長波

對流層的中部和上部西風帶大氣環流中波長為3000～8000公里的波動。它是當西風氣流發生南北擾動時，由科里奧利力隨緯度變化的效應而產生的(見大氣波動)。長波的生命期約一周，是西風帶上大尺度的擾動，屬行星尺度的一種天氣系統，又稱行星波或羅斯比波。自從20世紀20年代無線電探空儀應用於高空氣象探測后，人們就發現了高空環繞極地運動的西風帶及其上的波動，1937年J.皮耶克尼斯首次辯認出作為半球現象的長波，1939年C.-G.羅斯比從理論上對長波的特性進行了研究，並建立了長波理論。這個理論為後來數值天氣預報的發展奠定了基礎。長波的發生、發展、移動和變化，對天氣尺度系統（如氣旋、鋒等）的強弱、移向和移速，以及未來天氣的變化，都有十分重要的作用。因此，它是天氣形勢預報研究的重要系統之一。

長波具有槽區冷、脊區暖的結構。在高空等壓面圖(見天氣圖)上，溫度波和高度波的位相相近。長波的強度隨高度而增加，在對流層頂最強。發展中的長波，其溫度波往往稍落後於高度波，位相一般落後將近四分之一波長。長波脊後面有暖平流，長波槽後面則有冷平流，這是造成長波槽和脊發展的主要原因（見大氣動力不穩定性）。由於長波是頻散波,在西風帶上游，長波的能量以大于波動移動的速度傳到下游，因此，可利用這個特徵預報上游長波向下游發展的位置和強度。當長波槽和脊強烈發展時，振幅不斷加大，長波脊中出現的高壓中心有時從脊中切離出來而形成阻塞高壓。

長波和短波之間可以互相轉化。當溫度場和氣壓場配置適當時（槽後有冷平流，脊後有暖平流），短波可以逐漸發展成長波；反之，長波可減弱並分裂成短波，然後東移而消失。

對流層的中上層，長波的波速c按羅斯比長波理論為

c=ū-βλ2/4π2

式中ū為基本緯向風速，β=2ωcosφ/RE為羅斯比參數，λ為波長，RE為地球半徑，ω為地球自轉角速度，φ為緯度。上式表明：①西風越強，長波移速越快，但移速總是小於西風風速。②在一定的西風風速下，長波的波長越長，移動速度越慢；波長越短，移速越快。③當西風風速和長波的波長達一定數值時，可使c=0，這時長波停滯，稱為靜止波，此時的波長稱靜止波長或臨界波長；當波長大於靜止波長時，c<0，長波向西移動，出現倒退現象。④在波長和西風風速相同的情況下，緯度較高（β值小）的長波移速較快，緯度較低(β值大)的長波移速較慢。

長波槽和脊在維持大氣環流方面，起著重要的作用。真正呈正弦波式的長波槽和脊是極其少見的。在槽和脊發展初期，槽線和脊線的走向大多呈東北—西南向。在槽和脊發展的同時，強西風中心（急流中心）一般由槽后移至槽前。由於槽前西南風遠強於槽后西北風，有利於將低緯盈餘的角動量輸送到中緯度和高緯度地區，以維持中緯和高緯地區的西風角動量（見大氣角動量平衡）。同時，由於槽前有暖平流、槽後有冷平流，有利於將熱量由低緯輸送到高緯，以維持全球熱量平衡。因此，長波槽和脊的活動，是維持大氣環流的一種重要機制。

冬季北半球繞極西風環流中，一般有4～5個長波。長波槽與地面氣旋族之間的典型關係，可用理想化的長波流型和低空環流系統配合的概略圖表示。氣旋族位於長波的槽前脊后，每個氣旋又和高空大氣短波相對應。從圖中可見疊加在長波上的短波擾動。由於它們的波長短，移速比長波快，所以同短波對應的地面氣旋，相對於長波是向前移動的，大體上受長波流型的氣流所牽引。由於長波同地面氣旋和鋒面的關係如此密切，所以長波移動和流型變化的預報，對天氣預報有重要的意義。

