缘生缘灭缘如水
第十四章 欧洲西部
第1节 自然环境
一.素质教育目标
(一)知识教学点 1.记住欧洲西部的位置和范围,能准确的在图上识别本区主要半岛、岛屿、
内海和海湾。 2.记住欧洲西部主要地形特点和主要地形区的空间分布 3.理解本区的气候特点及形成原因,初步学会运用气温曲线和降水柱状图说
明欧洲西部气候自西向东的变化特点。 4.记住本区主要河流,理解其主要特征和航运价值。
(二)能力训练点 1.培养学生阅读地图,从地图上获得地理信息的能力。 2.根据地理要素之间的相互影响,培养学生综合分析能力。 3.初步学会运用气温曲线和降水 柱状图,分析欧洲西部气候自西向东的变
化特点。
(三)德育渗透点通过对欧洲西部自然环境的学习,帮助学生树立地理环境各要素之间是普遍
联系的辩证唯物主义观点
二.重点、难点、疑点及解决办法
1. 重点 (1)本区位置,海岸线对欧洲西部气候的影响,以及主要地理事物的空间分
布。(2)温和湿润的温带海洋性气候
2. 难点(1)气温,降水自西向东的变化情况(2)地中海气候的成因(3)冰川作用对海岸线、地形、湖泊的影响
3. 疑点欧洲西部与西欧的区别
4. 解决办法 (1)投影仪显示《欧洲西部的地形图》,指导学生在图上边找边记主要的半
岛、岛屿、内海和海湾。 (2)用复合投影片,师生共同分析本区气候特征及形成原因 (3)简要讲解冰川作用对海岸线、地形、湖泊的影响
三.课时安排 2课时
四.教具准备 1.《欧洲西部地形图》投影片 2.《欧洲西部气候图》复合投影片(底图是《欧洲西部气候图》,盖片是风
向,以便动态演示西风移动) 3.欧洲西部四地(瓦伦西亚、伯明翰、汉堡、华沙)气温曲线与降水柱状图
投影片。 4.《地中海气候成因图》复合投影片(底图是地中海部分地区略图,盖片是
副热带高气压带和西风带,以便动态演态气压带、风带的移动)
五.学生活动设计 1.指导学生阅读《欧洲西部地形图》分析其地理位置和海岸线特点。 2.观察欧洲西部四地气温曲线与降水柱状图,说明气温与降水自西向东的变
化特点 3. 根据本区地形、大陆轮廓和降水分析河流特征。
六.教学步骤
(一) 明确目标本节课主要学习欧洲西部的位置、范围、地形、气候与河流
的概况,大家应
着重掌握主要地理事物的空间分布与气候特征及形成原因
(二) 整体感知海岸线十分曲折(本区位置和轮廓特征),平原和山地(地形),深受大西
洋影响的气候,河网密布,水量丰富(河流)。这些内容概括阐明了本地区的自
然地理环境特征,从而为全面认识本区地理特征和进一步学习重点国家地理概况
创造了有利条件。
(三)重点、难点学习及目标完成过程第一课时
引入新课放一小段有关本区风情的录像,把学生的意境已入本区。(提问)刚才我们看到的秀丽风光和城市景色分布在什么地区?(讲述)刚才我们所看到的风情录像指的是欧洲西部(不包括原苏联的欧
洲部分),面积为500万平方千米,占欧洲面积一半左右。习惯上按地理位置,
本区又可分为北欧、西欧、南欧和东欧四部分。这节课,我们就学习欧洲西总
后自然环境。
听课讲授(展示《世界政区地图》,在图上指出本地区的范围) (提问)本区北、西、南三面各临什么海洋,指定学生在图上指出。 (总结)本区北临北冰洋,西临大西洋,南临地中海。也就是说本区三面
临海,一面背靠大陆,就好像是亚欧大陆向西伸向大西洋的一个大半岛。
1. 亚欧大陆向西突出的大半岛(1) 范围:除原苏联以外的欧洲部分。(展示《欧洲西部地形图》投影片)(提问)本区绝大部分陆地面积处在哪两条纬线之间?
说明什么问题?(总结)本区绝大部分处在35。N~60。N之间。说明主要位于北温带,并决
定了在气压带和风带中的位置。 (2)位置海陆位置:北临北冰洋,西临大西洋,南临地中海,东背靠 亚欧大陆、纬度位置:大部分在35。N~60。N之间,北温带(提问)本区有这么多半岛、岛屿,内海和海湾,而非洲却很少,这说明两
洲的海岸线有什么不同?对欧洲西部有何影响?(总结)欧洲海岸线曲折,非洲海岸线平直。曲折的海岸线说明本区气候深
受来自大西洋上温暖湿润气流影响,同时沿海多优良港湾,利于发展海洋事业与
对外贸易。然后简介直布罗陀海峡的重要性。(3) 海岸线十分曲折观察《欧洲西部地形图》投影片(提问)本区主要有哪些地形种类?主要分布在什么位置?(总结)指图说明本区地形以平原和山地主要分布在本区的北部和南部,北
部的斯堪的纳维亚山脉,南部的阿尔捣卑斯山系,它的支脉延伸到南部的三大半
岛。(阅读)组织学生阅读“平原和山地”这段课文,填表(投影片)
2. 平原和山地为主的地形、
平原、山地的分布 冰川作用塑造的地形
北:古老的斯堪的纳维亚山脉 斯堪的纳维亚半岛上多湖泊、峡湾
中:西欧平原、波德平原 平原地区地形波状起伏
南:阿尔卑斯山系 峰峦挺拔,两侧有湖泊 (讲述)冰川作用对地形的影响形成地形 山地??宽谷、尖峰海岸??峡湾平地??湖泊、丘陵 第二课时(复习提问)欧洲西部的纬度位置,海岸线和地形各有什么特点?他们对本区
气候有什么影响?(总结)本区大部分处在北纬35。~60。之间,属北温带,常年受西风带的控
制,海岸线十分曲折,深入到大陆内部的海湾、内海多,再加上地形中部是平原,
南部阿尔卑斯山是东西走向,这些都有利于来自大西洋上的暖湿气流深入大陆内部,
这说明本地区气候深受大西洋影响。
1. 深受大西洋影响的气候(展示投影片)同时展示《欧洲西部气候图》和四城市(瓦伦西亚、伯明翰、
汉堡、华沙)的气温曲线和降水柱状图。回答以下问题:(提问)在图上找出瓦伦西亚、伯明翰、汉堡、华沙的地理位置。这几个地方
是按什么方向排列的?大致在什么纬度?属哪一温度带?(总结)按由西向东的顺序排列的,说明距大西洋越来越远,大致在52。N附
近,属北温带。 (提问)哪个地方冬天最温暖,为什么?(总结)瓦伦西亚,指图说明因为距大西洋最近,受海洋影响大,特别
是北大西洋暖流的影响很大。(提问)自西向东年降水量和气温年温差为什么出现这样的变化?
