天气学原理-低纬度和高原环流系统课件

1、第九章 低纬度和高原环流系统 概 述 低纬度大气运动的基本特征 太平洋副热带高压 南亚高压 赤道辐合带 台 风第九章 低纬度和高原环流系统 概 述本章重点：西太平洋副热带高压的变动规律及其对我国大气的影响南亚高压的结构和变动特征台风本章重点： 一低纬度地区的划分低纬度地区：一般指30N-30S以内地区， 其中包括热带、副热带概 述 一低纬度地区的划分概 述热带地区：南北半球副热带高压之间所包括的地区，即赤道两侧盛行东风的地带，随季节南北变动。副热带地区：盛行东风带与中纬度盛行西风带之间的过度区，即副热带高压活动的区域。热带地区：南北半球副热带高压之间所包括的地区，即赤道两侧盛行二、意义： 低纬

2、度地区约占全球的一半，其中四分之三左右是海洋。该区的辐射收入大于支出，其盈余的热量，可通过大气和海洋输送到中、高纬度地区，因此，热带地区是全球大气运动的能量和水汽的输送的主要源地。热带大气还从地表得到角动量，所以热带地区又是大气角动量的源区之一。二、意义： 3. 低纬地区许多天气系统直接影响中高纬地区：热带地区的大气环流除哈得来环流和信风环流外，还有许多大型的环流系统，如热带辐合带、副热带高压和季风环流等。它们的强弱和变化不但影响着热量和角动量的输送，而且影响着天气系统的产生和活动，这对中、高纬度地区和热带地区都有直接的影响。 3. 低纬地区许多天气系统直接影响中高纬地区：热带地区9.1 低纬

3、度大气运动的基本特征 中、低纬大气运动的重要差别 平均气压场和流场 平均温度场和湿度场 铅直环流的纬向不对称特性 9.1 低纬度大气运动的基本特征 中、低纬大气运动的重要一、 中、低纬大气运动的重要差别 低纬度：f很小，不能满足地转风关系，天气尺度系统具有非地转特征，行星尺度运动具有准地转特征。一、 中、低纬大气运动的重要差别2 实际风与地转风比较 实际风与地转风随纬度的变化2 实际风与地转风比较 实际风与地转风随纬度的变化 科里奥利参数很小，气压场的水平梯度比在中、高纬度地区要小，流场的水平差异却十分明显。一个天气系统的发生，往往先出现流场的涡旋，辐合和辐散，以及风的水平切变和铅直切变，气压

4、场则只有当产生强烈的对流运动后，特征才逐渐明显。同中，高纬地区相比，热带流场的变化显得更为重要。 科里奥利参数很小，气压场的水平梯度比在中、高 凝结潜热效应对垂直运动和散度场 具有显著影响。 热带大气中凝结潜热的释放对大尺度 运动系统的水平散度和垂直速度有显 著的影响 凝结潜热效应对垂直运动和散度场1月7月7月北半球亚洲大陆冷高压大西洋、太平洋副高赤道低压槽亚洲热低压大西洋太平洋副高变强明显低压槽南半球大陆热低压大西洋、印度洋、太平洋副高澳洲冷高压大西洋、印度洋、太平洋副高二、平均气压场1月7月7月北亚洲大陆冷高压亚洲热低压南大陆热低压澳洲冷高压一月气压场一月气压场七月气压场七月气压场 流场

5、1 低层（梯度风高度）（1）存在季风（monsoon）： 冬季 亚洲 东北季风 夏季 亚洲 西南季风 信风（trade wind）又称贸易风。（2）热带辐合带（ITCZ）Intertropical Convergenic Zone南北两支信风交汇 地带，随季节南北移动 流场2 对流层高层的风压场冬季：地中海、日本沿海和美国东南部上空三个副热带急流中心，日本沿海上空的急流最强。南太平洋中部、南大西洋中部以及印度洋上空呈现为洋中槽，或称为热带对流层上部槽（TUTT：tropical upper-tropospheric trough）。2 对流层高层的风压场200hPa平均流场（冬季）地中海急流中

