第3章 气旋和反气旋

1第三章

气旋和反气旋2要点气旋、反气旋的分类涡度定义自然坐标中涡度的表达式及意义涡度方程及各项的物理意义简化涡度方程式位势倾向方程及各项的物理意义ω方程及各项的物理意义锋面气旋发展的四个阶段（叙述温压场变化）：波动阶段，成熟阶段，锢囚阶段，消亡阶段两类热低压的形成原因3气旋和反气旋的分类

1.气旋地理分类温带气旋热带气旋热力分类锋面气旋热带气旋：台风、热带低压

无锋面气旋地方性气旋下垫面加热地形影响锋前热低压：高空暖平流

4

2.反气旋

地理分类极地反气旋温带反气旋副热带反气旋

热力分类冷性反气旋暖性反气旋5第二节涡度和涡度方程一.涡度涡度——流体质块速度的旋度表达式

1.“z”坐标系相对涡度表达式大气运动主要是准水平，所以垂直涡度是主要的

——①垂直涡度分量克西6

气块做气旋式旋转——正涡度

气块做反气旋式旋转——负涡度

表示整个气块绕垂直轴的旋转73．地转风涡度表达式

8对于槽中的O点94．热成风涡度表达式热成风代入②式得到：——④105．自然坐标系中涡度表达式——直角坐标

=

11取自然坐标系，并取x轴与S轴相切，则β=0

——⑤

：曲率1213

讨论⑤式的各项意义①曲率涡度∵V>0∴Ks>0气旋性曲率正涡度

Ks<0反气旋性曲率负涡度

风速越大，曲率越大——涡度越大14天气图上

槽线上具有曲率涡度极大值

脊线上具有曲率涡度极小值15②切变涡度，气旋式切变，正涡度

，反气旋式切变，负涡度

切变越大，涡度越大16天气图上急流区：

高空西风急流北侧为正涡度

高空西风急流南侧为负涡度176．绝对涡度绝对坐标系

—绝对速度—相对速度—牵连速度有

—绝对涡度—相对涡度—行星涡度∵∴18取自然坐标∴行星涡度的方向与地球自转角速度一致，其大小为地球自转角速度的两倍。19∴绝对涡度其垂直分量注意：北半球中高纬大尺度运动20二、涡度方程

1．“P”坐标系中的垂直涡度方程由水平运动方程做运算：注意：21

绝对涡度个别变化

相对涡度的局地变化——⑩——⑨222．讨论⑩式的物理意义

①相对涡度平流项，正涡度平流，负涡度平流23a.沿着气流方向，相对涡度减小

有正涡度平流，局地涡度增加

b.沿着气流方向，相对涡度增加

有负涡度平流，局地涡度减小24天气图应用槽前脊后有正的相对涡度平流槽后脊前有负的相对涡度平流

槽脊线为涡度平流零线正圆形的高、低压系统涡度平流为零25②地转涡度平流项

北半球f>0,f随纬度增加而增大

f客观分布南小北大26

天气图上的应用：槽前脊后偏南风，有负地转涡度平流

槽后脊前偏北风，有正地转涡度平流

实际上定性判断：短波槽以相对涡度平流为主

长波槽以地转涡度平流为主——稳定，西退27

，相对涡度随高度增加

③相对涡度的垂直输送28，相对涡度随高度减小29④涡度倾侧项

，u随高度减小，在负y方向，产生切变涡度

，ω随y轴增大30∴，水平涡度倾斜（产生正的垂直涡度分量）

，局地涡度增大

反之，水平涡度倾斜，（产生负的垂直涡度分量）

，局地涡度减小31

⑤散度项北半球，（大一个量级）

空气辐合产生正涡度，气流做气旋式旋转空气辐散产生负涡度，气流做反气旋式旋转323，涡度方程的简化上式简化：

——11

33对于不可压缩，水平无辐散大气

绝对涡度守恒。34第三节位势倾向方程与ω方程一、位势倾向方程

1.公式推导：略

——

19位势倾向方程地转风绝对涡度平流厚度平流随高度的变化项非绝热加热随高度的变化项352.讨论19式各项的物理意义

①证明左端项略36②地转风绝对涡度平流（右边第一项）a.地转风相对涡度平流37天气图应用槽前脊后：为正的相对涡度平流，等压面高度降低 槽后脊前：为负的相对涡度平流，等压面高度升高 槽脊线上：涡度平流为零，等压面高度无变化∴相对涡度平流使槽脊东移（短波槽），对槽脊的发展不起作用3839b.地转涡度平流——在长波槽中作用较大在北半球40所以在天气图上：