教师在气候图上用复合盖片动态演示西风的移动过程。说明距海洋越近,受
西风暖湿气流的影响就越大,距海洋越远,受西风带的暖湿气流的影响就越
小,所以自西向东年降水量逐渐减少,而气温年温差逐渐增大。 (1)自西向东由海洋气候向大陆性气候过渡
由于距海洋远近和纬度高低的不同,各地的气候有不少差异。请大家看欧洲
西部气候图。 (提问)本区大部分地区属什么气候? (总结)温带海洋性气候。本区是世界上温带海洋性气候分布最广也最
典型的地区。 大部分地区处于北纬35.~60.之间,
纬度位置
所___气候
海陆分布 西临大西洋,受____影响.大陆轮廓
破碎,各地距海近,使_____影响深入
为内陆.
地形 中部为平原 ,阿尔卑斯山有利于
_______气流深入内陆
洋流 北大西洋暖流经过,对沿岸地区起
到增加___和____作用 提问本区为什么气候的海洋性特征最为显著?请同学们分析填注下表投影
片提问本区南部三大半岛沿岸是什么气候?它的气候特征是什么?是怎样形成
的 读一读组织学生阅读地中海气候这一段课文,做好标记 展示地中海气候成因图和复合投影片动态演示《气压带、风带的移动》 (总结)夏季,副热带高气压带北移进入地中海地区,在高气压下沉气流的
笼罩下晴朗无雨,气候炎热干燥。冬季,西风带南移进入地中海区,西风从大
西洋带来温暖湿润的空气,形成较多的降水,使气候变得温和多雨。 (3)南欧三大半岛沿岸的地中海气候 (提问)地形与气候对本区的河流有什么影响? (总结)本区平原面积广大,气候温暖湿润,便于河流的发育,同时,对发
展内河航运也提供了有利条件。
2. 河网密布,水量充沛 (读一读)组织学生阅读有关河流这一段课文,然后回答以下有关问题: (提问)本区为什么没有长河的形成?本区有哪两条重要的国际性河流? 它们分别发源于什么地方?注入什么海洋?填下表(投影片)河流名称 发源地 流向 注入海洋
多瑙河 德国西南部山地 向东 黑海
莱茵河 瑞士境内阿尔卑 向北 北海
斯山北麓(1)多瑙河与莱茵河(提问)这两条河的航运价值都很高,为什么?(总结)受自然条件和人类活动双重因素的影响:地形的影响??水流平稳,河道宽阔气候的影响??流量稳定,季节变化小人类活动的影响??河流之间有运河相连,同时本区经济发达,运输量大(2)重要的航运价值
四总结、扩展这节内容我们主要学习了欧洲西部的自然环境,它包括欧洲西部的位置、范围、
地形、气候、河流等部分,大家应着重掌握主要地理事物的空间分布以及地形、气
候的主要特征、成因。通过这一节的学习,大家对欧洲西部的自然地理特征有较为
详细的了解,这对今后学习其经济地理部分创造了有利条件。
七.布置作业 1.指定学生在欧洲西部地形图上找出主要地理事物(半岛、岛屿、内海、海湾、重要地形区、河流等)的空间位置。
2.做课本中“想一想”的表格填充题和“做一做”的连线题。
3.课后练习:课本中的练习题1、2、3。
八.板书设计第十四章 欧洲西部 第1节 自然环境
1.亚欧大陆向西突出的大半岛(1) 范围:除原苏联以外的欧洲部分(2) 位置 海陆位置:北临北冰洋,西临大西洋,南临地中海,东背靠亚欧大陆。纬度位置:大部分在35。N~60。N之间,北温带(3) 海岸线十分曲折
2.平原和山地为主的地形
平原、山地的分布 冰川作用塑造的地形
北:古老的斯堪的纳维亚山脉 斯堪的纳维也纳亚半岛上多湖泊、峡湾
中:西欧平原、波德平原 平原地区地形波状起伏
南:阿尔卑斯山系 峰峦挺拔,两侧有湖泊南:阿尔卑斯山系
峰峦挺拔,两侧有湖泊
3. 深受大西洋影响的气候(1) 自西向东由海洋气候向大陆性气候过渡(2) 以温带海洋性气候为主(3) 南欧三大半岛沿岸的地中海气候
4.河网密布,水量充沛 1 多瑙河与莱茵河 2 重要的航运价值发源地 流向 注入海洋
多瑙河 德国西南部 向东 黑海
山地
莱茵河 瑞士境内阿 向北 北海
尔卑斯山
九.参考资料欧洲西部与西欧指的是除了原苏联以外的欧洲部分。欧洲西部在地理上习惯
分为西欧、北欧、中欧、南欧四个地区,西欧是指欧洲西部濒临大西洋的地区和
附近的岛屿,包括英国、爱尔兰、法国、荷兰、比利时和卢森堡等六国。欧洲在政治经济上一般分为两大部分:“东欧”和“西欧”。通常把除原苏联、波兰、捷克、
斯洛伐克、罗马尼亚、保加利亚、南斯拉夫、克罗地亚、斯洛文尼亚、匈牙利、
波黑、马其顿和阿尔马尼亚等国以外的其他所有的资本主义国家通称为西欧。 “黄金水道”??莱茵河 莱茵河是欧洲西部第一大河,发源于瑞士境内阿尔卑斯山北麓,流经法国、
德国、荷兰,在鹿特丹以西注入北海。干流全长1320千米,流域面积25。2平方
