南大天氣學(xué)原理第五章1

第五章低緯天氣系統(tǒng)我國天氣不但受中高緯度天氣系統(tǒng)的影響，也受低緯度天氣系統(tǒng)的影響。我國所處的地理位置低緯與中高緯大氣環(huán)流的相互作用低緯地區(qū)是30oN-30oS以內(nèi)的地區(qū)，包括熱帶和副熱帶地區(qū)。熱帶地區(qū)中的10oN-10oS范圍又稱為赤道地區(qū)。地理學(xué)：南北回歸線之間(23.5oN-23.5oS)的地區(qū)定義為熱帶。天氣學(xué)：依據(jù)天氣系統(tǒng)和天氣過程來劃分，南北半球副熱帶高壓之間的地區(qū)，即赤道兩側(cè)盛行東風(fēng)帶的地區(qū)定義為熱帶地區(qū)，將盛行東風(fēng)帶與盛行西風(fēng)帶之間的過渡區(qū)，即副熱帶高壓活動(dòng)區(qū)定義為副熱帶地區(qū)。天氣學(xué)所指的熱帶地區(qū)隨季節(jié)南北移動(dòng)。低緯地區(qū)的大氣運(yùn)動(dòng)與中高緯度地區(qū)的差異：中高緯度地區(qū)天氣系統(tǒng)主要有長波、鋒面、鋒面氣旋等，其運(yùn)動(dòng)能量主要來源于與水平溫度梯度有關(guān)的有效位能的釋放，而潛熱釋放和輻射加熱等非絕熱加熱作用是次要的。低緯地區(qū)水平溫度梯度很小，近正壓狀態(tài)，大氣儲(chǔ)存的有效位能很少，但該地區(qū)水汽充沛，潛熱釋放成為該地區(qū)天氣系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的主要能量來源。低緯地區(qū)天氣系統(tǒng)：§5.1熱帶氣旋§5.2西太平洋副熱帶高壓和南亞高壓§5.3熱帶輻合帶和熱帶云團(tuán)§5.4東風(fēng)波§5.5熱帶副熱帶渦旋§5.1熱帶氣旋§5.1.1活動(dòng)概況時(shí)空分布、群集性、移動(dòng)路徑§5.1.2熱帶氣旋的基本結(jié)構(gòu)溫壓場、流場、眼和螺旋云雨帶§5.1.3熱帶氣旋的天氣§5.1.4熱帶氣旋的發(fā)生與發(fā)展1.形成的必要條件2.物理機(jī)制—第二類條件不穩(wěn)定§5.1.5熱帶氣旋的移動(dòng)1.影響熱帶氣旋的移動(dòng)的各種力2.影響熱帶氣旋移動(dòng)的大型環(huán)流系統(tǒng)

2000年4號(hào)熱帶氣旋

熱帶氣旋是形成在熱帶或副熱帶洋面上，具有有組織的對(duì)流和確定的氣旋性地面風(fēng)環(huán)流的非鋒面性的天氣尺度系統(tǒng)。熱帶氣旋的分類

(根據(jù)中心附近最大風(fēng)速)1989年前強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(12級(jí)以上)臺(tái)風(fēng)(8-11級(jí))熱帶低壓(6-7級(jí))1989年后臺(tái)風(fēng)(12級(jí)以上;32.7m/s)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴(10-11級(jí);24.5-32.6m/s;)熱帶風(fēng)暴(8-9級(jí);17.2-24.4m/s)熱帶低壓(6-7級(jí);10.8-17.1m/s)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(16級(jí)或以上;≥51.0m/s)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(14-15級(jí);41.5-50.9m/s)臺(tái)風(fēng)(12-13級(jí);32.7-41.4m/s)2006年西北太平洋和南海熱帶氣旋（臺(tái)風(fēng)）命名

