天气学温带气旋的形成和爆发性发展.pptxVIP

天气学温带气旋的形成和爆发性发展; 中纬度地面气压系统最主要的两类是温带气旋和反气旋。人们更关注地面气旋。因为这种系统发展迅速、激烈，经常带来破坏性大风、暴雨、对流等，成为所谓温带风暴。但地面反气旋也不能忽略，如冬季冷高压可以带来寒潮与冷空气活动，入海后可以产生偏东风回流天气或切变线。在大多数中国暴雨过程中都有冷空气活动参与，它们也常以冷高压形式表现出来。地面气旋与反气旋是密切相关的。但由于时间所限，我们这里只讨论地面气旋问题，包括陆地气旋与海洋气旋。;6.1 温带气旋的发生发展与大尺度结构;第二类气旋发生发展的启动机制主要在高空。气旋发生发展时具有如下几个特点：（1）当高空槽（其前部有强涡度平流）在低层暖平流区（或近于没有冷平流）上扩展时，气旋开始发展，这时低层可以有也可以没有锋面存在；（2）当气旋加强时，高空槽与低层系统之间的距离迅速减小，气旋发展最盛时轴线近于垂直；（3）高空涡度平流量最初很大，接近气旋最强时，平流量减少。开始时温度平流量小，随低层气旋的加强而增强；（4）对流层下部斜压性开始较小，随风暴加强而增加；（5）发展的最终结果达到与经典锢囚相类似的热力结构。这类气旋与第一类经典气旋的发展模式不同，在发展时，低层不一定有锋面存在，高空涡度平流是气旋发展的主要因子。Petterssen和Smebye曾对这类气旋的发展作过详细分析，并从能量收支上研究了动能的来源和维持。卫星云图的分析也证实了这类气旋的存在。图6.1是Petterssen等总结的这类气旋的发展模式，这是地面有锋面的情况。这种气旋主要发生在高空槽前正涡度平流区赶上并迭加在地面冷锋或静止锋上的时候和地方。在迭加区，云带中的云量变稠密、加宽，并向冷空气一侧凸起。; 第三类是中间尺度温带气旋的发展。这类气旋的水平尺度一般在1000～2000km，比上述气旋的尺度小。它具有以下一些特征：（1）在扰动形成的阶段，扰动与对流层上部高空槽没有关系。高空经常是纬向气流，扰动的振幅只在对流层下部明显，而第一类有明显的长波槽；（2）这类气旋通常形成在一条延续的锋面???，能接连发生，形成一系列气旋族。这种锋面不但地面明显，在850hPa上也有等温线密集区；（3）这类气旋主要出现在较低纬度，与湿润大气中的空气运动有密切关系。具有明显的对流不稳定区，因而常发生在雨季（如梅雨季节，华南和日本东南海上、美国东南海面上）。关于这类气旋的发展机制目前还不清楚。 ;图6.1 气旋发展的几个阶段。当高空槽向前推进，高空有明显的涡度平流区（斜压区）扩展到锋区上的时候，所引起的不平衡就使低层产生辐合 ; 应该指出，上述三类气旋是主要气旋类型。在实际天气与预报中，气旋生成的环流与天气形势以及动力条件不限于此。例如有些气旋由热带气旋北上在西风带影响下可以变性为温带气旋；在山脉的背风一侧在一定的气流条件下可以形成背风气旋；在大陆东部的临近海区，还可观测到“瞬时锢囚”的气旋发展等。因而对于一个温带气旋的发生发展应根据它的实际情况进行分析与预报，这样才能做出成功的预报。另外还应指出气旋与高空波动（Rossby波）密切相关，它们形成了三维的气旋波系统，任何气旋的预报都必须考虑高空波动的预报。 下面我们重点考察第一类与第二类气旋发生发展的环流与天气条件。;第一类温带气旋的发展过程;图6.2 （a）具有下沉冷锋的一个初生气旋的概略图。实线是地面等压线。虚线是地面等温线。粗实箭头代表对流层中部等高线和气流方向。白短箭头代表地面地转气流。（b）沿正交于锋面的AA’线的剖面。虚线代表沿锋面的地转风分量U。细实线代表正交于锋面的地转风分量V。白箭头代表V的方向。粗实线代表地转切变变形（ ）强迫的次级环流。点箭头是锋面前沿的边界层辐合和垂直运动;图6.3 （a）同图6.2（a）但是对向成熟发展的气旋，具有冷暖锋；（b）通过图（a）中冷锋沿AA’线的剖面图；其它同图6.2（b）。但对次级环流有 ；（c）通过图（a）中暖锋沿BB’线的剖面图; 高空斜压波的增幅和地面气旋的加深产生了地转变形，这有利于冷暖锋的尺度缩小及有关的次级环流发展。在气旋的发展期（图6.3a），冷锋具有南北取向，并受切变变形强迫，这时沿锋面的温度梯度为负 ，正交于锋面有气旋性切变 。这种地转强迫产生一热力直接环流，上升运动在前缘及锋上方。与下沉冷锋不同，这种热力直接发展的冷锋具有随高度减小的正交于锋面的地转分量 ，这意味着高空强西风位于地面锋后弱西风之上（图6.3b）。在这个阶段，暖锋的演变表现为在气旋的东北象限，锋两侧疏散的伸长变形