背风坡的地形影响

(节 2.4.3)

在稳定环境中，直吹障碍物（例如，山脉）的强风被迫沿迎风坡上升，并沿顺风斜坡下沉。在强风向下游移动时，受扰动的气流开始一系列波状振荡，产生地形波。

如果这些波基本上保持静止，而空气从中穿过，则称之为非湍流定常波或驻波（还有俘获背风波）。当空气足够潮湿时，在波峰的上升空气中可能出现地形云（图5）。它们最常形成于山脉之上或山脉的下风向，并保持静止，通常是静止几个小时（罕见超过一天）。

对于地面观测员而言，这些云移动极为缓慢，即使如此，但在云高度会有强风。在某种情况下，云中的条纹可显示出风速，例如，根据从云的一端移动至另一端的单独云素。地形波产生的这些荚状云表明稳定的中层大气中有强风。它们不会产生降水。

图5.地形波

有时，这些波以背风波列长距离传播，因此会影响到很远的距离。可以看到它们是以长带形平行于山脉，固定间隔几公里（图6）。

在卫星图像上可见它们构成流线型。

图6. 背风波列卫星图像（A = 距离校准；B = 风向）

波状云也会在不同高度同时出现。通常，在丘陵或山脉上空会出现一个或层叠几个地形形状荚状云，有时略微迎风或顺风。很多时候，在超过峰顶或山顶的高度，甚至达到平流层高度，地形对气流会有显著影响（图7）。

图7. 俘获背风波

在宽阔的山脊，当一定厚度的大气有着高稳定性，且在山顶之上有明显的风切变时，则会在能量向上传播之处出现垂直传播的波。这些被称为未俘获背风波，而由于地形影响形成的卷状云（图7）表示在对流层顶附近有湍流。有时，波顶会超过该高度延伸到平流层。

图8. 垂直传播波

在丘陵与云之间有明显间隙（焚风隙）的地方，湍流可能很剧烈。在丘陵与云之间无明显间隙的地方，则湍流可能都很弱。

尽管云的形迹是空气流动和湍流的信号，但有时没有任何可见指征也会发生。晴空湍流通常出现在对流层顶附近，这是由于干燥条件下的垂直传播波。

在某些时候，地形波振幅可达到高值，且波的能量会紧临山脊逆风坡向下传播，造成重要天气事件，例如破波，强至极端湍流、滚轴云以及在山地障碍背风坡产生破坏性下坡风暴。

在较低层的背风波云下方，会形成有水平轴的巨大旋转涡旋 （图9）。如果这一巨大静止涡旋的上升空气足够冷，则称为“滚轴云”（卷轴云）的云带会在上部出现。滚轴云或卷轴云表明地表或近地表有强湍流区，而地面风向和/风速变化极大，因此，可给航空带来危害。

图9. 滚轴云