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热带大气环流与系统包括急湍系统,副热带西风急流,热带东风急流,低空急流以及热带辐合带这几方面的内容,内容详实,相信您打开后是不会后悔的
编辑于2022-06-24 21:05:14第四章 热带大气环流与系统
急流系统
大致的描述
一股强而窄的气流带,急流中心最大风速在对流层的上部必须≥30m/s,它的风速水平切变量级为每100km 5m/s,垂直切变量级为每千米 5~10m/s。急流中心的长轴就是急流轴,急流轴在三维空间中呈准水平,多数轴线呈东西走向,沿着窄长急流带的轴线上可以有一个或多个风速的极大值中心。若急流与强烈发展的大型扰动相伴随出现,急流轴可能转成南北方向。
分析方法:剖面图或西风廓线图
急流的类型
低空急流
低空副热带高压北缘的强西南风带
我国长江流域和华南地区在对流层下层常出现
副热带西风急流
定义
副高北缘,平均高度12-14 km,东亚最强大,最稳定,冬季25-32ºN,夏季偏北10-15纬距,我国上空以此类急流为主
基本特点(东亚地区
季节:常年存在,东亚大气环流季节调整的重要特征,季节划分的主要标志
位置:冬季25-32N(长江流域以南),2月最南;夏季40N以北(黄河流域以北),8月最北;春秋35N附近
高度:高度12-14 km,春(4月)最高→秋→夏→冬(2月)最低
厚度:3-12 km,冬(1月)最厚,夏(7月)最薄
长度:10000-12000 km有时可环绕全球
宽度:多小于1000 km
结构特点
强大的风速垂直切变
强度随季节而异,5-10 m/s•km,远大于水平切变
切变值与急流强度成正比
分布不对称,左侧>右侧切变,轴下>轴上
强大的风速水平切变
冷侧为气旋性切变,暖侧为反气旋性切变
冬季最强,5-10 m/s•100km;夏季最弱
不对称分布,最大值出现在南北两侧100-200 km
急流风速的纬向分布特点
沿气流方向上的风速分布不一致,可以有一个或几个椭圆形的最大强风区(急流中心/急流带),其间为相对弱风区
1、高空急流并不是一种围绕地球的均匀气流;2、很强的风速集中在一些急流风速最大中心/急流带中,急流带之间风速较弱,急流带沿急流轴往下游传播; 3、冬季在东亚和西太平洋观测到最强的高空西风急流。
次级环流
看笔记手写
PPT
急流入口区,纬向风加速,入口区运动的气块得到向左偏(背风)的非地转风分量->急流北侧高空辐合,南侧高空辐散->北侧下沉,南侧上升->低层因应调整,产生与高层相反的辐合辐散区和北风,从而形成垂直环流。与温度场对应,暖区上升,冷区下沉,为热力直接环流;
急流中心区,风速不存在加速/减速,非地转风为零。
急流出口区,纬向风减速,气块得到往右偏的非地转风->….->南侧暖区下沉,北侧冷区上升
高空急流与低空急流的配合
对流不稳定产生
配置叙述
高空急流可诱发低空急流的形成,两者成一定的夹角;
高、低空急流带的相互作用是有组织的强风暴系统在高空急流出口处发展的一个重要因子;
低空急流往北输送水汽和能量到风暴初生区;
高空急流往下伸展在对流层中部往低层输送干冷空气;
有利于暴雨发生的机制
抑制对流
低空锋面位于高空急流入口处的左侧或出口处的右侧
加强对流:有一个夹角
低空锋面位于高空急流入口处的右侧或出口处的左侧
热带东风急流
定义
副热带高压南缘,平均高度约14-16 km,位于15-20ºN部分地区,亚非地区最明显
基本特征
成因:夏季青藏高原加热作用,在青藏高原南侧形成热成风
活动季节:夏季最明显,冬季也存在但不明显
位置:青藏高压南缘,5-20ºN的对流层上层和平流层低层,以南海 - 印度 - 北非最强大、稳定
高度:平均在14-16 km (200-100hPa)
强度:平均30-35 m/s,Vmax>50m/s
在华南的活动情况:
主要出现在7-8月,7月最多,平均每月出现2-3次,每次持续时间<5天;东风急流区还存在准50天、25天和准双周振荡
入口区:两支强风轴之间是上升运动,对热带辐合带发展有利,热带气旋的源地。
入口南、北两支之间以上升还是下沉运动为主?