千米。左岸支流有摩泽河,右岸支流有美茵河,鲁耳河等。从莱茵费登起可通航,
通航里程886千米,并有运河同本地区很多河流相通,货运量居世界各大河前列。
德国是莱茵河主要流经国,境内河段长867千米,通航里程719千米。德国对莱茵
河的治理方针是以航运为主,因段制宜,兼顾其他,并将河流整治与流域经济区
的开发紧密结合,融为一体。经整治的莱茵河干支流航道,可通航1350吨的货轮,
干流科隆以下可通行7000吨级的海轮,5000多吨级的海轮可抵达曼海姆,货运量
(德国段)达二亿吨左右,成为世界上航运价值利用效率最高的河流之一。欧洲第二大河??多瑙河多瑙河源出德国南部高原的黑林山麓,向东流经10个国家,在罗马尼亚境内
注入黑海。干流全长2850千米,可通航里程2742千米,由可通航支流有30多条,流域面
积81.7万平方千米。多瑙河是中欧和东南欧的重要国际航道。因德国莱茵??美茵??多瑙河大
航道工程的构筑,沟通莱茵河与多瑙河两大水系,形成了从莱茵河口鹿特丹到
岛屿作战特点
随着现代技术的突飞猛进，现代海战的作战样式与现代陆战和现代空战的作战样式一样，已经从根本上发生了彻底的变化。按照新军事革命理念，现代高技术海战的作战样式绝对不会再出现＂大炮巨舰＂那样的海上角逐，而是强调依靠远程精确火力投送和远程兵力投送能力对敌方战争能力的控制。现代高技术战争的理念，完全不在于对敌方有生力量以及战争机器的毁灭性打击这样－种消耗型战争，而是在于依靠精确的火力优势和快速的兵力机动相结合，通过对敌方战争能力的＂关节部位＂的控制，而使其屈服并放弃战争意志，从而实现战胜对手的根本战争目的。这就是现代高技术条件下新军事革命理论与传统的作战理论本质的差别，也就是说，现代高技术海战在很多时候都是在靠近海岸的地方进行的，两栖作战将成为海战的主要行动之一。所以，可以说传统的海战样式是由陆到海，而现代高技术海战
的样式则是由海向陆。这可绝对不仅仅是字面的差别，而是作战样式的本质改变。因为，在这里海上作战的中心已经发生了转移：从单纯的以巨舰为主战兵器，发展到多维空间的立体化联合作战体系；以海上歼灭战为主要作战样式的消耗战，发展到依靠精确火力和两栖作战相结合对敌方实施＂一招制敌＂的速决战。在这里，传统的海上作战兵器仅仅作为兵力投送的平台而存在，而具备快速反应能力的海军陆战队则成为现代海战的主力。由此，笔者认为：现代高技术海战中，两栖突击能力是关键。 随着科技进步，尤其是新军事革命的悄然兴起，海军大规模两栖登陆作战的能力不仅得到了大幅度地提高，而且在作战模式比也发生了深刻的变化。那种依靠优势力量集中于某处海岸所实施的抢滩登陆模式已经过时了，代之而起的则是立体多方位的联合登陆作战。 进入２１世纪，远程精确火力得到了大力发展和广泛的应用，不仅从海上
发起攻击的距离远而精确了，岸防火力的打击距离也远而精确了，从而对登陆部队的威胁也更大了，这成为现代两栖作战所面临的新的挑战和课题。为了避免岸防火力的致命打击，现代立体联合登陆作战趋向于采用＂超地平线＂攻击方案，即尽量将登陆部队置于对方火力圈之外，同时，将自己的火力圈尽量延伸至对方的防御纵深。这在依靠传统技术作战的时代是不可想象的。因为为了保持与抢滩登陆部队的通讯联系和支援能力，海上部队应该尽量靠近海岸才对，这样也包括考虑到尽量降低对方火力对航渡中的登陆人员和装备的有效杀伤。然而，现代远程精确火力使得现代登陆作战双方交战的攻防距离数倍于过去，双方都将力争使火力交际线远离自己的前沿，从而获得更大的空间优势。在这种情况下，登陆作战要获得成功，主要得益于依靠现代技术进行的联合立体作战能够利用多种方式特别是实施从空中发起的垂直登陆使得现代抢滩登陆的速
度更快，更准，更猛，更狠，更难以捉摸，给对方的机动防御能力造成很大的压力使之错乱。这就使得现代高技术抢滩登陆的作战样式较之过去发生了深刻的变化。
中国海军不准备在全球采取行动，但是，为了反击未来的侵略，维护中国的战略边疆，则不能不具备这样的能力。然而，中国海军目前离具备这种能力，还有很远的路要走。
未来登岛作战，不仅是陆海空三军和地方民兵参加的联合作战，得到后方地区
源源不断的支援，而且我东南沿海地区经过多年来的战场建设，在一些重要海岸地区和地段，已经初步形成了登陆作战的预设战场体系。随着我军武器装备和登陆工具的不断发展，我登岛作战的能力将会不断提高。因此，若我实施登岛进攻，为了尽快达成登陆企图，采取各种手段达成某种程度的突然性是可能的。可见，那种敌军认为由于自己拥有各种先进侦察技术的洋武器，现代登陆作战不可能依赖和达成突然性的观点，是不现实的。
封锁消息，隐蔽企图，以" 隐" 达成突然登岛?
