《热带气旋与高压系统》课件

热带气旋与高压系统课程介绍：气象学基础回顾气象学基础概念在深入探讨热带气旋与高压系统之前，我们将回顾一些气象学的基础概念，例如大气环流、气压、温度、湿度等。这些概念是理解后续内容的基础。天气系统的基本类型天气系统是指大气中具有一定组织结构和生命周期的气象要素组合，包括锋面、气旋、高压等。我们将简要介绍这些天气系统的基本特征。气象观测与预报方法热带气旋：定义与形成条件1热带气旋的定义热带气旋是一种发生在热带或副热带洋面上、具有暖心结构的强烈气旋性涡旋，通常伴有强风、暴雨和风暴潮等灾害性天气。2形成条件：充足的水汽热带气旋的形成需要充足的水汽供应，通常发生在海温较高的洋面上，例如26.5℃以上。水汽蒸发为气旋提供能量。形成条件：不稳定的大气层结海温要求：26.5℃的重要性海温是气旋能量之源26.5℃的海温是热带气旋形成和维持的必要条件。较高的海温意味着更多的水汽蒸发，为气旋提供充足的能量来源。水汽蒸发与凝结释放潜热水汽蒸发后，随着气旋内部的上升运动，会发生凝结，释放大量的潜热，进一步加热气旋内部空气，增强气旋的强度。海温异常与气旋强度当海温高于26.5℃时，热带气旋的强度可能会增强；而当海温低于26.5℃时，气旋的强度可能会减弱或消亡。海温异常是影响气旋强度的重要因素。气旋的结构：眼区、眼壁、螺旋雨带眼区气旋的眼区位于中心，是气旋内部风力最弱、天气最为平静的区域，通常呈圆形或椭圆形。眼区是气旋结构的独特标志。眼壁眼壁是围绕眼区的环状区域，是气旋内部风力最强、降水最为集中的区域。眼壁的强烈对流活动是气旋能量释放的主要场所。螺旋雨带螺旋雨带是气旋外围的云带，呈螺旋状向气旋中心汇聚。螺旋雨带的降水强度和范围随着气旋强度的变化而变化。气旋的命名：国际命名规则世界气象组织负责命名热带气旋的命名由世界气象组织（WMO）负责，旨在方便公众识别和记忆，提高防灾减灾意识。1命名表循环使用WMO制定了多个命名表，每个命名表包含一系列名称，这些名称按顺序循环使用。当某个气旋造成重大损失时，该名称将被永久除名，并由新名称替代。2地区命名差异不同地区的热带气旋命名规则可能存在差异，例如西北太平洋地区的热带气旋命名由WMO下属的台风委员会负责。3气旋的生命周期：生成、发展、减弱1生成阶段在有利的环境条件下，热带扰动逐渐发展成为热带低压，并获得一个编号。此时，气旋的生命周期正式开始。2发展阶段随着水汽和能量的不断供应，热带低压逐渐增强为热带风暴、强热带风暴，甚至达到台风级别。气旋的强度不断增强，范围不断扩大。3减弱阶段当气旋登陆陆地或进入海温较低的区域时，水汽和能量供应不足，气旋强度开始减弱。气旋逐渐消散，生命周期结束。气旋的移动路径：影响因素分析大气环流引导大气环流是影响气旋移动路径的主要因素之一。气旋通常沿着大气环流的引导气流移动。副热带高压影响副热带高压是影响我国天气的重要天气系统。气旋的移动路径常常受到副热带高压的引导和阻挡。科里奥利力作用科里奥利力是地球自转产生的一种惯性力，对气旋的移动方向产生影响。在北半球，科里奥利力使气旋向右偏转。科里奥利力：对气旋方向的影响1地球自转与科里奥利力科里奥利力是由于地球自转而产生的，它是一种惯性力，对地球上的运动物体产生影响。2北半球向右偏转在北半球，科里奥利力使运动物体向右偏转；在南半球，科里奥利力使运动物体向左偏转。3气旋的旋转与移动科里奥利力对气旋的旋转方向和移动路径都有影响。在北半球，科里奥利力使气旋呈逆时针旋转，并使其向右偏转。地形作用：台湾的阻挡效应地形对气旋的影响地形是影响气旋移动路径和强度的重要因素之一。