壓梯度之關係相同。

某一氣層熱風與平均溫度梯度之數學關係為

式中 Vth =(V_g)₂-(V_g)₁ =熱風

g=重力加速度

f=偏向力參變數

T=氣層之平均溫度

∆T/∆N=平均溫度梯度

(Z₂-Z₁)=空氣之厚度

二、熱風與風切向量

某氣層之風切向量(Shear Vector,乃為在二高度上實測風之向量差·以由此可知熱風乃為風切向量之一種特殊形式如二高度上之風速都地轉風,則風切向量與熱風相同。然當等高線之隨高度有迅速改變時,則熱風與風切向量可能有甚大之差別。不過在大多數實際工作中,吾人可假定風切向量與熱風大致相等。

三、風切向量在等壓圖等温度線分析上之應用

1.垂直風切之填繪:

在以上各節中會指出某一層之熱風(或風切向量)乃與該氣層之平均溫度梯度相關。是以如已知風切向量,則可以決定平均等溫線之走向與間隔。實作時可用16000呎與20000呎之風切向量,以協助分析500mb圖上之等温線。因此高度間隔乃以500mb為中心,故 500mb 之溫度梯度可用16,000至20,0呎間之平均溫度梯度大概代表之。同理8,000呎至12000呎之風切向量可用以分析700mb之等溫線。

2.决定等溫線走向:

700mb與500mb上之等温線走向應與上節所述之風切向量相符。在测站稠密地區,吾人無須使用風切,但在紀錄稀少處,則風切甚有價值。風切向量速度小於10哩/時者無甚意義,但大於此數時則有用。須注意者,風切向量與溫度報告並非高空圖上繪等溫線之唯一依據,吾人應隨時注意前後各圖間之合理之時間上之連續性,以及上下各層間之空間上之一致性。

3.使用地轉風比例尺以決定等溫總距離:

因熱風(或風切向量)及溫度梯度與地轉風關係

相似,故可用地轉風比例尺以計算在某一風切向量下

之等溫線間隔,其關係如下:

式中 V_g=地轉風

∆Z=200呎(等高線間隔)

N_e=等高線距離

而熱風方程為:

式中∆T = S°0 (等溫線間隔)

     ∆N1=等溫線距離

   Z₂-Z₁=1000呎

如吾人使∆N1=∆Ne並(2)除以(1)式得

Vth=25/T*Vgi(每1,000呎氣層)

式中:V_gi=按5°C間隔繪出之等溫線距離,用200呎間隔之地轉風比例尺量得之風速。

V_th=1000呎氣層之熱風(或風切向量)

是以V_th =KV_gt

式中常數K(=-25/T)就每1,000呎間隔言,可記作1/10,在實際分析上已足夠正確，如高度間隔為4,000呎,則熱風為自地轉風尺上讀得數值之4/10。

欲根據風切向量以計算每隔50之等溫線距離,須先計算V_gi，然後用地轉風比例尺以決定等溫線距離，前述500mb與700mb圖上之風切向量乃代表4,000呎氣層之風向變化,故K=4/10 ,5°等溫線距離之計算法如下:

              (1)風切向量乘以2.5而計得Vgi

                即Vgi= Vth/K =Vth/(4/10)=2.5Vth

              (2)按Vgi及該地之緯度,用200呎地轉風比例尺查得等溫線距

                離。

例加:風切向量為北20/時,緯度為40°N，Vgi＝2.5×20=50哩/時,5°等溫線距離=2.20度等溫走向為南北,冷空氣居東。

4.風切向量在厚度圖分析上之應用:

將1,000-500mb 厚度加於1,000mb圖上,即得500mb圖。厚度值及切線向量值均填於一底圖上,厚度值乃自探空報告中求得,即自上層高度減去下層高度。此外並可籍垂直外推法求得估計之厚度值,尤其是根據在海平面之地表紀錄可推求估計厚度·風切向量乃自上下層之實測風（由氣球測得或無線電探空測得)之向量差求得。由於地面磨擦力之影響,故以2,000 呎風代替1,000呎之風,而18,000呎之風用為500mb之風。此項風切乃用以幫助決定該風層之平均等溫線(或厚度線)之走向與距離。200呎厚度線之距雕甚易藉 200 呎地轉風比例尺求得·試考慮二氣壓面1與2及在此二氣壓上之地轉風Vg1與Vg2。

按定義Vth=Vg2-Vg1

將方程(2)代入Vg2與Vg1然後重新組合得

乃等於二等壓面間之厚度梯度,即∆Th2-1=(∆Z2-∆Z1),因之熱風

式中∆Th/∆N==兩等壓面間之厚度梯度。由此可知熱風與厚度梯度間之關係,與地轉風舆等高線梯度之間關係相同。因之,地轉風比例尺可直接用以在厚度圖上計算厚度之距離。