就是在登岛作战发起之前，即进攻组织准备阶段或待机作战阶段，采取一切手段封锁消息，缩小知情范围，隐蔽行动企图，达成突然性的一种手段。具体实施时，要针对敌抗登陆作战的特点、兵力部署、编制准备等情况，周密完善地制定各种作战计划，拟制多种达成突
然性的可行性方案，并要求只限有关人员知道。
、大陆岛屿的特点
、大陆岛屿的特点是--------------------------------------------------------------------------( )
A、面积较大，地势较高 B、面积较大，地势较低
C、海拔较高，地势险峻 D、多呈环状，中间为泻湖
10、美国五大湖区附近的主要农业带是---------------------------------------------------( )
A、小麦区 B、乳畜带 C、玉米带 D、棉花带
三、连线题:(每连对一线得1分共12分)
1、 将下列物产与其主要出口国用直线连接起来
羊毛 巴西
咖啡 加拿大
新闻纸 澳大利亚
蔗糖 美国
大豆 古巴
2、 将世界四大渔场与其分布的海区用直线连接起来
秘鲁渔场 太平洋东南部
北海渔场 太平洋西北部
北海道渔场 大西洋西北部
纽芬兰渔场 大西洋东北部
3、 将下列国家与其所属的岛屿用直线连接起来
瑙鲁 美拉尼西亚
斐济 波利尼西亚
汤加 密克罗尼西亚
四、读图填图题:(每空格1分共32分)
1、 根据下列A、B、C、D、四国图中的国家轮廓形状以及所在的纬度位置判断各是什么国家，并写出各
国的首都。
A: 国家_____________ 首都_______________
B: 国家_____________ 首都_______________
C: 国家_____________ 首都_______________
D: 国家_____________ 首都_______________
2、 在南美洲图中，写出图中字母所代表的地理事物。
A、________________洋
B、________________洋
C、________________山脉
D、________________平原
E、________________高原
F、________________河
G、________________运河
3、 读俄罗斯图回答下列问题:
(1) 叶尼塞河以东是______________高原，高原南部的___________湖是世界上最深的湖泊。
(2) 乌拉尔山脉以东是___________平原，图中位于该平原上的油田叫_________油田，煤田叫_____________。
(3) 图中字母所表示的城市名称。
首都A_______________ 港口B______________C______________
4、 读南极洲图，写出图中字母所代表的地理事物。
A、________________洲
B、________________洲
C、________________洲
D、________________洋
E、________________洋
F、________________海峡
G、________________岛
H、________________岛
位于南极圈内的我国科学
考察站的名称是_____________。
五、简答题(共16分)
1、 在地图册“大洋洲”图上找出:上海至悉尼的海上航线所经过的海洋及全航线里程数。(6分)
2、 看书P66页示意图，说出世界上4条最长河流所在的洲，以及注入的海洋。(4分)
3、 北美洲气候类型较全，说出它缺少哪几种气候类型,北美洲的温带海洋性气候为什么分布范围很小,(6分)
岛屿地形对涡旋Rossby波传播影响的研究
岛屿地形对涡旋Rossby波传播影响的研究 第43卷第6期
2007年11月
南京大学(自然科学)
joURNALOFNANjINGUNIVERSITY
(NATURALSCIENCES)
Vo1.43,NO.6
NOV..2007
岛屿地形对涡旋Rossby波传播影响的研究
余锦华,谈哲敏
(1.南京大学中尺度灾害性天气教育部重点实验室,大气科学系,南京,210093; 2.南京信息工程大学,大气科学学院,南京,210044)
摘要:首先在静止基本状态下,从线性,平面极坐标浅水方程出发,利用WKB方法求解方程,在理
论上给出了一类由于地形"作用引起的Rosbby波的传播特征解,此类Rossby波类似于涡旋Rossby
波(VRW),其中地形"作用与台风涡旋基态的垂直相对涡度径向梯度作用相似,此分析解可帮助理解
地形对涡旋Rossby波的影响作用.在此基础上,利用一个高分辨率的浅水模式具体讨论了圆形,类似于
台湾岛屿椭圆地形对VRw传播以及结构特征变化的影响.结果表明,地形对VRw的传播速度,台风内
区的非对称结构的变化均构成影响.当台风位于地形东南一定距离处,与无地形相比,涡量向内向外传
播均增强,扰动能量增大,涡量环绕地形中心沿等高线顺时针方向移动,局域风速增大,并形成尺度为
几十公里左右的强局域风速区,平均风速减小.
关键词:岛屿地形,涡旋Rossby波,涡旋移动
中图分类号:P4
Island—likeTopographicEffectsonthePropagation
ofVortexRossbyWavesi
YuJin,Hua'".TanZhe,Min
(1.KeyLaboratoryofMesoscaleSevereWeather/MinistryofEducation,andDepartmentof AtmosphericSciences,NanjingUniversity,Nanjing,210093,China;
2.CollegeofAtmosphericSciences,NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,
Nanjing,210044,China)
Abstract:Firstly,withtheWKBmethodthelinearorographic—
Rossbywavesolutionisobtainedinalinear
shallow-watermodelonanf-plane.TheanalyticsolutionissimilartothepropagatingvortexRossbywaves(VRW)
duetothetopographicHtakeseffectsresemblewiththeradialderivativeofbasic—
stateverticalvorticityoftropical
cyclone.TheseresultsarehelpingtounderstandfortheeffectofterrainontheVRW.Secondly,ahighresolution
shallow-watermodelisdesignedtostudytheeffectsofcircularandislandterrainsimilartoTaiwanonthe
propagatingofVRWandthetropicalcycloneintensitychanges.Theresultsshowthattheeffectsaremadeuponthe
propagatingspeedofVRW,asymmetrystructureintheinner-coreandintensityoftropicalcyclone.Incomparison
withnoterrain,thetopographiceffectsmaketheintensityoftheinwardandoutwardpropagationofvorticity
*基金项目:国家自然科学基金(40333031,40333025),江苏省高校自然科学基础研
究项目(07KJBB170065)
收稿日期:2007—07—15
**通讯联系人,E-mail:yujh@njU.edu.cn
?