山脉、丘陵等地形会对气旋产生阻挡、抬升、摩擦等作用。台湾的地理位置台湾位于西北太平洋热带气旋的活动路径上，岛内地形复杂，中央山脉纵贯南北，对热带气旋产生显著的阻挡效应。阻挡效应的表现当热带气旋靠近台湾时，中央山脉的阻挡作用会导致气旋强度减弱、移动路径偏转、降水分布改变等。气旋的强度分级：不同国家标准世界气象组织标准世界气象组织（WMO）对热带气旋的强度进行了分级，包括热带低压、热带风暴、强热带风暴、台风等。中国国家标准中国气象局对热带气旋的强度进行了分级，包括热带低压、热带风暴、强热带风暴、台风、强台风、超强台风等。美国国家标准美国国家飓风中心（NHC）对热带气旋的强度进行了分级，包括热带低压、热带风暴、飓风等。飓风又分为1-5级。风速、气压与气旋强度关系风速是衡量气旋强度的重要指标气旋中心附近的最大风速是衡量气旋强度的重要指标之一。风速越大，气旋的强度越强。气压是气旋强度的另一个指标气旋中心的气压是衡量气旋强度的另一个重要指标。气压越低，气旋的强度越强。风速与气压呈负相关在一定范围内，气旋中心附近的最大风速与最低气压呈负相关关系。风速越大，气压越低；风速越小，气压越高。卫星云图：识别气旋的有效工具卫星云图的优势气象卫星可以从太空对地球进行全天候、大范围的观测，获取各种气象信息，包括云图、温度、湿度等。识别气旋的有效工具卫星云图是识别热带气旋的有效工具。通过分析卫星云图，可以判断气旋的位置、范围、强度、结构等特征。云图类型常用的卫星云图包括可见光云图、红外云图、水汽云图等。不同类型的云图可以反映不同的气象信息。雷达监测：了解气旋内部结构雷达的优势气象雷达可以探测大气中的降水粒子，获取降水强度、范围、高度等信息。雷达具有较高的时空分辨率，可以对气象现象进行精细化观测。1了解气旋内部结构雷达监测可以了解热带气旋的内部结构，包括眼区、眼壁、螺旋雨带等。通过分析雷达回波，可以判断气旋的强度变化和移动趋势。2局限性气象雷达的探测范围有限，容易受到地形和地物的影响。雷达组网可以扩大探测范围，提高监测能力。3历史上的强热带气旋案例分析1卡特里娜飓风（2005年）卡特里娜飓风是2005年袭击美国的一场强飓风，造成了严重的人员伤亡和经济损失。飓风引发的风暴潮淹没了新奥尔良市。2纳尔吉斯气旋（2008年）纳尔吉斯气旋是2008年袭击缅甸的一场强气旋，造成了数十万人死亡或失踪。气旋引发的风暴潮淹没了伊洛瓦底三角洲。3海燕台风（2013年）海燕台风是2013年袭击菲律宾的一场超强台风，造成了巨大的人员伤亡和财产损失。台风引发的风暴潮摧毁了沿海城市。超强台风“海燕”的破坏力超强风力海燕台风的最大持续风速超过300公里/小时，是历史上观测到的最强台风之一。强风摧毁了房屋、树木、电线杆等。特大暴雨海燕台风带来了特大暴雨，造成了严重的洪涝灾害。降水淹没了农田、道路、城市等。风暴潮灾害海燕台风引发了严重风暴潮，海浪淹没了沿海城市，造成了巨大的人员伤亡和财产损失。热带气旋带来的降水特点1强度大热带气旋带来的降水强度通常很大，短时间内降水量可达数百毫米，甚至超过1000毫米。2范围广热带气旋的降水范围很广，可影响数百公里甚至上千公里的区域。螺旋雨带是气旋降水的主要来源。3持续时间长热带气旋的降水可持续数天，甚至更长时间。持续降水容易引发洪涝灾害。气旋降水的分布规律眼壁附近降水最强由于眼壁的强烈对流活动，眼壁附近的降水强度最大。眼壁是气旋降水的核心区域。螺旋雨带呈螺旋状分布螺旋雨带的降水强度和范围随着气旋强度的变化而变化。螺旋雨带的降水呈螺旋状分布，向气旋中心汇聚。