其傳播方式主要是繞地球表面以電離層波的形式傳播，作用距離可達幾千到上萬公里，此外，在近距離（200至300公里以內）也可以由地面波傳播，該波段的電場強度夜晚比白天增大，波長越短，增加越甚；電場強度隨季節的影響小；傳播條件受電離層騷動的影響小，穩定性好，不會產生接受強度的急劇變化和通信突然地中斷現象。適用於無線電測向，無線電導航等方面。由於長波需要龐大的天線設備，我國廣播電台沒有採用長波(LW)波段，主要用於對潛艇的通信和遠洋航行的艦艇通信等。所以，國產收音機一般都沒有長波(LW)波段。

頻率低於30kHz的超長波，能繞地球作環球傳播。長波傳播時，具有傳播穩定，受核爆炸、大氣騷動影響小等優點。在海水和土壤中傳播，吸收損耗也較小。

長波的頻率(LF)為30—300kHz(波長1000一一10000m)。它主要靠地波傳播、受氣候變化的影響小．可全天可靠通信。特別是在中近距離(50-100km)上。傳播穩定，可用來作中遠距離通信和作為岸與艦船之間的一種通信手段。

長波傳播的特點如下：

①電場強度變化不明顯

長波範圍內電場強度變化不顯著．且發生得很慢．波長愈長變化愈小。測量數據證明：在電離層不規則變化的影響下．電場平均變化不大於lo～30%．而且發生這種變化的時間長短．是以幾十分．甚至到幾小時來計算。

②電場強度晝夜變化

長波傳播在白天受D層影響．晚上則由E層反射．因而出現電場強度的變化。一般隨著黑夜來臨．電場強度增加．波長愈短愈顯著。當波長為17500m時．電場強度由日間變為夜間時．增長值約為50%。

③季節的影響

在長波範圍內·電場強度一年的變化極弱·這表現為電場強度在夏季白天比在冬季白天增加20--so%．而夏季夜間又比冬季的夜間微弱一些．

④太陽活動性11年周期的影響

太陽活動性11年周期對長波傳播的過程影響不大．僅在太陽活動性增強時．日間電場強度略有增加．可以看到太陽活動性從最小變到最大時．電場強度有二倍增加的情況。

⑤電離層騷動的影響

電離屢騷動主要波及電離層上面的幾層而這幾層與長波傳播沒有關係．所以對長波傳播影響不大．絕對不會造成長波通信中斷．這是長波通信的一大優點。

通常長波可用於：中遠距離通信；地波通播；地波應急通信；長波礦井通信；地下通信；標準頻率和時聞廣播及無線電導航．現分別介紹如下：

(一)長波預警通播網

長波預警通播網屬於美國國家預警網路的判別信息分配系統——DIDS。判別信息分配系統的作用是向美國備聯邦政府、軍事和民政當局發出關於自然災害或其他非常緊急的警報。它將提供一種更能有效傳播緊急狀況信息的通信網路．DIDS的長波通播網有十個分區轉播台．作用範圍包括美國48個州．並可能擴大到夏威夷和阿拉斯加．所選樣的工作頻率自163—197kHz．這是因為這個頻段的地波傳播能在較大的區域範圍內提供很穩定的信號．並且相對地不受晝夜和電離層擾動的影響。

DIDS所選的十個分區轉播台的地點是：里奇蘭、蒙多培、里弗頓、溫斯洛、馬佐馬內、卡馬克、梅納德、埃奇伍德、阿什維爾和頓福德．進入網路的預警信息由設在科羅拉多州、德克薩斯州和華盛頓特區的互個國家預警中心引入．這賤預警信號通過自動電話網(勘姒瑚)和專用線路送進各分區轉播台．然後用低頻轉播。有線傳輸線路還把轉擂台接到遙控維護中心的監控設備以及地區警察局和消防站的報警顯示器上。

(二)長波應急通信網(GWEN’)

長波應急通信網(GWEN)是美國的一個地面戰略通信系統。它由大量抗電磁脈衝加固的分佈在整個美國大陸的低頻無人值守無線中繼站組成．長波應急通信網是最低限度基本應急通信網(MEECN)的一個組成部分．它將發展成為一個把國家最高指揮當局NCA)與戰略指揮中心和報復力量連接在一起的抗毀和持久的系統。該系統所採用的坑毀措施是：採用長波傳播方式．分散的中繼節點和分組交換技術．因而當美國受核攻擊期間和攻擊之後．並且在部分網路被毀的情況下仍能保證國家最高指揮當局執行核總體戰計劃的戰略部隊聯通。