598?南京大学(自然科学)第43卷
radicallystrengthened,andthevortexfollowingaclockwiseisland—circulatingpath,aswellastheasymmetry structureininner-codeoftropicalcyclonemoreremarkable.Alsotheterrain-inducedpropag
ationofVRWleadsto
theformationofalocalmaximumwindspeedintheinnerregionwithlOkmscaleandthemaxi
mummean
azimuthallytangentialwindspundown. Keywords:islandterrain;vortexRossbywaves;vortex'smotion
引言
经典Rossby波是大气动力学的一个重要
概念,其传播机制是行星涡度存在经向梯度,
MacDonald[?,MontgomeryandKallenbach~] 将此进行推广到涡旋动力学,提出了涡旋
Rossby波(VRW)理论,并用以研究热带气旋
中瞬变螺旋云系以及中尺度涡旋对热带气旋强
度变化的动力学问题.近年来,VRw理论
在观测以及复杂模式模拟试验中得到了初步证
实].ReasorandMontgomery分析了机
载双多普勒雷达高时间精度三维风场资料,指
出离热带气旋(Tc)中心近20km的内核区,存
在径向波长为5,10km的涡度曳式螺旋带,
其可能源于波数2扰动的传播.Wang利用一
个三维热带气旋数值模式研究了TC内核中复
杂的相互作用和反馈关系,指出对流层低层眼
壁附近的非均匀性是由VRw中的波数1,2控
制,VRw环绕眼壁气旋式传播,传播速度远小 于TC平均切向流速,同时VRw将动量从眼 壁向眼内输送,导致眼内切向风速增强,眼壁处 的切向风速减小.ChenandYau_8应用MM5 模式模拟TC的演变,对TC近核区域小尺度 螺旋位涡带的研究证实了在完全物理原始方程 模式中VRw的存在,模拟的位涡异常的相速 和群速与VRW理论预测的相一致. 地形是影响TC结构,路径及强度变化的 一
个重要因子.2005年西北太平洋第五号 台风'海棠'在以西北偏西方向移近台湾岛时, 移向转向西南,并形成了逆时针迥旋打转的异 常路径.KuoetalL】利用浅水模式的模拟结果 表明,在无纬向基流条件下,TC(位涡中心)登 陆后具有环绕地形中心顺时针方向移动的趋 势.陈联寿等对1990年台风'Yancy'的模拟 结果认为台湾岛的存在,使台风Yancy的底层 环流在台湾岛附近出现打转及左折运动.但为 什么地形具有这样的诱导作用,地形对TC路 径影响的本质是什么,这还需进一步研究.本文 试图从岛屿地形对VRw传播的影响来探讨这 一
问题.为此,首先考虑一个特殊情况下,采用 一
个线性,平面极坐标浅水模式,解析地研究 了圆形地形所激发的涡旋性地形Rossby波的 传播特征,它类似于涡旋Rossby波,称为地形 涡旋Rossby波,其目的是进一步帮助理解地
形对VRw的影响作用.随后,利用一个高精度 的浅水数值模式,研究不同地形(圆形,椭圆形) 对于VRw的影响作用.
2静止基态下地形涡旋Rossby 波:圆形地形
静止基本状态F,线性平面极坐标浅水 方程为
婺一厂,+g一.一-,十g一u
+,+g一0v-(1)十-,"十g一L
Dh'F1D(
ru'H0)+(v'H.
式中:U,和h分别为径向,切向速度扰动和 自由表面高度扰动,H.为静止流体层厚度,假 设D为流体层平均自由表面高度(取一定常 值),h(r)为底边界厚度(地形高度),则Ho— D—he(r).f为一常值科氏参数,并假设底边 界坡度堂近似不变,g为重力加速度.r为 极坐标系的径向坐标,为方位坐标. 根据WKB近似法,缓变波列U,和可 以表示为
第6期余锦华,谈哲敏:岛屿地形对涡旋Rossby波传播影响?599?
,V(R,,T)eiO(r,;t,t)(2) aO
,k=
a
O0
,一分别为波动频率,径向及方位
警一(一iw—U+e)一I一十J
一
(ikU+e3U)
一
(V+e)一1]十』
一
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鲁一(H+e)一I一.叫十J
~r--(删+e)
一
(硎+e3H)
一
叫u+e3U—
fV+g(尼H+e3H)一.
V+e+厂u+号(硎+e)一.
一
叫H+U旱(D一B)+(D一)dr
(娩u+e3U+7n.十--eOV\J+eU(D一)一o J一二一4-.lHo=0l(手)+叫(抖().)J 因H.?0,若仅考虑叫《_厂(慢波),可得 一一?,=一——————————_——一) 抖()+
其中,一一.上式即为(圆形)地形
所形成地形Rossby波,与涡旋Rossby波的频散 关系具有一致的形式,称为地形涡旋Rossby 波.事实上,由(5)可知导致地形涡旋Rossby波 形成原因是地形鼬,当D一定时,其大小主要由 地形的坡度决定,其作用类似于导致形成涡旋 Rossby波的涡旋基态的相对涡度径向梯度 (J8r一,誓).利用(5),可以进一步讨论地形涡
旋Rossby的传播特征,从而进一步帮助理解涡 旋Rossby波受地形影响后的变化特征. 由(5)式,得到地形涡旋Rossby波的相速 c一去番一南?pr一一研越一一薪) 式中,K一+(),一为
Rossby变形半径的倒数.由于底边界中心(地 形最高点)位于极坐标的中心,相应< 0,则floff>0,这样有C<O,方位相速为沿方位 顺时针方向.同样,一般情况下,方位波数> 0,当径向波数k>O时,C<O,此时径向相速指 向地形中心.