登陆后降水减弱当气旋登陆陆地后，水汽供应不足，降水强度逐渐减弱。但地形的抬升作用可能导致局部地区降水增强。气旋降水与洪涝灾害强降水超出排水能力热带气旋带来的强降水容易超出城市排水系统的能力，导致城市内涝，影响交通和生活。1河流湖泊水位上涨持续降水导致河流湖泊水位上涨，容易引发洪水，淹没农田、房屋、道路等，造成巨大损失。2山体滑坡泥石流强降水容易诱发山体滑坡、泥石流等地质灾害，威胁山区居民的生命安全。3高压系统：定义与分类1高压的定义高压是指大气中气压较高的区域，通常与下沉气流相联系。高压中心的气压高于四周。2高压的分类根据形成原因和地理位置，高压可以分为大陆性高压、海洋性高压、极地高压、副热带高压等。3高压与天气高压通常与晴朗、干燥的天气相联系。但在特定条件下，高压也可能带来雾霾、高温等不利天气。大陆性高压：冬季常见冬季形成大陆性高压主要在冬季形成，由于陆地降温迅速，空气冷却下沉，导致气压升高。干燥寒冷大陆性高压带来的天气通常是干燥寒冷，晴空万里，但有时也会伴有雾霾。冷空气源地大陆性高压是冷空气的重要源地，对我国冬季的天气有重要影响。冷空气南下会带来降温、大风等天气。海洋性高压：夏季影响1夏季形成海洋性高压主要在夏季形成，由于海洋表面温度相对较低，空气冷却下沉，导致气压升高。2副热带高压海洋性高压的典型代表是副热带高压，对我国夏季的天气有重要影响。副高控制下的地区通常是高温晴热天气。3水汽输送海洋性高压也会带来丰富的水汽，为我国南方地区的降水提供条件。副高边缘的暖湿气流容易引发强降水。高压的结构特点：下沉气流下沉气流高压的主要结构特点是下沉气流。空气在高压中心附近下沉，导致气压升高，天气晴朗干燥。抑制对流高压的下沉气流会抑制对流活动，不利于云的形成和降水的发生。因此，高压控制下的地区通常是晴空万里。温度层结稳定高压的下沉气流会导致温度层结稳定，不利于空气污染物的扩散。在特定条件下，容易形成雾霾天气。高压环流：北半球顺时针气压梯度力高压环流的形成是由于气压梯度力和科里奥利力的共同作用。气压梯度力指向气压降低的方向，科里奥利力使运动物体偏转。1北半球顺时针在北半球，高压环流呈顺时针方向旋转；在南半球，高压环流呈逆时针方向旋转。这是由于科里奥利力的作用。2环流方向高压环流的方向对天气有重要影响。例如，来自大陆的高压环流会带来干燥寒冷的空气，来自海洋的高压环流会带来暖湿空气。3高压与晴朗天气的关系1下沉气流抑制对流高压内部的下沉气流会抑制对流活动，不利于云的形成和降水的发生。这是高压与晴朗天气关系的主要原因。2空气干燥高压内部的空气通常比较干燥，水汽含量较低，也不利于云的形成和降水的发生。3太阳辐射增强在高压控制下的晴朗天气，太阳辐射增强，地面温度升高，容易形成高温天气。但夜间辐射降温也比较明显。高压对气温的影响：辐射降温白天升温在高压控制下的晴朗天气，白天太阳辐射增强，地面温度升高，容易形成高温天气。夜间降温在高压控制下的晴朗天气，夜间地面辐射降温明显，温度迅速下降，容易形成霜冻。昼夜温差较大。昼夜温差大因此，在高压控制下，白天气温高，夜间气温低，昼夜温差较大。对农业生产和人体健康都有一定影响。高压与空气污染：不利扩散1下沉气流抑制扩散高压内部的下沉气流会抑制空气的垂直运动，不利于空气污染物的扩散。污染物容易在近地面累积。2温度层结稳定高压内部的温度层结通常比较稳定，容易出现逆温现象，也不利于空气污染物的扩散。3静稳天气在高压控制下的静稳天气，风力较小，污染物难以水平扩散，加剧空气污染。容易形成雾霾天气。