1）槽前脊后偏南风，，则有负地转涡度平流，等压面位势高度升高

2）槽后脊前偏北风，，则有正地转涡度平流，等压面位势高度降低

3）槽脊线上为西风，地转涡度平流为零，等压面位势高度无变化∴地转涡度平流使槽脊西退（长波槽），对槽脊发展不起作用41

③厚度平流随高度的变化项代入静力学方程有：4243∵在实际大气中,冷暖平流一般随高度减弱∴暖平流层,高空等压面升高,有利于高空脊发展

冷平流层,高空等压面降低,有利于高空槽发展44④非绝热加热随高度的变化项

>0,非绝热加热随高度增加,

等压面位势高度降低

<0,非绝热加热随高度减小,

等压面位势高度升高45二、ω方程１.公式推导：略

——22ω方程

绝对涡度平流随高度的变化厚度平流（或温度平流）的拉普拉斯项

非绝热变化的拉普拉斯

46

2.讨论22式各项的物理意义(1).左端项，同19式类似，同理可证(2).绝对涡度平流随高度变化项

，正绝对涡度平流

，负绝对涡度平流47

——绝对涡度平流随高度增加ω<0，有上升运动

——绝对涡度平流随高度减小ω>0，有下沉运动48天气图应用a）地面低压中心，一般位于高空的槽前脊后，低层涡度平流很小，高层为正涡度平流所以在这个地区涡度平流随高度增加——有上升运动b）地面高压中心，一般位于高空的槽后脊前，低层涡度平流很小，高层为负涡度平流所以在这个地区涡度平流随高度减弱——有下沉运动4950③厚度平流的拉普拉斯项

同理可证：

代入静力学方程5152天气图应用a）高空槽附近（地面低压后部和高压前部）为冷平流区，有下沉运动b）高空脊附近（地面低压前部和高压后部）为暖平流区，有上升运动5354④非绝热加热的拉普拉斯项

同理可证：

非绝热加热：凝结潜热下垫面加热55第四节温带气旋与反气旋一、温带气旋与反气旋发展的物理因子1高空的温度槽脊落后于高度槽脊是斜压性强的发展槽脊

a)冷平流使高空槽加深，暖平流使高空脊加强

b)高空正、负涡度平流使高空槽脊东移

56572对地面气旋和反气旋

1）a地面气旋在高空槽前脊后——有正涡度平流，气旋性涡度增加，整层等压面高度降低，地面减压，气旋发展，伴随上升运动

b地面反气旋在高空槽后脊前——有负涡度平流，反气旋性涡度增加，整层等压面高度升高，地面加压，反气旋发展，伴随下沉运动

2)a高空槽附近的冷平流区——地面加压，使气旋，反气旋东移

b高空脊附近的暖平流区——地面减压，使气旋，反气旋东移583在斜压扰动中

涡度因子使低层系统发展，高层系统移动

热力因子使高层系统移动，低层系统发展59二、温带气旋的发展过程（四个阶段）

图例：

波动阶段成熟阶段锢囚阶段消亡阶段601波动阶段在高空锋区上有发展浅槽，温度槽脊落后于高度槽脊，槽前正涡度平流使地面减压，初生成一根闭合等压线的地面气旋，温度平流使气旋中的冷暖锋形成，并使气旋前部减压，后部加压，所以气旋一面快速东移，一面发展，此时，辐合上升和地面摩擦作用均很小。61波动阶段622成熟阶段温度槽落有于高度槽，温度平流合涡度平流均强烈加强，地面气旋加深，达到最强盛阶段，出现数根闭合等压线，气旋移速减慢，冷暖锋之间暖区缩小，辐合上升和地面摩擦作用增强，但仍不占主导地位。63成熟阶段643锢囚阶段高空槽达到最强，出现闭合低压中心，高空涡度平流减弱，地面减压区偏离气旋中心，温度槽上出现闭合冷中心，并且与高度槽趋于重合，冷暖平流减弱，地面气旋中心逐渐被冷空气控制，暖区抬到空中出现锢囚锋，地面的中心与高空低中心趋于重合，移动缓慢，辐合上升和摩擦作用站主导地位——气旋由地面向高空填塞。65锢囚阶段664，消亡阶段高空冷中心与低中心重合，涡度平流与温度平流很弱，地面低中心与高空低中心重合，成为深厚性低压，锋面脱离气旋消失，辐合和摩擦使气旋填塞而消亡。67消亡阶段68三、温带反气旋的发展过程

