南大天气学原理第五章1

第五章低纬天气系统我国天气不但受中高纬度天气系统的影响，也受低纬度天气系统的影响。我国所处的地理位置低纬与中高纬大气环流的相互作用低纬地区是30ºN-30ºS以内的地区，包括热带和副热带地区。热带地区中的10ºN-10ºS范围又称为赤道地区。地理学：南北回归线之间(23.5ºN-23.5ºS)的地区定义为热带。天气学：依据天气系统和天气过程来划分，南北半球副热带高压之间的地区，即赤道两侧盛行东风带的地区定义为热带地区，将盛行东风带与盛行西风带之间的过渡区，即副热带高压活动区定义为副热带地区。天气学所指的热带地区随季节南北移动。低纬地区的大气运动与中高纬度地区的差异：中高纬度地区天气系统主要有长波、锋面、锋面气旋等，其运动能量主要来源于与水平温度梯度有关的有效位能的释放，而潜热释放和辐射加热等非绝热加热作用是次要的。低纬地区水平温度梯度很小，近正压状态，大气储存的有效位能很少，但该地区水汽充沛，潜热释放成为该地区天气系统发生发展的主要能量来源。低纬地区天气系统：§5.1热带气旋§5.2西太平洋副热带高压和南亚高压§5.3热带辐合带和热带云团§5.4东风波§5.5热带副热带涡旋§5.1热带气旋§5.1.1活动概况时空分布、群集性、移动路径§5.1.2热带气旋的基本结构温压场、流场、眼和螺旋云雨带§5.1.3热带气旋的天气§5.1.4热带气旋的发生与发展1.形成的必要条件2.物理机制—第二类条件不稳定§5.1.5热带气旋的移动1.影响热带气旋的移动的各种力2.影响热带气旋移动的大型环流系统

2000年4号热带气旋

热带气旋是形成在热带或副热带洋面上，具有有组织的对流和确定的气旋性地面风环流的非锋面性的天气尺度系统。热带气旋的分类

(根据中心附近最大风速)1989年前强台风(12级以上)台风(8-11级)热带低压(6-7级)1989年后台风(12级以上;32.7m/s)强热带风暴(10-11级;24.5-32.6m/s;)热带风暴(8-9级;17.2-24.4m/s)热带低压(6-7级;10.8-17.1m/s)超强台风(16级或以上;≥51.0m/s)强台风(14-15级;41.5-50.9m/s)台风(12-13级;32.7-41.4m/s)2006年西北太平洋和南海热带气旋（台风）命名

第31届台风委员会通过的西北太平洋和南海热带气旋命名表，共有140个名字，分别由亚太地区的柬埔寨、中国、朝鲜、中国香港、中国澳门、日本、老挝、马来西亚、密克罗尼西亚联邦、菲律宾、韩国、泰国、美国和越南等14个成员提供（每个成员提供10个名字）。§5.1.1热带气旋活动概况1、热带气旋活动的时空分布全球台风形成区域1.赤道附近5ºN-5ºS无台风2.大部分台风形成于5-20º范围内3.东南太平洋和南大西洋很少出现台风西北太平洋台风活动频率台风季节我国是世界上受台风袭击最多的国家之一西北太平洋是全球台风发生最多的海域，平均每年约有30个台风生成，其中能登陆我国的有7个。我国北起辽宁南至两广的沿海一带,每年都有遭受台风袭击的可能,其中在广东、福建和台湾三省登陆的最多。2、热带气旋活动在时间上的群集性热带气旋有在一个时段成群生成的趋势，有时在15-25天时段内全球范围可观测10-20个热带气旋，这一阶段称为热带气旋活动盛期，在两个热带气旋盛期之间有一个时间尺度相当的热带气旋活动明显减少的时段，这一阶段称热带气旋活动衰期，这种热带气旋活动的盛期和衰期交替出现的现象称为热带气旋活动的群集性，其周期约为30-50天。在西北太平洋，当赤道西风活动强度增强，向东爆发越过130º-140ºE以东时，ITCZ变得活跃，热带气旋易于连续发生，出现热带气旋的盛期;反之，当赤道西风活动范围西缩，强度减弱，低纬大部分地区受东风控制时，热带气旋活动显著减弱。3、热带气旋的移动南太平洋热带气旋向东路径东北太平洋向西移动台风路径1949-2002西北行西行西转向westof125ºE中转向东转向125ºand140ºEeastof140ºE北上东北行异常40N30N20N10NEQ40N30N20N10NEQ40N30N20N10N各种路径在每个月所占的百分率（%）

