高等天气学：第6讲 温带气旋的形成和爆发性发展.pptx

高等天气学讲座（2017年春季） 单元二：中纬度天气系统; 主要内容; 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。; ;ERA40数据获得的1958-2001年北半球温带气旋年均活动频率（与风暴活动路径有关） （单位：101次数/2.5°lon×2.5°lat/年）;蒙古地区;活跃在中国的温带气旋;注：k-means聚类分析获得的东亚主要气旋路径 （三角形为路径的起点，阴影区为每条路径纬向1个方差的影响区域）;东亚温带气旋生命期;MAM;1 温带气旋的发生发展的类型与大尺度结构; 第一类是经典的锋面波动发展成气旋的过程（在平直的锋区上由于斜压不稳定使扰动发展。温度平流起主要作用） 特征： （1）锋区或最大斜压区位于近于平直的高空气流下（没有明显的涡度 平流）开始发展； （2）最初没有高空冷槽存在，但当地面气旋发展时，槽加强。在气旋 未达到最大强度之前，高空槽和低层气旋间的距离明显保持不变； （3）高空涡度平流数值最初很小，并且在整个发展过程中一直保持较 小，气旋加强的主要作用是温度平流； (4) 对流层下部的斜压性开始时大，锢囚时小； （5）发展的最终结果是达到经典的锢囚气旋；一般认为这类气旋的发 展由斜压不稳定使扰动增幅引起。发展是从低层开始的，在发展 中具有明显的锋区和斜压性。; 图6.1 （A）理想的气旋模型 Bjerknes（1919）Bjerknes and Solberg（1921, 1926）;图例;图6.1（C）挪威气旋模式给出的一个中纬气旋的演变示意图，（a） 作为背景场的极锋。（b）初生气旋扰动。（c）成熟阶段。（d）锢囚阶段。细实线是海平面气压等压线，箭头是地面风向量。右侧的小图代表（c）与（d）之间的早期锢囚时期，暖??在缩小，上抬。;（C. Donald Ahrens， 2011）;图6.1(E) （a）暖性锢囚，此时冷锋在暖锋之上上升，在近地面留下的是一暖性锢囚锋（静止不动之意）（b）冷性锢囚，此时暖锋在冷锋之上上升，地面留下一冷性锢囚锋。 ;图6.1（F）挪威气旋学派给出的冷锋（a）和暖锋（b）天气分布。右上角小图是该锋面（A-A’）在气旋中的位置。;;第二类气旋发生发展的启动机制主要在高空（高空槽前的强涡度平流叠加在地面低压上空时，气旋开始发展。） 特征： （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。;图6.2（A) 气旋发展的几个阶段。当??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 ;图6.2（B) 温带气旋不同发展阶段与高空流场的联系 （A S，2011）;图6.2（C)上图：气旋首先在地面发展。等值线间隔：4hPa。实线：海平面等压线；虚线：1000-500hPa厚度线，阴影区：连续降水区；箭头：700hPa垂直运动方向和量值。波状线：卫星上看到的密蔽云区。下图：相应于地面锋的500hPa高度（实线：120dam）和涡度（虚线：2单位）分布。叉号代表涡度最大值（16单位）。粗箭头是地转风最大值。;阶段2（开波阶段）;阶段3（成熟气旋，锢囚阶段，自我约束-self-limitation）;阶段4;第一类和第二类温带气旋发生机制小结;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） 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）这类气旋通常形在一条延续的锋面上，能接连发生，