第31屆臺(tái)風(fēng)委員會(huì)通過的西北太平洋和南海熱帶氣旋命名表，共有140個(gè)名字，分別由亞太地區(qū)的柬埔寨、中國、朝鮮、中國香港、中國澳門、日本、老撾、馬來西亞、密克羅尼西亞聯(lián)邦、菲律賓、韓國、泰國、美國和越南等14個(gè)成員提供（每個(gè)成員提供10個(gè)名字）。§5.1.1熱帶氣旋活動(dòng)概況1、熱帶氣旋活動(dòng)的時(shí)空分布全球臺(tái)風(fēng)形成區(qū)域1.赤道附近5oN-5oS無臺(tái)風(fēng)2.大部分臺(tái)風(fēng)形成于5-20o范圍內(nèi)3.東南太平洋和南大西洋很少出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)西北太平洋臺(tái)風(fēng)活動(dòng)頻率臺(tái)風(fēng)季節(jié)我國是世界上受臺(tái)風(fēng)襲擊最多的國家之一西北太平洋是全球臺(tái)風(fēng)發(fā)生最多的海域，平均每年約有30個(gè)臺(tái)風(fēng)生成，其中能登陸我國的有7個(gè)。我國北起遼寧南至兩廣的沿海一帶,每年都有遭受臺(tái)風(fēng)襲擊的可能,其中在廣東、福建和臺(tái)灣三省登陸的最多。2、熱帶氣旋活動(dòng)在時(shí)間上的群集性熱帶氣旋有在一個(gè)時(shí)段成群生成的趨勢(shì)，有時(shí)在15-25天時(shí)段內(nèi)全球范圍可觀測(cè)10-20個(gè)熱帶氣旋，這一階段稱為熱帶氣旋活動(dòng)盛期，在兩個(gè)熱帶氣旋盛期之間有一個(gè)時(shí)間尺度相當(dāng)?shù)臒釒庑顒?dòng)明顯減少的時(shí)段，這一階段稱熱帶氣旋活動(dòng)衰期，這種熱帶氣旋活動(dòng)的盛期和衰期交替出現(xiàn)的現(xiàn)象稱為熱帶氣旋活動(dòng)的群集性，其周期約為30-50天。在西北太平洋，當(dāng)赤道西風(fēng)活動(dòng)強(qiáng)度增強(qiáng)，向東爆發(fā)越過130o-140oE以東時(shí)，ITCZ變得活躍，熱帶氣旋易于連續(xù)發(fā)生，出現(xiàn)熱帶氣旋的盛期;反之，當(dāng)赤道西風(fēng)活動(dòng)范圍西縮，強(qiáng)度減弱，低緯大部分地區(qū)受東風(fēng)控制時(shí)，熱帶氣旋活動(dòng)顯著減弱。3、熱帶氣旋的移動(dòng)南太平洋熱帶氣旋向東路徑東北太平洋向西移動(dòng)臺(tái)風(fēng)路徑1949-2002西北行西行西轉(zhuǎn)向westof125oE中轉(zhuǎn)向東轉(zhuǎn)向125oand140oEeastof140oE北上東北行異常40N30N20N10NEQ40N30N20N10NEQ40N30N20N10N各種路徑在每個(gè)月所占的百分率（%）

123456789101112北上0003211055201西北行8001311283425208126西行46554323517111616304244東轉(zhuǎn)向12019211148102021911中轉(zhuǎn)向273624152117162125221922西轉(zhuǎn)向491015392814149111411東北行0005113453101異常405502342343§5.1.2成熟熱帶氣旋的基本結(jié)構(gòu)熱帶氣旋的結(jié)構(gòu)包括從氣旋中心向外幾百公里范圍內(nèi)的風(fēng)場、氣壓場、溫濕場、云雨等的分布狀況和海洋狀況。熱帶氣旋范圍(以最外圍的閉合等壓線為準(zhǔn))的平均直徑約7-9個(gè)緯距，巨型熱帶氣旋個(gè)別超過10個(gè)緯距，微型熱帶氣旋的直徑在2個(gè)緯距以下，其垂直范圍一般到對(duì)流層頂，有的可以伸展到平流層。

