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1、第五章 天气系统（2）,资源与环境科学学院地理系,2006-11-21,2,2 中高纬度天气系统,一、高空主要天气系统 大气长波 阻塞高压和切断低压 极地涡旋 高空低压槽和切变线 二、温带气旋和反气旋 温带气旋的结构、天气、发生发展 冷性反气旋、移动性反气旋,2006-11-21,3,一、高空主要天气系统,中高纬度的对流层上空盛行着波状西风气流，由于高空大气满足地转平衡，所以波状流型的波谷对应于低压槽，波峰对应于高压脊。 西风带的波动大体上分为两类：一是波长比较长的长波；二是叠加在长波上的波长比较短的短波。在长波、短波发展演变过程中，有时形成闭合的高压和低压。这些长波、短波和闭合高压、低压系统
2、不仅相互联系，而且可以相互转化，共同构成了中高纬度高空的主要天气系统。,2006-11-21,4,1、大气长波,是指波长较长、波幅较大、移动较慢、维持时间较长的波动。 长波在高空图上同等高线的波状型相对应，等温线也呈波形，一般 情况下等温线的位 相稍稍落后于等高 线，具有冷槽、暖 脊的温压场结构。,长波一般在50007000km，因而围绕着中高纬的纬圈可出现36个长波。长波自西向东移动，移速较慢，通常1天不超过10个经度。长波维持的时间一般35天以上。,槽线,槽线,脊线,脊线,极涡 D,副高 G,槽前是暖平流，槽前脊后上升运动，阴雨天气,槽后是冷平流，槽后脊前下沉运动，晴朗天气,2006-11
3、-21,6,活动与中国的高空槽：西北槽、青藏槽、印缅槽,2006-11-21,7,2、阻塞高压和切断低压,1）阻塞高压阻高 在高空槽脊的发展演变过程中，当脊不断北伸，向北加强时，其南部与暖空气的联系会被冷空气切断，在脊的北边出现闭合的高压环流，形成暖高压中心，称为阻塞高压。通常把阻塞高压出现后的大范围环流形势称为阻塞形势。 阻塞高压是温压场比较对称的深厚的暖性高压。特征： 有闭合的高压中心，并位于50N以北。 维持的平均时间为57天，有时可达20天以上。 沿纬向移动每天不超过78个经度，常呈准静止状态，有时甚至向西倒退。,2006-11-21,8,2）切断低压 在高空槽脊的发展演变过程中，当槽
4、不断向南加深时，其北部与冷空气的联系会被暖空气切断，在槽的南边形成闭合的低压环流，形成冷低压中心，称为切断低压。 它常常和阻塞高压相伴生成，并位于阻高的东南或西南侧，与阻高共同构成了大气环流中阻塞形势。也有的切断低压单独出现，并没有显著的阻高存在，只西侧有一较强的高压脊或闭合高压。,2006-11-21,9,阻塞高压和切断低压的发展,2006-11-21,10,阻高控制下的天气一般是晴朗的，但阻高的不同部位由于运行气流属性的差异，形成的天气有所不同。高压东部盛行偏北气流，有冷平流和下沉运动，天气以冷晴为主。西部盛行偏南气流，有暖平流和上升运动，天气较暖且多云雨。南北两侧多稳定的西风气流，并常伴
5、有短波活动，天气时阴、时晴。,切断低压内的天气因部位不同而有差异。低压前部（东和东南侧）因低层有冷暖空气交汇，常有锋面气旋波动发生，有云雨天气出现。后部（西侧）因不断有冷空气南下，常有冷锋和切变线生成，有阵性降水出现。,2006-11-21,11,2006-11-21,12,3、极地涡旋极涡,是极地高空冷性大型涡旋系统，是极区大气环流的组成部分。其位置、强度以及移动不仅对极区，而且对高纬地区的天气都有明显影响。 极地是地球的冷极，也是大气的冷源，因而在极地低空形成冷性高压，在极地上空则形成冷性低压。当极涡偏离极地向南移动时，常导致锋区位置比平均情况偏南，寒潮活动增多、增强。据统计，在10个冬半