6、心日本急流中心美国 东南急流中心洋中槽洋中槽200hPa平均流场（冬季）地中海急流中心日本急流中心美国 夏季：南压高压、墨西哥高压、西非高压、太平洋和大西洋中部的洋中槽，以及亚洲和赤道非洲上空的热带东风急流夏季：南压高压、墨西哥高压、西非高压、太平洋和大西洋中部的洋200hPa平均流场（夏季）洋中槽洋中槽墨西哥高压西非高压南压高压200hPa平均流场（夏季）洋中槽洋中槽墨西哥高压西非高压南三、平均温度场和湿度场 温度场特点：温度水平分布均匀，年 较差小三、平均温度场和湿度场12月2月300hPa温度分布图W表示暖，C表示冷12月2月300hPa温度分布图暖区冷舌冷舌暖区暖区6月8月300hPa

7、温度分布图W表示暖，C表示冷暖区冷舌冷舌暖区暖区6月8月300hPa温度分布图 湿度场特点： 潮湿，相对湿度百分之七十以上。逆温层以上干，以下湿。 冬季：有三个比湿大值区 夏季：两个比湿大值区 湿度场特点：850hPa比湿分布图M表示暖，D表示冷 一月 七月850hPa比湿分布图 一月 七月9.2 太平洋副热带高压副热带高压：出现于对流层中下层，位于大洋上的暖性高压按惯例称为副热带高压高原高压（大陆高压）：出现在对流层上层，位于高原大陆上的暖高压称为高原高压。9.2 太平洋副热带高压副热带高压：出现于对流层中下层，位 太平洋副热带高压的概况与结构 西太平洋副热带高压的变动与我 国天气的关系 太

8、平洋副热带高压的概况与结构一 太平洋副热带高压的概况与结构太平洋副热带高压的概况1.定义：形成和活动于副热带地区的暖性 高压，是控制副热带地区的大型 天气系统，是大气环流的重要成 员之一。2.概况 常年存在，稳定少动的深厚暖性 系统，夏季强大范围广，冬季比 较弱，范围小一 太平洋副热带高压的概况与结构3.表现：中层最明显（500hpa）太平洋副高：对我国影响最大大西洋副高北非副高3.表现：中层最明显（500hpa）北半球7月500hPa平均等高线北半球7月500hPa平均等高线4表达：（1）500hpa：588位势什米包围的区域。 700hpa：316位势什米包围的区域。 850hpa：148

9、位势什米包围的区域。（2）脊线的位置：东西风分界线，靠近 120E（3）卫星云图：黑色无云或黑色少云区。4表达： 太平洋副热带高压的结构 1 温度场及湿度场温度：暖区，暖中心与高压中心不完全重 合。低层有逆温存在。湿度：脊中比较干燥，南北两侧有湿区， 逆温层底部 湿度大，上部湿度比 较小。天气学原理低纬度和高原环流系统课件 2. 副高脊线 西西南-东东北走向 500百帕以下各层都较一致，纬度位置随高度有很大变化：冬季，从地面向上，副热带高压脊轴线随高度向南倾斜，到300百帕以后，转为向北倾斜；夏季，对流层中部以下多向北倾斜，向上则垂直，较高层后又向南倾斜。 2. 副高脊线3. 风场 太平洋副热

10、带高压脊线附近气压梯度较小，水平风速也较小；而其南北两侧的气压梯度较大，水平风速也较大。南北两侧有急流。3. 风场1958年8月21日沿115E剖面东西向风速分量1958年8月21日沿115E剖面东西向风速分量4 涡度场与散度场 在各高度上，相对涡度的分布，在副热带高压区内基本上都是负值，而且涡度场相对于高压表现得很匀称。负涡度区的范围和强度均随高度而增大。4 涡度场与散度场1959年8月21日08时沿117.5E剖面上相对涡度1959年8月21日08时沿117.5E剖面上相对涡度 高压内部的散度场分布要比涡度场复杂。总之，在高压区内，低层以辐散占优势，但主要位于高压南部，而北部尤其而北侧多为

