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斜压不稳定

斜压不稳定

斜压不稳定（baroclinic instability）是静力稳定和准地转运动（quasi-geostropic motion）的地球流体中，由经向温度或流体密度分布不均所产生的不稳定，在流场上表现为波动形式的扰动。

历史
对斜压不稳定的研究始于中长期天气预报问题。许多观测和研究注意到，大型天气系统，例如中纬度地区槽脊，的发展和移动与大气的斜压性有关。
1946年，赵九章从理论角度讨论了西风带的斜压不稳定问题。
1947-1949年，Julie Charney和Anton Eliassen 对西风带扰动现象做了进一步研究，并提出了描述大气斜压不稳定Charney问题 。
1949年，Eric Eady提出了描述洋流斜压不稳定和大尺度涡旋现象的Eady问题。
理论
线性斜压不稳定
线性斜压不稳定理论通过小扰动假设，对流体控制方程进行了线性化。在此基础上，斜压不稳定与速度垂直切变和波长有关。在Charney问题的两层模型中，线性斜压不稳定有以下结论：
判断依据
斜压不稳定的判断依据：不稳定波的波长需要满足大于临界波长，临界波长约为3700km。
扰动增长率
不稳定增长率与基本气流的垂直切变成正比；而与静力稳定度成反比。最大增长率将对应着某一固定的波数（或某一固定波长）。
非线性斜压不稳定
非线性斜压不稳定较复杂，一般可以归纳为三种类型：
在非线性斜压不稳定情况下一般包括三种不同性质的机制：
环境效应
地面摩擦
假定在与地面相贴的大气中存在着——埃克曼边界层。
图2给出了不同拖曳系数下流函数振幅的变化。很显然，摩擦的作用（拖曳系数不为零）将减少振幅的增长，即对不稳定发展有阻尼作用。
同时，摩擦增大，阻尼作用也越强，而且振幅增长最大的波（即最不稳定波）略向较短波长移动。
地形
当有地形存在时，气流会收到抬升作用而出现爬坡现象。有地形存在情况下，斜压不稳定波在其北坡将加速东移，而在其南坡将减速东移。
由于地形的作用，在其北坡将使斜压不稳定的增长率增加；而在其南坡，将使斜压不稳定的增长率减小。
地面感热交换
感热输送对大气的非绝热加热作用使得中等波长和较短波长的波的不稳定性减少，同绝热模式相比，最不稳定波略向较短的波长方向移动；但是，对于波长约大于8000km的超长波，感热加热却会使不稳定性增加。感热的影响在于它将改变大气静力稳定度，而稳定度的变化又进而影响大气波动的动力稳定性。
感热交换使天气尺度坡的动力不稳定性减弱，可做如下物理解释：在槽前，暖平流使空气在较冷的地面上失去热量；而在槽后的冷平流区域，空气可以从较暖的下垫面得到热量。这样，总的作用是使温度波向气压波的前面移动，至少当温度波落后气压波时使其振幅减小，有效位能向扰动动能的转换受到削弱，从而使斜压波的增长率减小。
凝结加热
实际大气中存在水汽，在大气运动过程中有时会有凝结现象出现。同时，当大气运动出现斜压不稳定时，槽的发展，往往伴随着凝结降水天气的产生。天气系统的发展比较复杂，许多快速发展的涡旋系统，例如江淮气旋和季风低压等，都同斜压不稳定以及第二类条件不稳定（CISK）两种因素有关。
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