6、年影响我国的171次寒潮中，有102次是亚洲上空出现持久极涡，其中6次强寒潮过程都与极涡在亚洲上空的位置明显偏南相关,2006-11-21,13,4、高空低压槽和切变线（短波）,1）高空低压槽又称高空槽 是活动在对流层中层西风带上的短波槽。一年四季都会出现，春季频繁。高空槽的波长大约1000多km，自西向东移动。槽前盛行暖湿的西南气流，常成云致雨。槽后盛行干冷的西北气流，多晴冷天气。一次高空槽活动反映了不同纬度间冷、暖空气的一次交换过程，给中、高纬地区造成阴雨和大风天气。 活动于我国的高空槽有西北槽、青藏槽和印缅槽，它们大多从上游移来，很少产生于我国。在纬向环流比较平直时，高空槽一个接一个的东
7、移，易造成阴晴相间周期变化的天气。如果移动过程中受高压所阻，将减速或停滞，可能造成持续性降水。,2006-11-21,14,2）切变线 指风向或风速分布的不连续线，是发生在850hPa或700hPa等压面上的天气系统。 切变线两侧风向构成气旋式切变，但两侧的温度梯度却很小，这是切变线与锋的主要差别。 随着切变线两侧气流的强弱变化可以相互转化。切变线上的气流呈气旋式环流，水平气流辐合明显，利于发展上升气流，产生云雨天气。 切变线在一年中各个季节都可能出现，以冷、暖空气频繁活动的晚春、初夏为多。是我国暖季重要的降水天气系统。,根据切变线附近的风场形式一般划分为三种类型： a.冷锋式切变线：偏北风为
8、主，水汽含量少，移动速度快，降水时间不长，降水量不大。 b.暖锋式切变线：气旋性环流强，偏南风含有水汽多，云层厚，降水时间较长，降水量较多，有时还形成雷阵雨和阵性大风。 c.准静止锋式切变线：虽然风向切变很强，但气流辐合较弱，云层相对较薄，降水时间较长，但降水量不大。,2006-11-21,16,请判断下列切变线的类型,2006-11-21,17,例：影響華南及其沿岸海域的颮線通常會在春末夏初時伴隨著南下的冷鋒或低壓槽出現。2005年5月9日影響香港的強烈颮線便是一例。當時香港有超過100宗樹木及棚架倒塌報告。从当天的地面風分佈圖看，當颮線經過时風向由西南風迅速變為西北風(紅色虛線為風向切變線
9、)。,2006-11-21,18,3）低涡冷涡 是出现在中纬度中层大气中的一种强度较弱、范围较小的冷性低压。低涡范围较小，一般只有几百千米。它存在和发展时，在地面图上可诱导出低压或使锋面气旋发展加强。低涡中有较强的辐合上升气流，可产生云雨天气，尤其东部和东南部上升气流最强，云雨天气更为严重。低涡经常出现在我国西北和西南地区，分别称为西北涡和西南涡，成为影响江淮流域甚至华北地区的天气系统。,2006-11-21,19,二、温带气旋和反气旋,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
10、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。,2006-11-21,20,1、气旋 气旋是指在同一高度上中心气压比周围低、占有三度空间的大尺度涡旋。 低压（气压场） 中心气压比周围低 气旋（流场） 气流逆时针旋转（北半球） 气流顺时针旋转（南半球）,2006-11-21,21,温带气旋（锋面气旋）,活动在中高纬地区的气旋，多为锋面气旋。 结构： 锋面气旋是一个呈逆时针方向旋转的涡旋，自中心向前方伸展出一条暖锋，向后方伸展出一条冷锋，冷、暖锋以南为
