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教学贴:低纬度和高原环流系统

楼主#
更多 发布于:2009-02-28 20:59
本帖内容截自 南京信息工程大学大气科学系,配合《中国天气学》使用的课件(PPT)。

本人大致浏览了这个课件,里面的内容与《天气学原理和方法》上的《低纬度和高原环流系统》一章内容大致相同,故贴上来给各位一齐学习。  

如果大家看过后有什么疑问,可以直接在本帖后回复,本人会尽量解答。

注:大家要重点关注以下章节:
5.3太平洋副热带高压
5.4南压高压
5.8台风

章节结构

Ø 概 述
Ø 低纬度大气运动的基本特征
Ø 低纬度环流的基本特征
Ø 太平洋副热带高压
Ø 南亚高压
Ø 赤道辐合带
Ø 热带波动和热带涡旋
Ø 云  团
Ø 台  风
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发布于:2009-02-28 20:59


一.低纬度地区的划分

低纬度地区:一般指30°N- 30°S以内地区,其中包括热带、副热带

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。


二、意义:

1、低纬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。

2、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

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。
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发布于:2009-02-28 20:59
§5.1 低纬度大气运动的基本特征


中、低纬大气运动的重要差别
低纬度地区风场和气压场的关系


一、 中、低纬大气运动的重要差别

㈠ 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。

  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。


㈡ 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


二、低纬度地区风场和气压场的关系

1、天气分析:流线分析、卫星云图分析,风的垂直和水平切变分析、速度位势场分析层结稳定度分析等热带天气预报方法,广泛应用统计预报方法和数值预报方法。前者如台风路径的相似预报,后者如正压模式数值预报。

2、实际风与地转风比较:实际风和地转风(即通过气压场分析出的风)具有明显的差异,分析中不应采用地转风,而应采用实际风,即流场。(就是我们常说的流驶图)
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发布于:2009-02-28 20:59
§5.2 低纬度环流的基本特征


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


一、平均气压场和流场

㈠ 平均气压场:

1月
7月
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
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

描述:1月气压场

图片:1.jpg

1月气压场

描述:7月气压场

图片:2.jpg

7月气压场


㈡ 流场

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

描述:1月低层流线

图片:3.png

1月低层流线


描述:7月低层流线

图片:4.png

7月低层流线


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)。

描述:1月高层流线

图片:5.gif

1月高层流线


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


描述:7月高层流线

图片:6.gif

7月高层流线


二、平均温度场和湿度场

㈠ 温度场特点:温度水平分布均匀,年较差小

描述:海平面气温平均年较差

图片:7.jpg

海平面气温平均年较差


12月-2月300hPa温度分布图(W表示暖,C表示冷)

图片:8.png



图片:9.gif



㈡ 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

图片:10.gif

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发布于:2009-02-28 21:00
三、铅直环流的纬向不对称特性

 

图片:11.gif



图片:13.gif



 

图片:12.gif



 

描述:东太平洋夏季经圈

图片:13.png

东太平洋夏季经圈


 

描述:55-140°E,冬季经圈环流

图片:14.png

55-140°E,冬季经圈环流


 

描述:75-110°E,冬季经圈环流

图片:15.png

75-110°E,冬季经圈环流


 

描述:纬圈铅直环流的纬向差异

图片:16.jpg

纬圈铅直环流的纬向差异
   
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发布于:2009-02-28 21:00
§5.3 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。  


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
 



一、太平洋副热带高压的概况与结构

㈠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
3、表现:中层最明显(500hpa)
   ①太平洋副高:对我国影响最大
   ②大西洋副高
   ③北非副高
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位势什米包围的区域。
  (2)脊线的位置:东西风分界线,靠近120°E
  (3)卫星云图:黑色无云或黑色少云区。

描述:北半球7月500hPa平均等高线

图片:17.jpg

北半球7月500hPa平均等高线


㈡ 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。

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。

3、风场
  太平洋副热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

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。
  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。

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。

1959年8月21日08时沿117.5°E南北剖面图(点划线为高压脊轴线)

图片:18.jpg



㈢副热带高压各部位天气特点:

西北、西:气流来自低纬,潮湿、温暖,上升气流强,云雨区广,有时是雷雨天气,北侧与西风带相邻,常有气旋、锋面气旋活动(我国夏天往往受到此区域影响)。
西南:受东风气流影响,天气较好,有时云量比较多;当有热带天气系统出现时,产生成片的云雨,有时出现大风、暴雨等恶劣性的天气(副高北跳以后影响我国东南沿海等地)。
东南、东:受偏北、偏东气流的影响,较冷,以下沉气流为主,多晴朗少云的天气(比如美国太平洋东海岸,中东地区除外)。
中心:下沉气流强,晴朗少云,风力弱,炎热。




二、西太平洋副热带高压的变动与我国天气的关系

㈠ 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120 ° E上副高脊线所在纬度变化来表示副高的南北移动。
  (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10°N以北,110-180°E 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)  

  副高活动具有一定明显的规律性,这种规律与我国东部主要雨带的南北移动是一致的,并且雨带就位于西太平洋副热带高压脊线以北的5-8个纬度处。

副高脊线(110-130°E)天气
4-5月,15°N附近华南进入雨季
6月中下旬,第一次北抬20~25°N华南前汛期结束,出现夏至雨,后汛期到来,初台来袭;江淮出现梅雨。
7月中旬,第二次北跳25~30°N梅雨结束,雨带移到黄淮流域,热带天气系统活跃
8月初,第三次北跳到30-35°N华北东北雨季,长江流域伏旱,华东出现台汛
9月上旬,迅速南撤25°N 雨带回到淮河流域,华西出现秋雨,长江以北秋高气爽,华南台风最盛
10月上旬,南撤到20°N以南 华西秋雨结束,华南后汛期结束,降水、台风减少,华南以北秋高气爽

3、中-短期变动:  
  ①东-西进退:西伸北进,东撤南退  
  ②形态变化

㈡ 西太平洋副热带高压变动与周围天气系统的关系

1、与西风带短波槽脊的关系

  与槽脊的强度有关:当东移的是发展强大的槽、脊时,它们就会造成西太平洋副高的短期变化。当深槽移近它时,它就东撤、南退;当强脊移近它时,它便西伸、北进。

2.与大陆高压的关系
  
 ① 和青藏高原的关系
   夏季,500百帕图上,在****高原地区有分裂的暖高压中心出现(简称青藏高压)当其东移入海并入西太平洋副高时,引起副高明显的西进
 ② 和华北暖高压的关系
   当华北暖高压并入西太平洋副高时,可使西太平洋副热带高压脊的形状发生较大的变化,脊线可从原来的东西向转为南北向,甚至可在较北地区出现闭合高压中心。
 ③  和大陆冷高压的关系
   初夏或秋季,从我国大陆东移入海,刚一入海的阶段有冷平流,可使西太平洋副高脊减弱东撤;而当冷高渐渐变性增暖并入西太平洋副高后,西太平洋高压脊往往加强西伸。

3、和台风的关系  
  一般台风沿高压外围移动,受其外围气流“操纵”。当西太平洋副高呈东西状,副热带高压脊较弱时,台风可穿过其脊,时期断裂。

图片:19.jpg


图片:20.jpg



4、和赤道反气旋的关系  
  夏季,当赤道反气旋随着赤道辐合带向北推进,进入到我国华南地区时,可与西伸的副热带高压打通合并使副高加强。

5、与副热带长波流型调整的关系
  盛夏,在北半球副热带范围内流型表现为6-7个波,其平均波长约为50-60个经度。预报我国东部地区副热带高压建立与否,特别要注意80°E的长波槽是否将建立,当80°E附近有槽产生时,则我国东部地区将有一次副热带高压的建立过程。

描述:1

图片:21.jpg

1

描述:2

图片:22.jpg

2

描述:3

图片:23.jpg

3
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发布于:2009-02-28 21:00
§5.4  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
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



一、南亚高压的结构特征

㈠ 形成:高原热力作用
㈡ 结构特点:

1、具有行星尺度的反气旋环流
  反气旋环流以高原为中心,其范围从非洲一直延伸到西太平洋,约占所在纬圈的一半。  

2、是对流层上部的暖高压
  青藏高原在夏季是强热源,高原上空整个对流层平均是个高温区。空气在高原受热上升,低层空气辐合形成低压环流,高层辐散形成高压环流。在气压场上,南亚高压600hPa以下整个高原为热低压控制,500hPa是过渡层,400hPa以上转变为暖高压,南亚高压在150~100hPa七层达到最强。在7月北半球100hPa平均图上,高压脊线在30N附近,其南侧是热带东风急流,被测试高空副热带西风急流。