123456789101112北上0003211055201西北行8001311283425208126西行46554323517111616304244东转向12019211148102021911中转向273624152117162125221922西转向491015392814149111411东北行0005113453101异常405502342343§5.1.2成熟热带气旋的基本结构热带气旋的结构包括从气旋中心向外几百公里范围内的风场、气压场、温湿场、云雨等的分布状况和海洋状况。热带气旋范围(以最外围的闭合等压线为准)的平均直径约7-9个纬距，巨型热带气旋个别超过10个纬距，微型热带气旋的直径在2个纬距以下，其垂直范围一般到对流层顶，有的可以伸展到平流层。

因此热带气旋的垂直尺度和水平尺度之比为1/50-1/75，它是一个扁平的气旋性涡旋。热带气旋具有独特的螺旋状云雨带和眼区，眼区的平均直径30-40km，最大的可达200km，小的只有10km左右。由热带气旋的外围向内，地面气压迅速下降，地面风力增强，并伴有傍沱大雨，但在热带气旋中心(眼区)，天气却比较平静。1.热带气旋的温压场热带气旋的气压场特征表现为极低的中心气压和极大的水平气压梯度，成熟的热带气旋中心最低气压一般在960hPa以下。在地面天气图上，热带气旋表现为一个准圆形对称的、梯度极大的闭合低压系统。水平气压梯度可达5-10hPa/10km。热带气旋中心附近具有明显的暖性结构，暖核在250hPa最宽最暖。漏斗状暖性结构2.热带气旋的流场低层有强烈的气旋性切向风和强烈的径向流入;高层有强烈的流出，流出的形式近中心是气旋性的，外围是反气旋性的。在距中心200-300km的范围内(眼区除外)有整层上升运动，300km以外，上升气流和下沉气流交替出现。垂直流场18km

8km

0km垂直方向热带气旋可分为三层:(1)地面到3km左右的气旋性流入层，有强烈的向中心的辐合流入气流，其中1km以下的行星边界层中辐合最强烈；(2)3-8km的中层（螺旋式上升层），径向气流很小，主要是气旋性切向气流，垂直气流很强，低层辐合的暖湿气流通过这一层输向高层;(3)8km到热带对流层顶部是流出层，最大辐散气流出现在12km左右。流出的空气和四周的环境空气混合下沉到低层，组成热带气旋的径向垂直环流。水平方向(1)眼区:在中心附近，一般范围为30－40km，眼区内风弱、干暖、少云。眼是热带气旋区别于温带气旋的主要特征之一；(2)最大风速区:围绕眼区，有一环状的最大风速区，平均宽度为8-50km。最大风速区一般与热带气旋眼壁的云墙相一致，最强烈的对流和狂风暴雨就发生在这里;(3)外区:从最大风速区外缘到热带气旋的边缘，在这个区域中，风速向外减弱。眼区（内圈）最大风速区（中圈）外区（外圈）3.热带气旋的眼和螺旋云雨带热带气旋的眼和螺旋云雨带是其区别于温带气旋的两个重要特征。热带气旋的眼的大小一般为30－40km，最大的可达200km，小的只有10km左右。在眼区中，水平风速小，有下沉运动或弱的上升运动，无云或少云，和眼外的狂风暴雨相比，这里显得风平浪静，眼区一般随热带气旋的加强而缩小。从眼区外的最大风速区向外，往往有几条螺旋云雨带，它有两种类型:一类是移动性的，一类是准静止(相对于热带气旋而言)云雨带，后者从热带辐合带北侧，环绕热带气旋东侧旋向近中心区。这类云雨带比移动性云雨带大得多，它随热带气旋移动。热带气旋螺旋云雨带的分布是非对称的。台风云系成熟台风的云系分布图§5.1.3热带气旋的天气暴雨大风风暴潮1.热带气旋降水热带气旋降水：300～400mm，阵性降水影响范围：南北约跨30个纬度，东西可达30个经度。热带气旋降水有四类：云墙区降水外围螺旋云雨带降水热带气旋与其他天气系统相互作用产生的降水与热带气旋相联系的热带云团的降水影响热带气旋降水的主要因子：热带气旋内的水汽含量和水汽输送，上升运动和大气稳定度。它的直接制造者是热带气旋中的中小尺度系统(如切变线、辐合线、中低压等)。在云墙区，大气最不稳定，上升运动强烈，中小尺度扰动活跃，所以这里降水剧烈，而且愈近中心降水量愈大，特别是在眼区周围暴雨强度最大。热带气旋眼内由于下沉增温、相对湿度小，故一般无雨，但在填塞阶段有云层充塞并发展时，也可有降水发生。登陆后热带气旋暴雨常常会突然增幅台风特大暴雨驻马店75.8大暴雨天气形势台风大暴雨的典型天气形势：台风倒槽2.热带气旋大风热带气旋的风速有很大的阵性，其瞬时极大风速和极小风速之差可达30m/s以上，强热带气旋的平均最大风速常常可达60-70m/s，有的最大风速可达100m/s以上。危险半圆热带气旋的风速分布并不均匀，这与气旋周围的气压场分布有关，一般来说，热带气旋的右前方往往和副热带高压相邻，在这里水平气压梯度最大，最大风速区也出现在这里。热带气旋登陆后，由于摩擦加大和水汽供应减少，强度都要减弱。登陆后热带气旋的风速受地形影响较大，一般讲，平原地区的风速比山区大。我国是台风风灾最为严重国家之一