上升运动为主
南支急流的高度较北支低,次级环流主要由南支主导,北支的影响较弱,并与南支相反。
两支强风轴之间为一片上升运动区,对热带辐合带发展有利,是热带气旋的源地之一。
急流与台风的关系
南支急流速度大,则西太平洋台风数量多,南支急流速度小,西太平洋活动的台风数量少
次级环流圈对上升有利
急流入口区提供了高空辐散场
结构特点:
热力结构
15km以下,等温线向北升高
√ 对流层以下,纬向风垂直切变u/z<0,以上则>0
动力结构
风速水平切变不如西风急流强,北侧为反气旋切变区,南侧为气旋性切变区
√ 垂直运动
急流入口区,两轴之间为一片上升运动区,轴南/北为下沉运动
急流出口区,轴北下沉,轴南上升
急流与天气系统
季风:急流强→季风环流圈也强
扰动:
东风扰动(东风波、风速辐合、强风中心)与急流强度成正比
为台风的发展提供高空辐散场,当台风位于急流轴北4-8个纬距之间→台风发展
低空急流
基本特征
出现在1.5-3km上,有时也可出现在边界层中(950-900hPa),风速>12m/s 的强风速带,急流轴上下的风速都减小;
长约1000km以上,宽约数百km,平均风速16-25m/s,生命史3-4天,低空急流的强度随季节和地区的不同而有差异;
具有很强的超地转(Vag/Vg~20%);
日变化明显(夜间加强->夜间雷暴);
日变化:日落时开始增大,日出前达到最大值
小Ri数(理查森数:静力稳定度/垂直风切变),有利于对流发展
急流轴风速分布不均匀,强风速中心的传播。
类型(成因)
大尺度低空急流
与大地形屏障作用有关;如美国落基山以东低空急流、索马里低空急流(乞力马扎罗山)、东亚大尺度低空急流等;
与中纬度气压系统有关的低空急流
与气压系统有关(如高空急流中心,锋面、气旋、低涡、低压槽、切变线或低涡逼近副高的西侧或北侧时形成),主要出现在冷锋前或低压中心南侧;如华南前汛期的西南风低空急流
中尺度急流
与急流的对流活动或暴雨有关,在暴雨带南侧通过,中尺度;是暴雨/强对流活动促使高空气流的动量下传的结果
结构
热力结构(温湿场
一般与暖湿舌相结合,最大暖湿中心位于急流轴上或其左侧,即左侧暖湿,右侧冷湿,无锋区配合
动力结构(涡散度场
√ 急流轴左侧常有切变线、低涡活动,是气旋性切变最大区,为 +ζ 区,对应的高层常是反气旋性切变大值区,有 - ζ;而右侧常是副高区,从低层至高层皆为 - ζ 区
影响我国的低空急流
多数都是西南-东北向的; 有时也可出现东风急流,气流主要来自东海、甚至黄海,当副高位置偏北时常出现。
副高西侧的偏南风急流
- 与地形有关,定常,夏季
华南西南急流
- 与SW季风有关,锋前暖区,4-6月
南海中北部偏西风急流
- 与季风槽、越赤道气流有关,夏季
南海北部偏东风急流
- 与冷空气有关,秋季
有利于华南前汛期低空急流形成的环流形势
急流与暴雨
暴雨一般发生在低空急流风速最大值的左前方
是造成暴雨的重要因子,为中纬度暴雨和强风暴提供水汽、动量和热量的最重要机制,低空急流与暴雨之间的正相关很高(0.8);
暴雨一般发生在低空急流风速最大值的左前方;
低空急流的出现与以后暴雨的发生之间时间间隔为2.5天
低空急流对暴雨的作用
作为一支高速的水汽输送带,为暴雨的形成提供充足的水汽来源