1初生阶段

692发展成熟阶段

703消亡阶段①原地减弱消亡②变性减弱71四、气旋的再生与气旋族

1，气旋的再生消亡阶段的气旋，在一定条件下重新得到发展，称为气旋的再生

①副冷锋进入而再生新冷空气加入，斜压性再度加强而锋生7273②两锢囚气旋合并加强涡度迭加而锋生

74③气旋入海而加强

大陆至海上水气增加（凝结潜热）原因：摩擦力减小752气旋族同一条锋系上出现一串气旋系列，称为气旋族76五、气旋与反气旋的天气特征

1锋面气旋的天气——阴雨天气为主气旋前部具有暖锋天气特征气旋后部具有冷锋天气特征气旋的中部和前部辐合上升强——阴雨天气强气旋在发展和锢囚阶段阴雨天气最强77锋面气旋的天气782反气旋天气

反气旋中心——晴、雾

反气旋外围前部具有冷锋天气特征

反气旋外围后部具有暖锋天气特征79六、热低压

1基本特征图形①暖性低压②浅薄系统——700hPa以下③水平尺度小——300km

④有明显的日变化——中午强，早晚弱⑤原地生消，少移动⑥天气——晴天如果湿度较大，有阵雨 强低压会造成大风802形成过程①地方性热低风下垫面的不均匀加热而形成

81②冷锋前的热低压冷锋前高空有强暖平流，造成地面减压面形成82第五节

东亚气旋与反气旋

影响中国的温带锋面气旋和锋后冷高压基本特征——源地、分类、路径、天气天气学模式——形成、发展的温压场结构83一、东亚气旋的源地、分类、路径和移速

1．源地和分类

848586①北方气旋45N—55N

蒙古气旋（生成于蒙古中部、东部）东北气旋（活动于我国东北地区）黄河气旋（生成于河套、黄河下游）黄海气旋（活动于黄海地区）87②南方气旋25N—35N江淮气旋（生成于长江中下游、淮河流域、湘赣地区）东海气旋（活动于东海地区）

88③东亚气旋源地分布与东亚南北两支锋区一致北方气旋——对应东亚北支锋区南方气旋——对应东亚南支锋区

注：高空锋区下具备锋面气旋生成发展条件：斜压性大，冷暖空气交汇处，温度平流强，涡度平流明显。

89④我国110E以西和20N以南很少产生锋面气旋东部气旋多，西部少平原气旋多，盆地高原少902．气旋的移向和移速①移向：沿500hPa或700hPa引导气流移动大多数是由西南—东北或由西—东移动②移速：平均30～40公里/小时春季快，夏季慢初生阶段快，锢囚消亡阶段慢9192二、东亚反气旋的活动地区和路径1．活动地区蒙古西部—河套地区冬季反气旋可南下到华南沿海夏季反气旋在河套以北（40N以北）

93图3.24a94952．移动路径

东亚反气旋的移动路径与进入我国的冷空气路径一致Ⅰ西北路径亚洲西北部—西西伯利亚—蒙古——我国Ⅱ偏北路径亚洲北部—西西伯利亚—蒙古—河套亚洲北部—东西伯利亚—我国东北Ⅲ偏西路径亚洲西部—巴湖—新疆—河套Ⅳ蒙古——我国见下页图3.25

9697§2蒙古气旋一、蒙古气旋春秋季最多（一年四季均有）二、蒙古气旋形成的地形作用蒙古气旋生成的源地在蒙古的中部和东部——背风坡低压(见下页图8.3)9899三、蒙古气旋形成的地面形势1、暖区新生类——最多背风坡暖区内——低压形成高空槽前暖平流——暖锋锋生冷空气越山——冷锋进入低压形成锋面气旋见下页图12.171001012、冷锋进入倒槽

暖性倒槽向北发展——低压形成高空槽前暖平流——暖锋锋生冷锋越山进入倒槽——冷锋

形成锋面气旋见下页图12.181021033、蒙古副气旋类

两股冷空气嵌形作用——低压高空槽前暖平流——暖锋冷空气越山——冷锋与原锋面气旋相连形成气旋族

见下页图12.19104105四、蒙古气旋形成的高空形势(500hPa)

1、两槽一脊型1061072、槽前纬向气流型

西西伯利亚--疏散槽

1081093、北脊南槽1101114、以上三型共同特点：

①蒙古西部为疏散槽——等高线和等温线均为疏散状，正涡度平流强②

蒙古西部温度槽落后于高度槽——为发展槽③锋区和冷暖平流均较强

112蒙古气旋形成过程为：

有利的地形（背风坡）和发展疏散槽前的暖平流，使蒙古中部先出现低压（或暖性倒槽），再叠加高空槽前正涡度平流，使低压发展，槽前暖平流促使暖锋锋生，冷锋越山进入低压，锋面气旋形成。113五、蒙古气旋的天气

1、大风——沙尘暴