据统计在1982-1990年间我国死于台风风灾的年均463人年均直接经济损失约41.6亿人民币。风灾3.风暴潮热带气旋可造成海上巨大的波浪。波浪的大小与风速及大风持续时间成正比。一般风力达8级的热带低压，浪高可达4米；风力12级的台风，浪高可达15米。越近台风中心，浪高越大：热带气旋前进方向的右侧比左侧大，最大浪高出现在右后方距中心约20-50浬的地方。这是因为一般热带气旋风力右侧比左侧大，而且右侧的波向和热带气旋的移向一致。当波浪离开热带气旋向四周传播时，由于风力的减小和能量消耗，浪高逐渐减小，波峰变圆，周期变长，形成长浪。长浪增幅到一定程度就是所谓的“风暴潮”。我国是台风灾害最为深重的国家之一.台风灾害的类型:狂风（32-100m/s）特大暴雨（200mm/day以上）风暴潮（潮位高出海平面5-6米）

热带气旋

热带气旋§5.1.4热带气旋的发生与发展1.热带气旋形成的必要条件初始扰动暖性洋面：海水温度＞26.5℃地转偏向力作用：距赤道5个纬距以上对流层风垂直切变小台风形成（1）初始扰动是热带气旋的“胚胎”。在西太平洋和南海地区热带辐合带中的扰动东风波中高纬长波槽中的切断低压，或高空冷涡斜压性扰动（2）广阔的高温洋面，是热带气旋形成的重要的基本条件。因为暖的洋面，蕴藏着较大的热量，海面蒸发也旺盛，通过海气间的湍流输送，空气的温度升高，湿度变化，并且气层变为条件性不稳定层结。这种空气层中，一旦低层空气受到扰动抬升到自由对流高度后，气块就加速上升，为积云对流和热量、水汽的向上输送提供了十分有利的条件。通过积云对流释放出大量的凝结潜热，热带气旋得以发展和维持。热带气旋只能在海面温度大于26.5C的区域发生。在西北太平洋全年都是高海温，所以热带气旋发生最频繁；在东南太平洋，由于全年海温低于26.5C，没有热带气旋发生。热带气旋的形成不仅与海面温度有关，而且与海面以下的水温垂直结构有关。一般从海面至60m深处的水温要超过26C，才可能形成热带气旋。要形成热带气旋，不仅能量的供给要大量，而且必须是持续的。具有较广阔的海域才可能提供充足的水汽来源，以保证不稳定潜能的供给。（3）地转偏向力的作用由简化的涡度方程(5.1)式，对给定的辐合值，涡度随时间的变化正比于绝对涡度的大小。在赤道上，f=0，近赤道附近f≈0，而在扰动的初期ζ≈0，这时虽有一定的辐合流场，仍然有dζ/dt≈0，即扰动的涡度不会增加。离开赤道一定纬度的地区f≠0，辐合能引起涡度的增加。（4）较小的风速垂直切变这是因为，如果风速的垂直切变小，上下层空气相对运动很小，则凝结释放的潜热始终加热一个有限范围内的气柱，使之很快增暖形成暖心结构。如果风速的垂直切变很大，则通风显著，在对流层中释放出来的大量潜热就要被平流出去，使得热量无法在扰动区内集中，不利于形成暖性结构。2.热带气旋形成的物理机制