高压阻挡：影响气旋移动高压对气旋的阻挡作用高压是影响气旋移动路径的重要因素之一。当气旋靠近高压时，高压会对其产生阻挡作用，改变其移动方向。副热带高压副热带高压对我国天气有重要影响。夏季，副高脊线的位置决定了我国的降水分布。副高西侧的西南气流会将水汽输送到我国南方地区。气旋转向在特定情况下，高压甚至可能导致气旋转向，使其远离陆地，或向其他方向移动。高压脊：连接两个高压中心高压脊的定义高压脊是连接两个高压中心之间的区域，其气压高于两侧。高压脊通常呈带状分布。1天气晴朗干燥在高压脊控制下的地区，天气通常晴朗干燥，风力较小。但有时也会出现局部地区的阵性降水。2影响气旋高压脊的位置和强度对气旋的移动路径有影响。当气旋靠近高压脊时，可能会受到高压脊的引导和阻挡。3高压坝：阻挡冷空气南下1高压坝的定义高压坝是指横亘在冷空气路径上的高压系统，对冷空气的南下起到阻挡作用。高压坝通常呈东西走向。2减缓冷空气当冷空气遇到高压坝时，会被迫绕行或减缓南下速度。高压坝的存在使得冷空气对我国的影响减弱。3气温升高高压坝的存在也会导致我国北方地区的气温升高。在特定情况下，容易出现“暖冬”现象。热带气旋与高压的相互作用高压引导气旋高压是影响气旋移动路径的重要因素。气旋通常沿着高压边缘的气流移动。高压的位置和强度决定了气旋的移动方向。高压阻挡气旋高压对气旋的移动起到阻挡作用。当气旋靠近高压时，会被高压阻挡，改变其移动方向或减缓其移动速度。能量交换热带气旋和高压之间也存在能量交换。气旋从高压系统中吸收能量，增强自身强度。高压系统也会受到气旋的影响，发生变化。副热带高压：影响我国天气1西太平洋副高副热带高压是指位于副热带地区的暖性高压系统。影响我国天气的主要有西太平洋副热带高压。2夏季风关键副高对我国夏季风的爆发、推进和维持有重要影响。副高的位置和强度直接影响我国的降水分布。3台风引导副高也是影响台风移动路径的重要因素。台风通常沿着副高边缘的气流移动。副高脊线的位置与季节变化季节变化副高脊线的位置随季节变化而变化。春季，副高脊线位于南海附近；夏季，副高脊线北抬至长江流域；秋季，副高脊线南撤；冬季，副高脊线位于赤道附近。降水分布副高脊线的位置对我国的降水分布有重要影响。副高控制下的地区通常是高温晴热天气，而副高边缘的暖湿气流容易引发强降水。长江流域梅雨例如，夏季副高脊线位于长江流域时，容易形成梅雨天气。梅雨是指长江流域在6-7月份持续阴雨的现象。副高与梅雨的关系梅雨季节梅雨是指长江流域在6-7月份持续阴雨的现象。梅雨的形成与副高的位置和强度密切相关。1暖湿气流夏季，副高脊线位于长江流域时，来自南海和西太平洋的暖湿气流与来自北方的冷空气在长江流域交汇，形成持续性降水。2防汛抗旱梅雨的强度和持续时间对长江流域的防汛抗旱有重要影响。梅雨过强容易引发洪涝灾害，梅雨过弱容易引发干旱。3副高控制下的高温天气1晴空万里在副高控制下的地区，通常是晴空万里，太阳辐射强烈。由于缺乏云的遮挡，地面温度迅速升高，容易形成高温天气。2下沉气流副高内部的下沉气流会抑制对流活动，不利于云的形成和降水的发生。这也是高温天气形成的原因之一。3持续高温在副高长期控制下的地区，容易出现持续高温天气，对人体健康和农业生产造成不利影响。例如，2022年夏季，我国南方地区出现了历史罕见的高温干旱天气。热带气旋与副高的博弈相互影响热带气旋和副高之间存在相互影响。副高的位置和强度影响气旋的移动路径，而气旋也会对副高的强度和范围产生影响。引导气旋通常情况下，热带气旋沿着副高边缘的气流移动。副高脊线的位置决定了气旋的移动方向。