由(5)式,可以得到群速
2k
L一'
?一——二F_一
一
般情况下,方位波数>o,当径向波数 尼>0时,C>0,能量沿径向向外传播,反之, 能量沿径向向内传播.对于低阶的方位波数 C<O,即波动能量在方位向传播是沿顺时针 方向传播,与相速一致.由(6),(7)式可知,地形 涡旋Rossby波的相速和群速大小及方向都与
?
600?南京大学(自然科学)第43卷
地形"大小有关,越大,其传播速度越快.另 外,在基本流很弱的条件下,当TC接近地形 时,此时地形就可能导致TC环绕地形顺时针 方向移动.
3岛屿地形对VRW传播影响作用 3.1模式及试验设计,平面直角坐标系(, .y)的浅水方程为
一
+一0
+rlU+OH
一0(8)
D
a
P
,
4_
a
DU4_
a
DV
—g
(+)一.av—I十u
其中,(",)分别是(,.y)方向的速度分量,【,一 P",—P,P—gh,g为重力加速度,取 9.8ms_.,h为流体深度h—D—h,D为流体 层平均自由表面高度,h(,Y)为地形高度, 一
+f
H—P+(z+V2)/2,位涡一三一_, 为科里奥利参数取5×10S_.. 地形hB(,.y)取为E:
hB(,.y)一
(++).
(9)
其中,hmax为山地高度,取为3km,a.和b.分别 是山地和Y方向半宽,(,Y)为地形中心坐 标.h,ao和bo决定了地形坡度,与地形坡 度关系密切,因一一,r一
~/(—).+(y--Y)..D为流体层平均自由 表面高度,取为5km.
初始场上,有一个台风轴对称涡旋和两个 中尺度涡
(,Y,0)一(,Y,0)+(,Y,0)(10) 其中,台风涡旋(,Y,0)(基本态)由下 式给出
(r)==2r/r三i(11)
爵(r)一v(r)qdr,
(r)(12)
其中,r一~/(—o).+(.y一.y.).,(.,Y.)为台 风中心坐标,参数n一5.5×10一,6—6. 初始中尺度涡取为嘲
f~maxsinz[],??
?一
sin.[],.??
【0,其他
(13)
式中,r1一~/(—d1).+(y--yd1).,3r2一 ~/(—z).+(y--y.).,和?分别是描述 异常振幅和宽度的参数,(ya),(y.)为 异常中心坐标,它们的值列于下表1. 表1中尺度涡旋参数
Table1Meso-scalevortexparameters
初始非线性平衡高度场由F式计算
.P一[+2\aO.yvOu—DxDy)](14) 计算中,南北边界:+DH一0,+一
g
警一0;东西边界用循环周期条件.水平格距 d=5km,计算区域为2000km~2000km的正方 形.计401×401个格占.i----】.2.….401.自两向东 依次加大;一1,2,…,401,自南向北依次加大. 空间差分方案为动量和涡度拟能守衡格式,计 算区域中心坐标为(201,201),即为台风基本状 态中心位置.时步10S.
试验分两组进行.试验1,取圆形地形
no一100km,bo一100km,台风中心与地形中 心重合;试验2,取类似于台湾岛中央山脉地形 (椭圆地形)no一40km,b.一100km,台风位于 地形的东南141.4km处.
第6期余锦华,谈哲敏:岛屿地形对涡旋Rossby波传播影响?601?
3.2模拟结果
3.2.1圆形地形对VRW传播的影响在试 验1中,地形效应的鼬与TC基态涡度径向梯度 的之和将共同作用于TC结构,强度与移动. 显然+卢r>卢r,在任意方位离中Ogl同距离处 两者之和相等.利用在直角坐标系计算结果转换 到相应的极坐标系中u,即可算出相应径向位 置的涡量扰动振幅(r),它表示VRW能量的 大小,实际上也描述了径向距离r处沿方位向平 均的扰动相对涡度(涡量)的大小.此处涡量定义 为垂直方向的扰动相对涡度,它为实际相对涡度 与初始轴对称相对涡度之差.如由(13)式和表1
可知,当一0和一0,初始时,(-z,,0)在
离TC中12,100km处达到最大,相应最大扰动振 幅(r)就位于径向100km处.从涡量振幅径向 分布,振幅主峰沿径向方向的移动可分析VRw 沿径向方向的传播以及地形对VRw径向传播 的影响u.根据MontgomeryandKallenbach
的研究,涡量沿径向方向传播可以影响TC强度 的变化.图1给出了有无地形条件下,不同时间 下涡量振幅的径向分布.在,一0h时,因为扰动 相对涡度在径向100km处最大,所以振幅主峰 位于最大风速半径100km处(图略).,一0,6h, 振幅主峰都向TC中心移动,这意味着涡量向内 传播.在,一6h时,无地形和有地形下的涡量振 幅主峰分别位于离中心75km和45km处(图 lb,lf),表明在t=0~6h期间,涡量主峰分别向 内移动了25km和55km,相应传播速度平均分 别为1.2ms和2.5ms,属慢波,但在地形条 件下比无地形条件下涡量向内传播的速度快一 倍有余,显然这与有地形条件下的+卢r代替无 地形条件下/?r,从而使涡量径向传播速度加快有 关.而且,在,一3,6h期间,有地形条件下的振 幅峰值大于无地形,表明地形作用可以导致涡量 向TC中心传播增强.在,一6,9h期间,无地形 条件下,涡量振幅主峰从径向75km处(图lb) 向外移至离台风中心90km处(图lc);而在圆形 地形下,涡量振幅主峰从径向45km处(图lf)向 内移至离台风中心40km处(图lg).同样,一9, 12h,无地形条件下,振幅主峰向内移至离中心 80km处(图ld),向内向外振幅减小较快;在圆
形地形条件下,虽然,振幅主峰向外移至离中心
85km处(图lh),但在离台风中心40km处,仍
然存在振幅的次级峰值.上述结果表明,地形作
用使得TC涡量沿径向传播速度加快,向内传播
增强,涡量更靠近TC中心,但涡量振幅的最大
值要较初始值减小,并在径向上具有多个大值.