11、辐合区。高层内，北部为辐散，南部为辐合，并扩展到中心部分，辐合辐散强度均很大。 高压内部的散度场分布要比涡度场复杂。总之，在1959年8月21日08时沿117.5E剖面上的散度1959年8月21日08时沿117.5E剖面上的散度5. 垂直速度 副高南部，辐散下沉，潮湿。中心附近下沉逆温存在。 在对流层中上层，高压脊轴南侧存在着广大的下沉运动，北侧及脊轴附近有上升运动，再北侧又有下沉运动，因之在高压脊轴附近有一反（经圈）环流，而其两侧各有一正（经圈）环流。5. 垂直速度1959年8月21日08时沿117.5E南北剖面图（点划线为高压脊轴线）1959年8月21日08时沿117.5E南北剖面图（点划

12、线二. 西太平洋副热带高压的变动与 我国天气的关系 西太平洋副热带高压的变动 1. 副高的表示 （1） 副高脊线：副高内东西风分界线，在副高脊线上，东西风速为零，我国常用120E上副高脊线所在纬度变化来表示副高的南北移动。二. 西太平洋副热带高压的变动与（2）副高西伸脊点：500hPa月平均图上， 588线最西端所在的经度表示副高西伸 脊点的位置。（3）面积指数：取500hPa 月平均图上10N 以北，110-180E 范围内588线所包含 的范围，用来表示副高的强度。2 副高脊线季节性变动对我国天气的影响 （多年平均）天气学原理低纬度和高原环流系统课件副高脊线（110-130E）天气4-5月

13、,15N附近华南进入雨季6月中旬,第一次北抬20N左右江淮出现梅雨，华南雨季结束，相对干旱7月上中旬，第二次北跳25N左右梅雨结束，雨带移到黄淮流域，热带天气系统活跃8月初,北移到30-35N华北东北雨季，长江流域伏旱9月上旬，迅速南撤25N雨带回到淮河流域，华西出现秋雨9月底10月初，南撤到20N以南秋雨结束副高脊线（110-130E）天气4-5月,15N附近华南3.中-短期变动： 东-西进退：西伸北进，东撤南退 形态变化3.中-短期变动： 9.3 南亚高压定义：南亚高压是夏季出现在青藏高原及邻近地区上空的对流层上部的大型高压系统，又称青藏高压或亚洲季风高压 9.3 南亚高压定义：南亚高压是

14、夏季出现在青藏高原及邻南亚高压的结构特征南亚高压的活动特征 南亚高压对我国和亚洲天气的影响南亚高压的结构特征南亚高压的结构特征 形成：高原热力作用 结构特点：1.具有行星尺度的反气旋环流2.是对流层上部的暖高压3.具有独特的垂直环流4.具有潮湿不稳定特征，对流活动非常活跃南亚高压的结构特征二. 南亚高压的活动特征 1、 季节性变化 2、 短中期变化：东西振荡。二. 南亚高压的活动特征 南亚高压在夏季期间变动可分为三个基本的天气型过程：东部型过程：中心位于90N 以东西部型过程：中心位于90N 以西带状型过程：过度型南亚高压在夏季期间变动可分为三个基本的天气型过程：三.南亚高压对我国和亚洲天气的

15、影响 南亚高压脊线的位置和变动与我国主要 雨带位置和季节性变化有密切关系。 南亚高压主要中心的位置和东西振荡与 我国主要雨带中的中期变化也有密切的 关系。三.南亚高压对我国和亚洲天气的影响 南亚高压进入高原到退出高原之间的 时期，刚好是高原的雨季。 南亚高压与日本夏季的天气也有密切 关系。 南亚高压和印度季风槽的活动也有密 切关系。天气学原理低纬度和高原环流系统课件比较南亚高压与西太平洋副高的异同相同点暖高压系统；位于副热带；季节变化；夏季最强；准双周振荡；与中国雨带关系密切。比较南亚高压与西太平洋副高的异同相同点 南亚高压 西太平洋副高尺度 行星尺度（超长波系统） 天气尺度（长波系统）高度