——第二类条件不稳定热带气旋发生发展的能量来源主要是凝结潜热，潜热和热带气旋动能之间转换的物理机制-CISK机制.CISK机制（第二类条件不稳定）：在海洋上由于摩擦作用，产生低空的水汽向内的水平辐合流入和向上输送，形成积云对流。积云单体通过凝结潜热释放，使大气层增暖，高层质量流出辐散，引起地面气压降低，从而增强低空气旋性环流。在边界层摩擦作用下，向中心的风分量增加，这使得低空的辐合增强，辐合引起更多的积雨云，释放更多的潜热，从而使地面气压能继续下降。如此循环下去。这种由积云对流和大尺度扰动两者相互作用所产生的不稳定，称为第二类条件性不稳定，缩写为CISK。在积云对流和热带低压的相互作用过程中，边界层摩擦不只是消耗能量的因子，而且通过艾克曼抽吸和积云对流成为能量的制造者。上述第二类条件性不稳定理论中，高空辐散是由于行星边界层内摩擦辐合导致上升运动气柱增暖而产生的。但是，天气实践表明，高空辐散气流也常由于其他环境因子造成，它对于热带气旋得到进一步发展起了重要作用。从200hPa流场考虑，有三种情况有利于低层扰动发展成热带气旋：在副高南侧高空东风流出气流的下方，反气旋性曲率沿气流增加的地方；在西风槽前高层流出气流的下方；在洋中槽和东风流出气流的下方。3.热带气旋的消亡和变性影响热带气旋消亡和变性的主要原因是能量来源的枯竭和环流形势的变化，其显著的特征是暖心结构被破坏。登陆后消失在海上消失变性为温带气旋热带气旋登陆后消失的机制：热带气旋登陆后，海洋热源被切断，水汽供应和辐合减少，垂直向上输送也随之减少，于是积雨云活动减弱，高层潜热释放减少，因而使暖心结构减弱和被破坏，结果斜压性渐弱，动能制造减少，同时在高层向外径向流出也减少，因而导致低层辐合大于高层辐散，这样整个热带气旋区有净的质量辐合，气压上升，热带气旋渐趋填塞。海上消失的原因有的是由于热带气旋没有发展成熟，强度较弱，当它北移入副高脊的薄弱部位时，下沉气流破坏了热带气旋的环流；有些是因为有强冷空气从热带气旋北部侵入，所以热带气旋减弱填塞。热带气旋的变性热带气旋北移进入西风带后，如有冷空气从热带气旋西北部侵入，则热带气旋可能演变成温带锋面气旋。这种变性气旋往往还会发展，其能量一方面来自潜热的释放，另一方面还来自位能的释放。§5.1.5热带气旋的移动1.影响热带气旋移动的各种力（5.7）热带气旋的移动由作用于整个热带气旋的科氏力、背景场的气压梯度力和内力决定。（5.7）热带气旋运动的物理因子分析（5.7）第一部分第二部分第三部分由此可见，对一个结构对称的热带气旋，由于内部空气质点受地转偏向力和气旋内上升运动的作用，存在着向西北方向的力，也就是受内力的作用，热带气旋向西北方向移动。引起热带气旋加速运动的因子有外力（地转偏向力和大型流场的气压梯度力）和