图1试验1中,涡量振幅径向分布随时间的演变.(a),(d)无地形;(e),(h)圆形地形, (a),(e)3h;(b),(f)6h;(C),(g)9h;(d),(h)12h,r(km)为离台风中心的径向距离 Fig.1Theevolutionofthevortidtynmgnituderadiallyalongwiththetimeintest1.
(a),(d)110terrain;(e),(h)round
terrain.(a),(e)3h;(b),(f)6h;(c),(g)9h;(d),(h)12h.r{km)fortheradialdistancefromthecenter
oftyphoon
?
602?南京大学(自然科学)第43卷
02004000200400
,(km),(km),(km),(km)
图2试验2中,涡量振幅径向分布随时间演变.(a)3h;(b)6h;(C)9h;(d)12h,其余同图1 Fig.2AsFig.1exceptfortest2and(a)3h;(b)6h;(C)9h;(d)12h
3.2.2椭圆地形条件下VRW传播特征本
节采用一个与台湾岛屿相类似的理想椭圆地形
进行数值试验,重点讨论相对复杂地形影响下的
VWR的特征问题(试验2),显然,此时的地形效
应的"与TC基态涡度梯度的之和触+的
空间分布要比试验1复杂,相应其对VRw传播
的影响也表现出更为复杂的特征.
(1)涡量沿径向向内向外传播加强,涡量
更集中于TC中心.
首先,在涡量振幅曲线上,与位于TC基态
最大风速半径R处相对应的扰动涡度中心一
致,初始时(,一0h)涡量振幅主峰位于R处,
向内向外振幅值减小(图略).在t一3h时,无
地形下的主峰值减小,但径向位置与初始时刻
(a)(b)
位置相比没有什么变化(图la);在有地形条件
下,涡量振幅主峰向内移至离中心80km左右
(图2a).在t~---6h时,地形"效应使振幅主峰
向内移至60km附近(图2b),此时无地形条件
下的振幅主峰位于90km左右(图lb).在
t~---12h时,地形条件下的振幅主峰接近于台风
中心,涡量向外传播至300km(图2d);而无地
形下的振幅主峰位于离中心80km处,涡量向
外传播至250km(图ld).其次,在有地形条件
下,TC中心附近的涡量振幅4h后就都大于无
地形条件(比较图1a,d与图2a,d).此外,地
形使位于Tc最大风速半径内的涡量分布比无
地形下条件下的复杂,而其外侧的涡量螺旋臂
比无地形条件下更显着(图3).
(c)
(km)(km)
图3涡量分布随时间的演变.(a),(c)无地形;(d),(e)椭圆地形.(a)0h;(b),(d)6h;(C),(e)12h. 等值线间为隔1.e一4S一,最外圈等值线2.e一5S一.虚线为地形等高线, 间隔为800m,最外圈为100m.小黑圈为初始台风中心
Fig.3Theevolutionofthevorticitydistributionalongwiththetime.(a),(c)noterrain;(d),(e)ellipseterrain?
(a)0h;(b),(d)6h;(C),(e)12h.Theisolineforthemostexternalcontour2.e一5S-1withthe
intervalat1.em4S一.Thedashedlinestandsforthetopographiccontourwiththemost
externalisolineat1O0mandanintervalof800m
第6期余锦华,谈哲敏:岛屿地形对涡旋Rossby波传播影响?603?
(2)涡量场沿地形等高线环绕地形顺时针 方向移动
无地形时,初始东,西中尺度涡随时间的演 变相对于台风中心基本是对称的(图3b,c), 当有椭圆地形作用时,这种演变特征发生了改 变.一0,3h阶段,初始东涡沿方位逆时针方 向移动伴随切向拉伸的同时,涡量减弱,等值线 由4圈减为3圈,而初始西涡沿方位逆时针方 向旋转时加强,等值线从4圈增加到5圈(图 略).两个中尺度涡不同的演变特征与"+ 分布有密切关系(图4).在地形中心与TC中 心连线之间的附近区域,地形"与TC轴对称 基态的符号相反,对VRW传播起主要作用 的+"达最小,相应波动的固有频率最小, 沿方位顺时针方向的相速达最小.VwR沿方 位向传播的速度是其自身沿方位顺时针方向的 相速与TC基流(沿方位向逆时针方向,即切向 风速)之和,一般前者的数值小于后者,因此,当 波动固有的沿方位顺时针方向的相速为最小 时,波动实际沿方位逆时针方向的相速达最大. 在沿等高线方向附近区域,地形近似为零, 沿方位顺时针方向的相速次之.而在两中心连 线向外延伸区域"和的符号相同,相应沿方 位顺时针方向的相速最大.这样,在TC中心与 地形中心连线的西南方位(近似沿等高线方向) 为涡量辐合区;而在两中心连线的东北方位为 涡度辐散区,且在等高线附近较强,相应导致了
初始东一西涡的演变表现出不同的特征,整个 涡量场具有向台风中心西南方向移动的趋势, 即沿等高线环绕地形中心顺时针方向移动. KuoetalL1..的试验结果指出,无纬向基流条件 下,台风(位涡中心)登陆后具有环绕地形中心 顺时针方向移动的趋势,但初始条件取为对称 的台风涡旋,本文在初始条件中加进了中尺度 扰动,所得结论具有一定的相似性,即地形对台 风扰动涡度场的影响也使其环绕地形中心具有 顺时针方向移动的趋势.所以,不论是轴对称台 风环流还是非轴对称环流,其接近岛屿地形后, 地形的作用都使它们具有环绕地形顺时针 方向移动的趋势.