16、对流层上层（100hPa） 对流层中下层 （500hPa以下）结构 下层热低压，上层暖高压 下层暖高压， 上层洋中槽对应 下层强对流，坏天气 晴好，高温天气天气 垂直环流 整层上升，季风环流圈 热力Hadley环流 形成因子 热力因子为主 动力因子为主 南亚高压 西太平9.4 赤道辐合带 概况 ITCZ的季节变化 ITCZ的短期变化 ITCZ结构与天气9.4 赤道辐合带 概况一概况1 定义：赤道辐合带又称热带辐合带、赤道锋，赤道槽，是南北半球两个副热带高压之间气压最低、气流汇合的地带，也是热带地区主要的、持久的大型天气系统，有时甚至可以环绕地球一圈。一概况2 分类：（1）信风带：南半球东南信风

17、和北半球东 北信风汇合的地带，辐合带中吹东风（2）无风带：南半球东南信风越赤道后转 向为西风，和北半球东北信风汇合的 地带，风很小，几乎静风。也叫静风 辐合带，静风赤道槽2 分类：南北半球赤道辐合带模式南北半球赤道辐合带模式二ITCZ的季节变化 主要是季风辐合带的变化， 信风辐合带位置变化不大 冬季：偏南 夏季：偏北二ITCZ的季节变化三ITCZ的短期变化： 不活跃型云系：分布散乱的信风云系。ITCZ由SE和NE汇合而成，ITCZ呈东西走向，不利于台风的发生发展。 活跃型南半球冷空气强，ITCZ偏北。三ITCZ的短期变化：四ITCZ结构与天气 结构： 1.绝大多数随高度向南倾斜，也有几乎 近于

18、垂直的。 2.与湿中心相结合,位于ITCZ的南侧。 3.温差很小，一般小于3。 4.ITCZ中高层以辐散为主，低层以辐合 为主。 天气： 降水天气分布不连续。四ITCZ结构与天气9.5 台 风 概述 台风的结构 台风的形成与发展9.5 台 风 概述一 概述1 定义：发生在热带海洋上空具有暖中心结构的强烈气旋性涡旋，总伴有狂风暴雨，常给受影响地区造成严重灾害。水平尺度：大的直径在1000Km以上（最外围的闭合等压线）；小的直径只有200-300Km(豆台风)。 垂直伸展：气旋性环流一般都可伸展到300-100hPa（9-16Km）。一 概述 西太平洋上（中、日等国）称其为台风Typhoon；东太

19、平洋上（欧美等国）称其为飓风Hurricane；印度洋上（印度等阿拉伯国家）称其为热带风暴。就全球来说每年发生80个台风（包括热带风暴），其中北半球的台风（占全球总数的73%）明显多于南半球（占27%），而且无论北半球南半球，台风大多数发生在大洋的西部。 西太平洋上（中、日等国）称其为台风2 台风源地主要在赤道两侧低纬地带的 八个海区1.西北太平洋（包括南海）36% ； 2.孟加拉湾10%；3.阿拉伯海3%； 4.西北大西洋11%；2 台风源地主要在赤道两侧低纬地带的 八个海区1.西北太5.东北太平洋16%； 6.西南太平洋11%；7.东印度洋3%； 8.西南印度洋10%。 而南太平洋和东南太

20、平洋则极少有台风生成，赤道上也没有台风生成，绝大部分台风出现在南北纬5-20地区。5.东北太平洋16%； 热带低压（TD）：中心附近最大风力0；最大风速以外，视前两项大小而定。低层涡度场特性天气学原理低纬度和高原环流系统课件（四）台风区温度场特征 台风热力性质的主要特征：具有暖中心结构。 发展成熟的台风，在台风眼区的对流层中上层，有明显的暖核存在，一般台风在这一高度上，眼区温度都可高出周围10以上，暖核一般都出现在300hPa至200hPa高度上，在眼壁附近，半径为20-50公里的环形带上，有非常强的（径向温度梯度）存在，曾探测到8-9/20-30Km的记录。 （四）台风区温度场特征 台风热力