因此熱帶氣旋的垂直尺度和水平尺度之比為1/50-1/75，它是一個(gè)扁平的氣旋性渦旋。熱帶氣旋具有獨(dú)特的螺旋狀云雨帶和眼區(qū)，眼區(qū)的平均直徑30-40km，最大的可達(dá)200km，小的只有10km左右。由熱帶氣旋的外圍向內(nèi)，地面氣壓迅速下降，地面風(fēng)力增強(qiáng)，并伴有傍沱大雨，但在熱帶氣旋中心(眼區(qū))，天氣卻比較平靜。1.熱帶氣旋的溫壓場熱帶氣旋的氣壓場特征表現(xiàn)為極低的中心氣壓和極大的水平氣壓梯度，成熟的熱帶氣旋中心最低氣壓一般在960hPa以下。在地面天氣圖上，熱帶氣旋表現(xiàn)為一個(gè)準(zhǔn)圓形對(duì)稱的、梯度極大的閉合低壓系統(tǒng)。水平氣壓梯度可達(dá)5-10hPa/10km。熱帶氣旋中心附近具有明顯的暖性結(jié)構(gòu)，暖核在250hPa最寬最暖。漏斗狀暖性結(jié)構(gòu)2.熱帶氣旋的流場低層有強(qiáng)烈的氣旋性切向風(fēng)和強(qiáng)烈的徑向流入;高層有強(qiáng)烈的流出，流出的形式近中心是氣旋性的，外圍是反氣旋性的。在距中心200-300km的范圍內(nèi)(眼區(qū)除外)有整層上升運(yùn)動(dòng)，300km以外，上升氣流和下沉氣流交替出現(xiàn)。垂直流場18km