反号
很小
/
图4地形r与台风基流的空间分布示意图 Fig.4Asketchmapforthespecialdistributionofthe
topographicdtandthefofthetyphoonbasicstateof
thecirculation
3.2.3大风速带分布的演变将切向风
速?18.5ms一的区域定为大风速带,当气流 处于轴对称基态运动时,这种大风速带表现为 环绕涡旋中心的圆环形分布,其最大风速值 20ms位于R处的圆环上(图略).当初始条 件中加进位于东一西分布非均匀风场分布后, 随着时间增加,大风速带形态和切向风速最大 值将发生变化,大风速带由环绕中心的圆环形 变为长轴在东西向的椭圆形(图5a).在t一3h
时,在无地形条件下,两个局域强风速带仍然呈 对称分布,强度相等(图5b).在有地形作用时, 大风速带中大于24.5ms的等值线产生了断 裂,局域强风速区分别位于TC中心的东南和 西北方向,所以,地形的存在使TC中心西北方 的局域强风速带增强,等值线增加了一圈(图 5d).在t一9h时,无地形下,局域强风速区已 不存在,大风速带中等值线断裂现象也已消失 (图5c);在地形条件下,TC中心西北方,有一 强而尺度较小(几十公里左右)的局域强风速区 (图5e).
由上述分析可见,在无地形作用时,初始扰 动叠加于轴对称基态后,两者的相互作用,首先 产生了强局域风速区,使大风速带中,风速等值 线出现了断裂现象;其次强局域风速区随时间 沿方位逆时针方向旋转,并出现瞬时增强现象; 最后,强局域风速带减弱,风速等值线的断裂现
?604?南京大学(自然科学)第43卷
象消失,大风速带中的切向风速等值线又回到 近似环绕中心的圆环形分布,但圆环上最大风 速值相对于基本状态的显着增大.与无地形相 比,在有椭圆地形作用时,TC中大风速带的演 变过程主要有两个特点:(1)强局域风速带增 强,形成尺度几十公里左右的强局域风速区; (2)大风速带中风速等值线的断裂现象滞留的 (a)(b)
时间增长.TC登陆后出现强烈小尺度系统已 被观测到u,当然对出现这种小尺度系统有不
同的解释.Wurmaneta1.u叫认为这种几公里 甚至几百米尺度系统与地形边界层起伏有关. 本文的结论表明这种几十公里左右的小尺度强 风速区可能与地形中尺度涡,TC涡旋环流之 间相互作用有关.
x(km)x(km)
图5TC大风速带分布时间演变.风速等值线间隔2ms-.,断线表示l8.5ms_..等风速
线.0为初
始TC中心.(a)0h;(b).(d)3h;(c).(e)9h
Fig.5TheevolutionofTC'Sbigwindspeedbandsalongwiththetime.Thebreaklinestandsfor
18.5ms一contour
withtheintervalat2ms-.andOfortheinitialTCcenter.(a)0h;(b).(d)3h;(C).(e)9h
4结论与讨论
本文在涡旋Rossby波动力学框架中,对 静止基本状态下,岛屿地形对低频波动传播的 影响作了动力学分析,得到了类似于VRw传 播的解析结果,地形涡旋Rossby波的方位相 速和群速都为沿方位顺时针方向,其径向相速 和群速即可向内,也可向外.当基本流很弱时, 地形"使登陆台风环流具有环绕地形顺时针 方向移动的趋势.
其次,用一个高分辨率的浅水模式分析了 圆形地形和类似于台湾岛屿地形对VRw传播 以及涡旋结构变化的影响.结果表明,圆形地形 fleff效应使扰动能量沿径向传播的速度加快.椭 圆地形使扰动能量沿径向向内和向外传播增 强,涡量更接近台风中心并具有环绕地形中心 顺时针方向移动的趋势;台风局域风速增大,并 形成尺度为几十公里左右的强局域风速区,最
大平均切向风速减小.
本文在涡旋Rossby波动力学框架中引进
了理想岛屿地形的影响,所得结果是初步的.地
形范围,高度等参数以及耗散问题尚未考虑,这
些有待于继续研究.
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Eli
E2]
[3]
E43
E5]
E6]
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七大州地形地势特点
七大州地形地势特点
亚洲：①地形复杂多样，起伏很大，高原山地面积广②地势中部高，四周低平原多分布在河流中下游
非洲：①地形以高原为主，地面起伏不大②东部纵贯着巨大的东非裂谷带 ③地势特点：东南高，西北低
欧洲：①欧洲地形以山地平原为主，平原面积广大，占总面积三分之二②地势地平，为世界地势最低一州（300m）地势南北高中部低③冰川地形广布
北美州：①地势东西高，中部低②南北纵列三大地形区，西部是山地，东部是山地，高原，中部是平原③冰川地形在大陆北半部广布
南美洲：①西部为南北纵贯的安第斯山脉②东部为平原高原相间排列
大洋洲：①地势地平，地表起伏和缓②地形为南北三个纵列带，东部为山地，中部为平原，西部为高地
南极洲：①世界上平均海拔最高一洲（2350m）②大陆冰川广布，冰层平均厚度达2000m 冰层以下地形多样
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