21、性质的主要特 1964年10月1日Hilla飓风的温度距平垂直剖面（C）相对于平均热带大气 1964年10月1日Hilla飓风的温度距平垂直剖面（五）云墙和螺旋云带台风眼区外围的一个圆环状的云区称云墙或眼壁。云墙宽度一般为2030Km，云高一般可达15Km，上升速度可达513m/s，最强降水及破坏性最大的风边都发生在这里。外侧云带宽窄不一，可由十多公里到数百公里，分布疏密不一，都是由对流云群组成的，发展着的台风常拖有很长的尾巴，其实际上也即是水汽输送带。（五）云墙和螺旋云带台风眼区外围的一个圆环状的云区称云墙或眼台风眼及云墙区的形成 在台风外围的低层，有数支同台风区等压线呈10-20度交角的螺

22、旋状气流卷入台风区，辐合上升，促使对流云系发展，形成台风外层区的外云带和内云带，相应云系有数条螺旋状雨带。 按角动量守恒原理，卷入气流越向台风内部旋进，切向风速也越大，则地转偏向力，在离台风中心一定距离处，气压梯度力同离心力和科氏力平衡，气流不再旋进，于是大量的潮湿空气被迫强烈上升，形成环绕中心的高耸云墙，云墙的积雨云顶可高达19公里，这就是云墙区。台风眼及云墙区的形成 在台风外围的低层，有数 台风中最大风速发生在云墙的内侧，最大暴雨发生在云墙区，凝结潜热增暖了空气柱，使地面气压急剧下降，低层径向气压梯度加大，而当云墙区的上升气流到达高空后，由于气压梯度随高度的减弱，气压梯度力不再与离心力和柯

23、氏力平衡，大量空气被迫外抛，形成流出层，只有小部分空气向内流入台风中心，并下沉，造成晴朗的台风中心，这就是台风眼区。 台风中最大风速发生在云墙的内侧，最大暴雨发生在云 眼区形成示意图（P-气压梯度力，A-柯氏力，C-离心力，V-切向速度）DPACV 眼区形成示意图（P-气压梯度4.台风云系特征眼区：下沉气流，云淡风轻； 水汽多，逆温层下产生层积云云墙：强对流，积雨云台风边缘：多为辐射状的高云和积状的中低云4.台风云系特征眼区：下沉气流，云淡风轻；5.热带气旋天气热带气旋降水 热带气旋眼区周围云墙区降水（内雨带） 热带气旋眼区外围螺旋云雨带降水（外雨带） 热带气旋和其他系统（西风带系统或热带系统

24、） 相互作用产生的降水 地形影响（抬升、摩擦辐合）热带气旋大风和风暴潮风速分布不均匀：与周围气压形势有关；登陆后风减小；受地形影响大：海上比平原风大，平原比山区风大。暴雨增幅自身降水5.热带气旋天气热带气旋降水暴雨增幅自身降水均为天气尺度系统均为地面低压系统风均绕其中心逆时针方向旋转都产生大风、降水天气低纬度的热带气旋与中纬度的温带气旋共同点低纬度的热带气旋与中纬度的温带气旋共同点热带气旋与温带气旋的比较不同点热带气旋温带气旋能量来源下垫面暖洋面及潜热释放水平温度梯度（斜压能）垂直结构暖心结构，台风强度随高度递减，地面的低压到高空（12KM）变为高压强度随高度加强，中纬度气旋上空的西侧往往对应冷的高空低压或槽中心往往有眼区，且气流下沉一般无眼区，且中心气流上升强风最大的风在近地面最强风出现在高空急流处天气图上从天气图上看，热带气旋等压线更近环形，风更强，梯度更大，尺寸较小等压线非规则环形，风较小，梯度较小，但水平尺度较大性质无锋面有锋面热带气旋与温带气旋的比较不同点热带气旋温带气旋能量来源下垫面仰视图仰视图眼壁眼壁螺旋云带螺旋云带2019年第02号台风(珊瑚) 05月24日20时(北京时间)，此台风的中心位置在北纬20.6度，东经138.8度，中心气压 975百帕，近中心最大风速33米/秒，移向 东北偏北 ，移速 13公里/小时,七级大风圈半径260公里