强度变化当热带气旋靠近副高时，可能会削弱副高的强度，改变副高的位置。副高也可能增强气旋的强度，使其更加危险。双台风效应：藤原效应1藤原效应当两个热带气旋距离较近时，会相互影响，产生复杂的运动轨迹，称为藤原效应（Fujiwharaeffect）。2互相吸引藤原效应的表现形式多种多样，包括互相吸引、互相排斥、互相绕转等。两个气旋可能会合并成一个更大的气旋。3增强减弱藤原效应会使气旋的移动路径和强度发生变化，增加了气象预报的难度。有时会使气旋增强，有时会使气旋减弱。热带气旋与冷空气的相互影响冷空气南下当热带气旋位于冷空气路径上时，冷空气会侵入气旋内部，改变气旋的结构和强度。气旋减弱冷空气侵入气旋后，会导致气旋内部的温度降低，水汽减少，对流活动减弱，最终导致气旋强度减弱或消亡。降水增强在特定情况下，冷空气与气旋的相互作用可能会导致气旋降水增强，范围扩大，甚至引发暴雪等极端天气。冷空气侵入气旋：强度减弱温度降低冷空气侵入气旋内部后，会导致气旋内部的温度降低。暖心结构破坏，能量来源减少。1水汽减少冷空气通常比较干燥，会减少气旋内部的水汽含量，抑制对流活动，不利于气旋的维持和发展。2结构破坏冷空气的侵入还会破坏气旋的结构，使眼区模糊，螺旋雨带松散，最终导致气旋强度减弱或消亡。3热带气旋引发的灾害1风暴潮热带气旋引发的风暴潮是指由于气旋的强风作用，导致海平面异常升高的现象。风暴潮容易淹没沿海地区，造成巨大损失。2城市内涝热带气旋带来的强降水容易超出城市排水系统的能力，导致城市内涝，影响交通和生活。3地质灾害热带气旋带来的强降水容易诱发山体滑坡、泥石流等地质灾害，威胁山区居民的生命安全。风暴潮：海水倒灌的危害淹没沿海地区风暴潮容易淹没沿海地区，造成房屋倒塌、道路中断、农田被毁等损失。海水倒灌还会污染水源和土壤。人员伤亡风暴潮来势汹汹，容易造成人员伤亡。特别是对于居住在低洼地区的居民，更应加强防范意识。经济损失风暴潮给沿海地区的经济发展带来巨大损失。港口码头、渔业养殖、旅游业等都会受到严重影响。城市内涝：排水系统挑战1排水系统不足城市排水系统是应对强降水的重要基础设施。然而，许多城市的排水系统建设滞后，无法满足应对极端天气的需求。2交通瘫痪城市内涝容易导致交通瘫痪，车辆无法通行，行人出行困难。严重影响城市正常运行。3财产损失城市内涝还会导致居民和企业的财产损失。房屋、车辆、电器等都会受到浸泡和损坏。山体滑坡：降水诱发降水是诱因山体滑坡是指山坡上的土体或岩体在重力作用下，沿着一定的滑动面整体下滑的现象。降水是诱发山体滑坡的重要因素之一。山区危险热带气旋带来的强降水会使山体土体含水量增加，降低其稳定性，容易诱发山体滑坡。山区居民应加强防范意识。提前转移山体滑坡具有突发性强、破坏力大的特点，容易造成人员伤亡和财产损失。应加强监测预警，及时转移受威胁群众。海上航运：气旋影响航线选择热带气旋对海上航运有重要影响。航运公司应密切关注气象预报，合理选择航线，避开气旋影响区域。1船舶安全在气旋影响区域航行的船舶，应加强安全措施，防止船舶倾覆、碰撞等事故发生。必要时应采取避风措施。2港口作业气旋还会影响港口作业。在气旋来临前，港口应做好防风准备，加固设施，转移人员，确保安全。3渔业生产：安全问题1出海安全热带气旋对渔业生产有重要影响。渔民应密切关注气象预报，合理安排出海时间，避免在气旋影响期间出海作业。2渔船避风在海上作业的渔船，如果遇到气旋，应及时返回港口避风。无法返回港口的渔船，应采取必要的安全措施，防止发生意外。3养殖安全沿海地区的渔业养殖户，应加强对养殖设施的加固，防止被风浪破坏。