√ 通过低层暖湿平流的输送,造成位势不稳定层结
√ 急流中心的前方有明显的水汽和质量辐合,常是强上升运动区
√ 急流轴的左前方是气旋性切变涡度区,有正涡度平流
√ 低空急流中的中尺度扰动(如强风中心)常常是暴雨的触发机制
热带辐合带
定义
南北半球两个副热带高压之间气压最低、气流汇合、对流强烈的地带;出现在热带对流层低层,又称赤道辐合带或赤道锋
研究意义
热带能量产生的源地
热带地区热量和水汽输送最集中的地区
热带扰动发生的主要源地
台风发展的大尺度背景,西太平洋台风80%形成于ITCZ中
表征方法
地面气压场:南北半球的副高带间的相对低压区,热带低槽中
√ 流场:两支气流的辐合区,但高、低空位置不同
√ 地面风和地面稳定度:地面稳定度最小区域
√ 卫星云图:由云带位置或月平均云量最大带或最大亮度带定(狭窄的对流云带)
√气团分析:不同气团的界面,赤道锋或热带锋 (较难,不明显)
活动规律
两种形成原因: 季风与信风间的辐合,也称 季风辐合带/季风槽 南北半球信风间的辐合, 也称 信风辐合带/赤道槽 哪种情况形成的ITCZ更强?
季风辐合带较信风辐合带更活跃,更偏北/南,是热带气旋的主要源地
位置变化特征
表征ITCZ. 常用的方法, OLR
强对流:<230
晴空: >280
季节差异:南北位移
ITCZ存在明显的季节南北摆动(由弱到强):大西洋->东太平洋->西太平洋(ITCZ&SPCZ)->印度洋 ->非洲及美洲大陆
副高在夏季偏北
越赤道气流在夏季强
经向差异:
大西洋:冬夏都位于北半球,最稳定
东太平洋:冬夏都位于北半球,季节位移小,夏季较强;
中、西太平洋:双ITCZ,夏半球最强;
陆地及印度洋-西太平洋:季节位移大;
季节变化原因:
太阳辐射、热带环流、局地环流、地形、海温
东西差异明显,纬向平均代表性不大
总述变化
季节变化
夏偏北、冬偏南,平均位置是1月位于5ºS附近,7月位于12-15ºN之间
短期变化
不规则,时生时灭,南北摆动可达400km/24h
√ 西太平洋ITCZ的二个阶段:
不活跃阶段:两支信风辐合带,位置偏南,云系不完整
活跃阶段:东北信风和西南季风的辐合带,位置偏北,较强,为稠密云带,有涡旋云系出现,是台风、低压的主要孕育地
双热带辐合带(读文献
结构
散度场
低层(700hPa以下)辐合,高层(500hPa以上)辐散
涡度场
低层正涡度( 500hPa以下),高层负涡度为主
垂直结构
低层上升运动为主,强的上升运动出现于ITCZ倾斜面上
在亚洲季风区,ITCZ北侧为北半球Hadley环流圈,南侧为热带季风环流圈、南半球Hadley环流
温湿场
温度水平差异小,两侧温差<3°C
垂直方向呈湿舌状分布,最高可伸达300hPa
流场
二支气流辐合,两半球的信风辐合/信风与季风的辐合
赤道西风与南北半球的信风辐合(双热带辐合带成因之一)
气旋性涡旋
垂直变化
轴随高度向南倾斜(赤道东风越北越薄,ITCZ南倾)
坡度(~1/20)大于锋面坡度(1/150),有时几乎垂直(海洋上,温湿差很小之故)
ITCZ主要出现在低层(500hPa以下),个别可达300-200hPa(印度洋
天气
ITCZ附近常有积云、积雨云发展为主,高层可见高积云、高层云、卷云,并伴有暴雨、雷暴、大风、水龙卷等