8km

0km垂直方向熱帶氣旋可分為三層:(1)地面到3km左右的氣旋性流入層，有強(qiáng)烈的向中心的輻合流入氣流，其中1km以下的行星邊界層中輻合最強(qiáng)烈；(2)3-8km的中層（螺旋式上升層），徑向氣流很小，主要是氣旋性切向氣流，垂直氣流很強(qiáng)，低層輻合的暖濕氣流通過這一層輸向高層;(3)8km到熱帶對(duì)流層頂部是流出層，最大輻散氣流出現(xiàn)在12km左右。流出的空氣和四周的環(huán)境空氣混合下沉到低層，組成熱帶氣旋的徑向垂直環(huán)流。水平方向(1)眼區(qū):在中心附近，一般范圍為30－40km，眼區(qū)內(nèi)風(fēng)弱、干暖、少云。眼是熱帶氣旋區(qū)別于溫帶氣旋的主要特征之一；(2)最大風(fēng)速區(qū):圍繞眼區(qū)，有一環(huán)狀的最大風(fēng)速區(qū)，平均寬度為8-50km。最大風(fēng)速區(qū)一般與熱帶氣旋眼壁的云墻相一致，最強(qiáng)烈的對(duì)流和狂風(fēng)暴雨就發(fā)生在這里;(3)外區(qū):從最大風(fēng)速區(qū)外緣到熱帶氣旋的邊緣，在這個(gè)區(qū)域中，風(fēng)速向外減弱。眼區(qū)（內(nèi)圈）最大風(fēng)速區(qū)（中圈）外區(qū)（外圈）3.熱帶氣旋的眼和螺旋云雨帶熱帶氣旋的眼和螺旋云雨帶是其區(qū)別于溫帶氣旋的兩個(gè)重要特征。熱帶氣旋的眼的大小一般為30－40km，最大的可達(dá)200km，小的只有10km左右。在眼區(qū)中，水平風(fēng)速小，有下沉運(yùn)動(dòng)或弱的上升運(yùn)動(dòng)，無云或少云，和眼外的狂風(fēng)暴雨相比，這里顯得風(fēng)平浪靜，眼區(qū)一般隨熱帶氣旋的加強(qiáng)而縮小。從眼區(qū)外的最大風(fēng)速區(qū)向外，往往有幾條螺旋云雨帶，它有兩種類型:一類是移動(dòng)性的，一類是準(zhǔn)靜止(相對(duì)于熱帶氣旋而言)云雨帶，后者從熱帶輻合帶北側(cè)，環(huán)繞熱帶氣旋東側(cè)旋向近中心區(qū)。這類云雨帶比移動(dòng)性云雨帶大得多，它隨熱帶氣旋移動(dòng)。熱帶氣旋螺旋云雨帶的分布是非對(duì)稱的。臺(tái)風(fēng)云系成熟臺(tái)風(fēng)的云系分布圖§5.1.3熱帶氣旋的天氣暴雨大風(fēng)風(fēng)暴潮1.熱帶氣旋降水熱帶氣旋降水：300～400mm，陣性降水影響范圍：南北約跨30個(gè)緯度，東西可達(dá)30個(gè)經(jīng)度。熱帶氣旋降水有四類：云墻區(qū)降水外圍螺旋云雨帶降水熱帶氣旋與其他天氣系統(tǒng)相互作用產(chǎn)生的降水與熱帶氣旋相聯(lián)系的熱帶云團(tuán)的降水影響熱帶氣旋降水的主要因子：熱帶氣旋內(nèi)的水汽含量和水汽輸送，上升運(yùn)動(dòng)和大氣穩(wěn)定度。它的直接制造者是熱帶氣旋中的中小尺度系統(tǒng)(如切變線、輻合線、中低壓等)。在云墻區(qū)，大氣最不穩(wěn)定，上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，中小尺度擾動(dòng)活躍，所以這里降水劇烈，而且愈近中心降水量愈大，特別是在眼區(qū)周圍暴雨強(qiáng)度最大。熱帶氣旋眼內(nèi)由于下沉增溫、相對(duì)濕度小，故一般無雨，但在填塞階段有云層充塞并發(fā)展時(shí)，也可有降水發(fā)生。登陸后熱帶氣旋暴雨常常會(huì)突然增幅臺(tái)風(fēng)特大暴雨駐馬店75.8大暴雨天氣形勢(shì)臺(tái)風(fēng)大暴雨的典型天氣形勢(shì)：臺(tái)風(fēng)倒槽2.熱帶氣旋大風(fēng)熱帶氣旋的風(fēng)速有很大的陣性，其瞬時(shí)極大風(fēng)速和極小風(fēng)速之差可達(dá)30m/s以上，強(qiáng)熱帶氣旋的平均最大風(fēng)速常常可達(dá)60-70m/s，有的最大風(fēng)速可達(dá)100m/s以上。危險(xiǎn)半圓熱帶氣旋的風(fēng)速分布并不均勻，這與氣旋周圍的氣壓場分布有關(guān)，一般來說，熱帶氣旋的右前方往往和副熱帶高壓相鄰，在這里水平氣壓梯度最大，最大風(fēng)速區(qū)也出現(xiàn)在這里。熱帶氣旋登陸后，由于摩擦加大和水汽供應(yīng)減少，強(qiáng)度都要減弱。登陸后熱帶氣旋的風(fēng)速受地形影響較大，一般講，平原地區(qū)的風(fēng)速比山區(qū)大。我國是臺(tái)風(fēng)風(fēng)災(zāi)最為嚴(yán)重國家之一

據(jù)統(tǒng)計(jì)在1982-1990年間我國死于臺(tái)風(fēng)風(fēng)災(zāi)的年均463人年均直接經(jīng)濟(jì)損失約41.6億人民幣。風(fēng)災(zāi)3.風(fēng)暴潮熱帶氣旋可造成海上巨大的波浪。波浪的大小與風(fēng)速及大風(fēng)持續(xù)時(shí)間成正比。一般風(fēng)力達(dá)8級(jí)的熱帶低壓，浪高可達(dá)4米；風(fēng)力12級(jí)的臺(tái)風(fēng)，浪高可達(dá)15米。越近臺(tái)風(fēng)中心，浪高越大：熱帶氣旋前進(jìn)方向的右側(cè)比左側(cè)大，最大浪高出現(xiàn)在右后方距中心約20-50浬的地方。這是因?yàn)橐话銦釒庑L(fēng)力右側(cè)比左側(cè)大，而且右側(cè)的波向和熱帶氣旋的移向一致。當(dāng)波浪離開熱帶氣旋向四周傳播時(shí)，由于風(fēng)力的減小和能量消耗，浪高逐漸減小，波峰變圓，周期變長，形成長浪。長浪增幅到一定程度就是所謂的“風(fēng)暴潮”。我國是臺(tái)風(fēng)災(zāi)害最為深重的國家之一.臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的類型:狂風(fēng)（32-100m/s）特大暴雨（200mm/day以上）風(fēng)暴潮（潮位高出海平面5-6米）