11、暖空气，以北为冷空气。,2006-11-21,22,锋面气旋天气模式,2006-11-21,23,锋面气旋在对流层的中下层主要是辐合上升的气流，产生云和降水天气。,天气情况：,云：近中心宽、远中心窄,降水：近中心对流云，阵性降水；远中心降水区较宽。,如果暖空气为热带大陆气团，锋面上无降水或出现一些薄云；如果暖空气为热带海洋气团，当空气层结稳定时，锋面上出现一些层云和雾；当空气层结不稳定时，易有对流性天气发展。,风：暖区一侧偏南大风，冷区一侧西北大风，在干燥季节， 伴随大风会出现风沙。,2006-11-21,24,发生和发展：（挪威学派的经典概念模式 ） 1、初生阶段：是具有气旋性切变的准静止锋
12、上的一个小扰动，初始小扰动一旦发生，暖空气稍稍上升到冷空气上面，波峰附近的气压就开始下降 2、发展阶段：在初始扰动发生以后，气压分布有利于在波峰附近形成一个气旋环流。这种环流的一个重要特点，是在波峰后面有一个从冷空气吹向暖空气的分量，而在波峰前面有一个从暖空气吹向冷空气的分量。冷锋向前行进和暖锋向东撤退，使整个锋面波大致沿着摩擦层以上的暖区气流方向前进。随着初始扰动的振幅逐渐增大，同时气旋中心的气压不断降低，周围的环流增强。而且可以看到冷锋一般比暖锋移动得更快。最后冷锋追上暖锋，暖空气完全从地面抬升到高空。这种过程称为“锢囚”，所形成的锋称为锢囚锋。 3、成熟阶段：在锢囚锋的两边，冷气团性质可
13、以有所不同。气旋继续发展，冷锋追上暖锋的地方(即锢囚锋)离气旋中心越来越远，锢囚的范围扩大，气旋的范围也变大，并转变成对流层下部的一个大冷涡，但暖空气仍然在其上空。 4、衰亡阶段：最后气旋大体上成为一个正压涡旋，这时它丧失了锋的特性，并且由于摩擦作用，气旋逐渐消散，整个过程完结。,2006-11-21,25,这个概念模型的一个基本特点，在于它说明了气旋发生发展过程中能量的转换问题。 在锢囚过程期间，最初范围很大的暖空气区域逐渐减小范围，并被入侵的冷空气所替代。在气旋中心附近，整个大气的中心是降低了，所以位能减小，但同时气旋系统的动能却增加了。J.Bjerknes和Solberg认为这种能量转换
14、作用适合于气旋发生的过程。他们说，只有存在一定的气团温度对比(锋面)的条件下，气旋的动能才能增加，在气旋变成完全锢囚的最后阶段，气旋不再发展，这被认为是由于气旋中心附近气团温度对比已经减弱，没有了有效位能的缘故。在这个阶段所有的暖空气都已经被抬升上去了，冷空气下沉并在低层扩展到气旋所占的整个区域。,2006-11-21,26,东亚气旋：沿着对流层500hPa或700hPa气流的方向移动，并最终移向阿留申群岛及其以东的北太平洋海域。,2006-11-21,28,2006-11-21,29,2、反气旋 指在同一高度上中心气压比周围高、占有三度空间的大尺度涡旋。 高压（气压场） 中心气压比周围高 反
15、气旋（流场） 气流顺时针旋转（北半球） 气流逆时针旋转（南半球）,2006-11-21,30,温带反气旋（冷高压）,天气情况： 通常是晴朗的天气，风力不大。有时在夜间或清晨会出现辐射雾，日出后逐渐消散。当有逆温层存在且水汽较多时，逆温层下常出现层云、层积云，产生毛毛雨和雾等天气现象，能见度较坏。外围往往有锋面存在，尤其是在移动性冷高压的外围，其前部（东部或东南部）具有冷锋天气特征，后部（西部）具有暖锋天气特征。,分类,2006-11-21,31,寒潮： 在冬半年里高纬度特定的环流形势下发生的一种大范围剧烈降温现象，冷空气所经之处，将相继出现降温、大风、雨雪或冰冻天气，受影响的范围广，是一种灾害性天气。 中国气象局规定寒潮天气标准：当冷空气过境后，凡气温在24小时内下降10c以上，并且在这一天内，其最低气温又在 5c以下的就称之为寒潮。每次冷空气的强度不同，根据降温幅度大小又有强冷空气和冷空气活动之分。,2006-11-21,32,温带气旋和反气旋是发生在中、高纬度地区与高空锋区相伴出现的。它们的发生、发展和移动同高空天气系统有密切关系。,2006-11-21,33,Thanks!,