信风ITCZ的降水区范围约200-800km,降水强度一般为10mm/day
ITCZ中天气分布不是连续的,明显的坏天气只出现在风场辐合强烈的地区
与台风的关系
西太平洋台风(南海台风)80%(50%)以上形成于ITCZ中
孟湾风暴、季风低压也多源于ITCZ(季风槽)中
ITCZ对台风发展的作用
a. 提供能源(水汽、热量)
b. 初始扰动
c. 垂直切变小
d. 强对流
第四章 接第一页
热带辐合带
与台风的关系
西太平洋台风(南海台风)80%(50%)以上形成于ITCZ中
- 孟湾风暴、季风低压也多源于ITCZ(季风槽)中
ITCZ对台风发展的作用
a. 提供能源(水汽、热量)
b. 初始扰动
c. 垂直切变小
d. 强对流
与极锋的比较
热带辐合带的预报
与副高的关系
副高稳定 → 偏东气流稳定 → ITCZ稳定
ITCZ随副高移动(南北移动)
副高加强 → 副高南侧(ITCZ 北侧)偏东气流加强 → ITCZ加强
副高西伸 → 副高南侧偏东风与赤道西风辐合 → ITCZ在建立(南海)
副高西伸南海 → 赤道西风撤退 → ITCZ消失
与西风槽的关系
槽加强东移 → 副高减弱东退 → 西南气流北上 → ITCZ北移消失
与台风的关系
南海、孟湾有低压、台风活动时 → ITCZ活跃
台风北上副高南落 → ITCZ断裂、减弱、消失(低纬偏东气流控制)
与冷空气的关系
较强冷空气南下 → NE风增强 → ITCZ增强 (北半球)
澳大利亚高压加强 → 东南信风北推加强 → ITCZ加强 (南半球)
与赤道反气旋、季风槽的关系
赤道反气旋北上→ITCZ北抬消失;
季风槽东伸(西缩)→ 赤道西风加强(减弱)→ ITCZ加强(减弱消失)
卫星云图
ITCZ 云带的稠密、亮度 → 流场辐合强弱 → ITCZ强度变化
热带对流层高层大槽 - TUTT
定义
夏季存在于大洋中部的热带地区对流层上层(200hPa)呈NE-SW走向的行星尺度的高空大槽,称为TUTT/洋中槽
北太平洋TUTT 7-9月发展最强,槽底可南伸到10-15°N,持续时间也最长。
子主题
当低层扰动或台风西移至TUTT槽前急流的南侧时,由于这里是反气旋性切变区,高层辐散,低层扰动发展
当扰动移到急流轴及其北侧的气旋性切变区时,高层辐合,低层扰动减弱。
TUTT的进退和活动对太平洋地区环流和天气有明显的影响:
a. TUTT活动能改变热带扰动的环境流场,激发或抑制低层扰动或台风
TUTT移至南海 → 垂直切变减小(槽前高低空一致西风) → 有利于台风生成
TUTT槽内、南侧、北侧的气旋/反气旋切变 →高空辐合/辐散→抑制/激发低层扰动
TUTT槽前偏西风与热带东风急流入口区偏东风→ 喇叭口,高层辐散→抑制/激发低层扰动
b. 太平洋TUTT中常有冷涡形成,提供台风的初始扰动
洋中槽是西太平洋热带气旋的重要源地之一
热带高空冷涡
定义
夏季发生在热带地区对流层上部的冷心型气旋性涡旋,200hPa附近达最强,往下逐渐减弱,这种涡旋称为热带高空冷涡
强的高空冷涡可伸展到低层或地面(10%),诱使地面出现波动或气旋性涡旋,条件适当时,它可以发展成台风,是西太平洋夏季台风生成方式之一
特点
垂直轴随高度向西北方向倾斜;
弱:伸展至700hPa, 强:伸至地面;
诱发的地面闭合扰动不能脱离冷涡单独行动;