熱帶氣旋

熱帶氣旋§5.1.4熱帶氣旋的發(fā)生與發(fā)展1.熱帶氣旋形成的必要條件初始擾動(dòng)暖性洋面：海水溫度＞26.5℃地轉(zhuǎn)偏向力作用：距赤道5個(gè)緯距以上對(duì)流層風(fēng)垂直切變小臺(tái)風(fēng)形成（1）初始擾動(dòng)是熱帶氣旋的“胚胎”。在西太平洋和南海地區(qū)熱帶輻合帶中的擾動(dòng)?xùn)|風(fēng)波中高緯長波槽中的切斷低壓，或高空冷渦斜壓性擾動(dòng)（2）廣闊的高溫洋面，是熱帶氣旋形成的重要的基本條件。因?yàn)榕难竺妫N(yùn)藏著較大的熱量，海面蒸發(fā)也旺盛，通過海氣間的湍流輸送，空氣的溫度升高，濕度變化，并且氣層變?yōu)闂l件性不穩(wěn)定層結(jié)。這種空氣層中，一旦低層空氣受到擾動(dòng)抬升到自由對(duì)流高度后，氣塊就加速上升，為積云對(duì)流和熱量、水汽的向上輸送提供了十分有利的條件。通過積云對(duì)流釋放出大量的凝結(jié)潛熱，熱帶氣旋得以發(fā)展和維持。熱帶氣旋只能在海面溫度大于26.5C的區(qū)域發(fā)生。在西北太平洋全年都是高海溫，所以熱帶氣旋發(fā)生最頻繁；在東南太平洋，由于全年海溫低于26.5C，沒有熱帶氣旋發(fā)生。熱帶氣旋的形成不僅與海面溫度有關(guān)，而且與海面以下的水溫垂直結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般從海面至60m深處的水溫要超過26C，才可能形成熱帶氣旋。要形成熱帶氣旋，不僅能量的供給要大量，而且必須是持續(xù)的。具有較廣闊的海域才可能提供充足的水汽來源，以保證不穩(wěn)定潛能的供給。（3）地轉(zhuǎn)偏向力的作用由簡化的渦度方程(5.1)式，對(duì)給定的輻合值，渦度隨時(shí)間的變化正比于絕對(duì)渦度的大小。在赤道上，f=0，近赤道附近f≈0，而在擾動(dòng)的初期ζ≈0，這時(shí)雖有一定的輻合流場，仍然有dζ/dt≈0，即擾動(dòng)的渦度不會(huì)增加。離開赤道一定緯度的地區(qū)f≠0，輻合能引起渦度的增加。（4）較小的風(fēng)速垂直切變這是因?yàn)?，如果風(fēng)速的垂直切變小，上下層空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)很小，則凝結(jié)釋放的潛熱始終加熱一個(gè)有限范圍內(nèi)的氣柱，使之很快增暖形成暖心結(jié)構(gòu)。如果風(fēng)速的垂直切變很大，則通風(fēng)顯著，在對(duì)流層中釋放出來的大量潛熱就要被平流出去，使得熱量無法在擾動(dòng)區(qū)內(nèi)集中，不利于形成暖性結(jié)構(gòu)。2.熱帶氣旋形成的物理機(jī)制