必要时应转移养殖产品，减少损失。热带气旋的监测与预报气象卫星气象卫星是监测热带气旋的重要工具，可以从太空对气旋进行全天候、大范围的观测，获取云图、温度、湿度等信息。气象雷达气象雷达可以探测大气中的降水粒子，获取降水强度、范围、高度等信息。雷达具有较高的时空分辨率，可以对气旋进行精细化观测。数值预报模式数值预报模式是利用计算机对未来天气进行预测的工具。随着科技的发展，数值预报模式的准确性不断提高。数值预报模式：提高准确性1数据收集数值预报模式需要大量的气象观测数据作为输入，包括地面观测、高空观测、卫星观测、雷达观测等。2物理过程数值预报模式通过模拟大气中的各种物理过程，如辐射、对流、凝结等，来预测未来的天气变化。3提高算力随着计算机技术的不断发展，数值预报模式的计算能力不断提高，预测结果也越来越准确。但也存在不确定性。气象卫星：全天候监测多种卫星气象卫星可以分为极轨气象卫星和静止气象卫星。极轨气象卫星绕地球南北方向运行，可以覆盖全球；静止气象卫星位于地球赤道上空，可以对特定区域进行连续观测。可见光云图气象卫星可以获取各种云图，如可见光云图、红外云图、水汽云图等。不同类型的云图可以反映不同的气象信息。微波探测气象卫星还可以探测大气中的温度、湿度等要素。微波探测技术可以穿透云层，获取云下的信息，弥补了传统观测的不足。雷达组网：精细化观测组网协同气象雷达的探测范围有限，容易受到地形和地物的影响。为了扩大探测范围，提高监测能力，需要进行雷达组网。1多普勒雷达雷达组网可以实现多部雷达的协同观测，获取更加全面的气象信息。多普勒雷达可以探测大气中的风场信息，对气旋的结构和强度变化进行分析。2质量控制雷达组网需要进行严格的质量控制，确保数据的准确性和可靠性。还需要进行数据融合，将不同雷达的数据整合在一起，提高数据利用率。3预警信号：提前防范1信号分级气象部门会根据热带气旋的强度和影响范围，发布不同级别的预警信号，如台风蓝色预警、台风黄色预警、台风橙色预警、台风红色预警等。2社会责任预警信号是公众了解气象灾害风险的重要途径。公众应密切关注气象部门发布的预警信号，采取相应的防范措施。3防灾减灾例如，当发布台风红色预警信号时，应停止户外活动，尽量待在家中，关好门窗，防止被风吹落的物品砸伤。公众防灾避险知识普及应急物资准备应准备必要的应急物资，如食物、饮用水、手电筒、收音机、药品等，以备不时之需。特别注意检查房屋，防止漏雨。安全区域了解居住地的地质环境，避开山洪、滑坡、泥石流等地质灾害易发区。提前规划好撤离路线，确保在紧急情况下能够安全撤离。互助互爱与邻居保持联系，互相帮助，共同应对灾害。在社区内组织防灾演练，提高自救互救能力。时刻保持手机畅通。如何安全度过台风天1减少出行台风天应尽量减少外出，避免在户外行走，防止被风吹落的物品砸伤。如必须外出，应穿雨衣，戴安全帽。2远离危险区域台风天应远离危旧房屋、广告牌、电线杆等危险区域。不要靠近河流、湖泊、海边等水域，防止发生意外。3断电保护台风天应关闭电器，切断电源，防止发生触电事故。不要在雷雨天气使用手机和座机。如遇紧急情况，及时拨打报警电话。气象部门的责任与担当监测预报气象部门的主要责任是做好气象监测预报工作，及时发布气象预警信息，为政府和社会公众提供决策依据。科普宣传气象部门还应加强气象科普宣传，提高公众的气象防灾减灾意识和能力。利用各种媒体平台，向公众普及气象知识。技术创新气象部门应不断加强气象科技创新，提高气象监测预报的准确性和时效性。积极引进和吸收国外先进的气象技术。气候变化与热带气旋全球变暖气候变化是指全球平均