东风波
定义
夏季,随着西太副高北抬,其南侧的东风气流中,对流层中、下层(700-500hPa最强)常存在一个倒槽或气旋性曲率最大区,呈波状形式自东向西移动,称之为东风波
发生时间
主要发生在7-9月(北半球副高最强,脊线最北),当副高脊线10月南撤,东风波不再发生;东风波中约有25%可能发展成为台风
经典东风波模式
槽后东南风,辐合有上升运动
槽前东北风,辐散有下沉运动
槽前湿层浅薄,槽后湿层深厚
槽轴随高度向东倾斜
坏天气主要出现在槽后
波动在700-500hPa最强,冷性结构
500hPa以下是气旋性涡度,300hPa以上为反气旋性环流
不同地区的东风波的结构可能跟经典东风波相反,如非洲波
影响我国的东风波
中低层东风波
对流层中低层吹偏东风,300hPa以上盛行西风;东风波主要出现在500hPa以下的东风气流上,沿25~30ºN西移,相似于经典结构模式,坏天气主要在槽后;影响日本和我国台湾、福建和浙江等省
高层东风波
对流层中低层盛行西南季风或副高西侧偏西气流,而对流层上部盛行偏东风,且随高度增强;这种东风波结构与经典模式相反,波轴西倾,坏天气主要分布在槽前;在25ºN以南活动
深厚的东风波
发生在对流层深厚而稳定的东风气流上的波动,垂直伸展达12km,与经典模式相反,波轴于中低层随高度西倾,400hPa以上垂直,暖湿区和对流不稳定区位于槽前,有坏天气;槽后为相对干冷区
对我国天气的影响
影响华南、华东沿海、长江中下游地区,造成雷暴、暴雨天气
台风多/少年,东风波的强度变化不大,但更多比例的东风波能在有利的环流条件下发展成台风
单纯东风波影响下的降水量一般不大,只有当它与西南季风气流或其它天气系统相互作用时才造成较大降水
东风波西移进入季风区后,由于低层暖湿西南气流的加强,东风波活动高度增加,波轴垂直结构由向东倾斜逐渐转为垂直;降水区从波槽东部西移至波槽附近,降水量也逐渐加大
当副高位置偏北时,东风波向北扩展,可影响长江中下游地区
东风波与西风槽、高原切变线、高原低涡等天气系统配合相互作用可影响我国西南地区
与台风的关系
a. 低层东风波有高空辐散场迭加 → 台风(初始扰动)
b. 高层东风波前的辐散场与低层低压迭加 → 台风(启动机制)
c. 台风多/少年,东风波的强度变化不大,但更多比例的东风波能在有利的环流条件下发展成台风;多台风年,往往副高偏北,高层深厚东风盛行,热带波动多,少台风年情况相反
d. 25%的东风波可发展成台风;15%的台风扰动来源于东风带扰动(东风波)
e. 使台风出现异常路径
形成
a. 强西风槽延伸低纬(东移)→ 副高断裂 → 副高南侧东风带出现波动 → 副高继续北移 →“延伸槽”南北断裂→东风波形成、西移
b. ITCZ 中的扰动伸入东风急流
c. 高层气旋在低层的反映(高空冷涡)
南支波动/ 南支槽/ 印缅槽
定义
在冬半年位于我国青藏高原南侧的副热带西风急流上的波动,称之为南支波动(南支槽、印缅槽)
活动特点
主要出现在冬半年,11月-5月影响华南的南支槽6-7个/月
- 700hPa最明显,高层有时更明显(300-200hPa)
- 自西向东移,移速约5-10经距/日
对天气的影响
影响地区
冬半年,南亚低纬地区、我国西南、华南、华东以至华北,是低纬冬半年的重要天气系统之一