——第二類條件不穩(wěn)定熱帶氣旋發(fā)生發(fā)展的能量來源主要是凝結(jié)潛熱，潛熱和熱帶氣旋動(dòng)能之間轉(zhuǎn)換的物理機(jī)制-CISK機(jī)制.CISK機(jī)制（第二類條件不穩(wěn)定）：在海洋上由于摩擦作用，產(chǎn)生低空的水汽向內(nèi)的水平輻合流入和向上輸送，形成積云對(duì)流。積云單體通過凝結(jié)潛熱釋放，使大氣層增暖，高層質(zhì)量流出輻散，引起地面氣壓降低，從而增強(qiáng)低空氣旋性環(huán)流。在邊界層摩擦作用下，向中心的風(fēng)分量增加，這使得低空的輻合增強(qiáng)，輻合引起更多的積雨云，釋放更多的潛熱，從而使地面氣壓能繼續(xù)下降。如此循環(huán)下去。這種由積云對(duì)流和大尺度擾動(dòng)兩者相互作用所產(chǎn)生的不穩(wěn)定，稱為第二類條件性不穩(wěn)定，縮寫為CISK。在積云對(duì)流和熱帶低壓的相互作用過程中，邊界層摩擦不只是消耗能量的因子，而且通過艾克曼抽吸和積云對(duì)流成為能量的制造者。上述第二類條件性不穩(wěn)定理論中，高空輻散是由于行星邊界層內(nèi)摩擦輻合導(dǎo)致上升運(yùn)動(dòng)氣柱增暖而產(chǎn)生的。但是，天氣實(shí)踐表明，高空輻散氣流也常由于其他環(huán)境因子造成，它對(duì)于熱帶氣旋得到進(jìn)一步發(fā)展起了重要作用。從200hPa流場考慮，有三種情況有利于低層擾動(dòng)發(fā)展成熱帶氣旋：在副高南側(cè)高空東風(fēng)流出氣流的下方，反氣旋性曲率沿氣流增加的地方；在西風(fēng)槽前高層流出氣流的下方；在洋中槽和東風(fēng)流出氣流的下方。3.熱帶氣旋的消亡和變性影響熱帶氣旋消亡和變性的主要原因是能量來源的枯竭和環(huán)流形勢(shì)的變化，其顯著的特征是暖心結(jié)構(gòu)被破壞。登陸后消失在海上消失變性為溫帶氣旋熱帶氣旋登陸后消失的機(jī)制：熱帶氣旋登陸后，海洋熱源被切斷，水汽供應(yīng)和輻合減少，垂直向上輸送也隨之減少，于是積雨云活動(dòng)減弱，高層潛熱釋放減少，因而使暖心結(jié)構(gòu)減弱和被破壞，結(jié)果斜壓性漸弱，動(dòng)能制造減少，同時(shí)在高層向外徑向流出也減少，因而導(dǎo)致低層輻合大于高層輻散，這樣整個(gè)熱帶氣旋區(qū)有凈的質(zhì)量輻合，氣壓上升，熱帶氣旋漸趨填塞。海上消失的原因有的是由于熱帶氣旋沒有發(fā)展成熟，強(qiáng)度較弱，當(dāng)它北移入副高脊的薄弱部位時(shí)，下沉氣流破壞了熱帶氣旋的環(huán)流；有些是因?yàn)橛袕?qiáng)冷空氣從熱帶氣旋北部侵入，所以熱帶氣旋減弱填塞。熱帶氣旋的變性熱帶氣旋北移進(jìn)入西風(fēng)帶后，如有冷空氣從熱帶氣旋西北部侵入，則熱帶氣旋可能演變成溫帶鋒面氣旋。這種變性氣旋往往還會(huì)發(fā)展，其能量一方面來自潛熱的釋放，另一方面還來自位能的釋放?！?.1.5熱帶氣旋的移動(dòng)1.影響熱帶氣旋移動(dòng)的各種力（5.7）熱帶氣旋的移動(dòng)由作用于整個(gè)熱帶氣旋的科氏力、背景場的氣壓梯度力和內(nèi)力決定。（5.7）熱帶氣旋運(yùn)動(dòng)的物理因子分析（5.7）第一部分第二部分第三部分由此可見，對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱的熱帶氣旋，由于內(nèi)部空氣質(zhì)點(diǎn)受地轉(zhuǎn)偏向力和氣旋內(nèi)上升運(yùn)動(dòng)的作用，存在著向西北方向的力，也就是受內(nèi)力的作用，熱帶氣旋向西北方向移動(dòng)。引起熱帶氣旋加速運(yùn)動(dòng)的因子有外力（地轉(zhuǎn)偏向力和大型流場的氣壓梯度力）和