- 天气
a. 暖湿气流的输送 → 大范围的降水
b. 南、北槽的迭加 → 引导冷空气南下
c. 南支槽与槽、低压的迭加 → 促使中低纬系统发展
d. 单独南支槽前 → 强烈对流天气(雷暴、冰雹等)
赤道缓冲带
定义
南北半球的低空气流越过赤道时方向发生转变的过渡带,称为赤道缓冲带,也称赤道低空气流转换带
它是赤道附近大尺度天气系统之一,一般在离赤道10个纬度的范围内活动,中心经常位于赤道附近
缓冲带中的气流在北半球夏季为顺时针旋转,而冬季则为反时针
赤道反气旋
定义
由于赤道高压脊(缓冲带)北移 → 出现闭合环流中心 → 形成赤道反气旋(在赤道缓冲带内,也称赤道高压)
一般特征
- 生命史: 3~10天
- 水平尺度: 1500-2000km
- 垂直厚度: 850hPa最强, <500hPa
- 中心附近为辐散、负涡度,有下沉运动
- 中心附近静风少云,可造成持续干旱;西北侧季风云系,爆发性云带(暴雨区)
对流层中层气旋
定义
它不同于锋面性质的温带气旋,也不同于暖中心结构的热带气旋,同样可带来强降水、雷暴;
按活动区域不同,可分为东北太平洋副热带气旋,阿拉伯海气旋,南海中层气旋
发生在对流层中层的不具有锋面的冷性气旋性涡旋,在对流层中层达到最大强度。
副热带气旋
定义
冬半年发生在副热带(15-35N)地区的一种对流层中层(600-400hPa)气旋,故又称之为中层气旋
最早在东北太平洋夏威夷地区发现的,太平洋中部和大西洋中部的副热带气旋多出现在冬末和春初,并带来降水,如夏威夷干旱地区的年雨量50%以上
形成方式
锢囚气旋被暖高压阻挡而在低纬发展而成→副热带气旋(2/3
中高纬高空切断低压斜压发展→副热带气旋(1/3
热带云团
定义
较强的正涡度,低层辐合,高层辐散,上升运动较强
存在于热带地区,由大量对流云所组成的直径在 4~10个纬/经距范围内的云区。这种云团是从卫星云图上发现的。
复习题
1. 低纬高空急流有哪些?冬夏季变化如何?为什么它们在亚非地区表现最明显?热带东风急流影响低层天气的机理?
2. 副热带西风急流的结构有何特点?它与高空锋区有何联系?
3. 何谓热带东风急流?结构上有何特点?对台风形成及我国降水有何作用?
4. 何谓低空急流?影响我国的低空急流有哪些?
5. 低空急流的活动和结构有何特点?
6. 低空急流与暴雨有何关系?为什么急流暴雨落区主要在急流轴的左前方?
7. 何谓ITCZ?它与锋面有何区别?
8. ITCZ有何活动规律?与周围的环流关系如何?
9. ITCZ结构和天气分布特点?
10. 近年来对ITCZ有何新的认识?
11. 何谓东风波?东风波的经典天气模式有何特点?
12. 东风波对我国的天气影响如何?它们与台风有何关系?
13. 何为南支波动?天气影响如何?
14. 何谓“洋中槽”?它对热带气旋的发生发展有哪些作用?
15. 何谓“高空冷涡”?它的来源如何?结构上有哪些特点?
16. 何谓赤道缓冲带?它与赤道反气旋有何联系?它们的活动,结构上有何特点?
17. 赤道反气旋发生发展过程如何?它对台风和夏季风有何影响?
18. 何谓副热带气旋?其来源如何?结构上有何特点?对天气影响如何?
19. 比较南海中层气旋与夏威夷副热带气旋?
20. 何谓热带云团?一般可分哪几类?各类特点如何?