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


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。

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、西部型各维持10天左右,过渡型维持时间则比较短。
东部型过程:中心位于90°N 以东,吸引副高西伸,长江流域少雨
西部型过程:中心位于90°N 以西,易使副高东退,长江流域多雨
带状型过程:过度型


三、南亚高压对我国和亚洲天气的影响

㈠ 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。

时间(平均)脊线纬度天气现象
冬季4月以前小于15N菲东冷涌云团
春季4~5月15N高压中心西北移
第一次北跳5月16日越过20N高压中心移到中南半岛,南海西南季风爆发华,华南前汛期降雨进入盛期
第二次北跳6月5~10日越过25N高压中心跃上高原,10天后500hPa西太副高完成第一次北跳,华南前汛期结束,江淮梅雨开始
第三次北跳6、7月之交推进到31N江淮梅雨盛期,华南台风开始活跃
第四次7月10~15日33N以北高压中心全年最北,江淮梅雨结束,进入伏旱期,华北雨季开始,热带系统活跃


  100hPa南亚高压在120E的脊线比500hPa西太平洋副高的脊线提早10天左右北跳,而且100hPa高压脊线比500hPa副高脊线偏北4~6个纬度,盛夏偏北6~7个纬度。

㈡ 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。
  当南亚高压转为东部型时,西太副高将受到吸引而西伸,使江淮梅雨中断。
  当南亚高压转为西部型时,长江流域处于长波槽区,冷暖交锋频繁,梅雨偏多。

㈢ 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。

㈣ 南亚高压与日本夏季的天气也有密切关系。  

㈤ 南亚高压和印度季风槽的活动也有密切关系。
  南亚高压增强,使高层的热带东风急流加强,加强高层辐散,从而加强对流活动,促使印度季风槽活跃。印度季风槽的活跃,使季风云团向释放更多潜热,促进南压高压的增强,形成所谓的烟囱效应。
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§5.5 赤道辐合带


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。

2、分类:
 (1)信风带:南半球东南信风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,季风辐合带。

图片:24.jpg



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


三、ITCZ的短期变化:  

1、不活跃型
  云系:位置偏南,接近赤道,面积较小、分布散乱、弱而不明显的信风云系。ITCZ由东南风和东北风汇合而成,ITCZ呈东西走向,不利于台风的发生发展。
2、活跃型
  南半球冷空气强,西太出现大范围西风和南风,低纬偏东气流撤到15~20N以北,产生大面积云团。云图上表现为一条东西向连续的密闭云带。台风最易在辐合带中形成。


四、ITCZ结构与天气  

㈠ 结构:
1、绝大多数随高度向南倾斜,也有几乎近于垂直的。
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。


㈡ 天气:
降水天气分布不连续,局地降水强烈。

五、ITCZ短期变化的预报着眼点

1、副高的变动
  副高稳定西伸,辐合带呈带状分布,稳定维持在低纬度地区。副高减弱东移,西南气流北上,辐合带北移过程中很快消失。

2、冷空气(冬季)
  冷空气南下时,中南半岛及南海东北风加强,促进辐合带的对流活动,不过持续时间不长,辐合带岁东北风减弱而减弱。

3、台风的影响
  当有台风活动时,辐合带将比较活跃;如果台风登陆,可以引进西南季风加强热带辐合带,但辐合带很快随台风减弱而减弱或消失。
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§5.6 热带波动和热带涡旋

东风波
赤道反气旋
洋中槽内的高空低涡


一、东风波
1、含义:副高南侧对流层中下层,常存在一个槽或气旋性曲率最大处,呈波状形自东向西移动。出现在东风带中,故称为东风波。

图片:25.jpg


图片:26.jpg



2、结构与天气:  

  第一种:经典的东风波  
   (1)波槽呈南北走向。槽前是东北风;槽后是东南风。  
   (2)东风风速随高度减小,波槽随高度略向东倾斜。  
   (3)对流层低层槽后辐合,槽前辐散。高层相反。  
   (4)天气产生于槽后。  
   (5)伸展高度6-7km。  
   (6)波长1000-1500km。

图片:27.jpg


图片:28.jpg



  第二种:华南地区,SW季风之上的东风波(5km以上)  
   (1)出现在SW季风之上,5-12km,强度随高度增强。  
   (2)东风波风速随高度增强。  
   (3)低层槽前辐合,槽后辐散。高层相反。  
   (4)坏天气出现在槽前及槽区附近。  

图片:29.jpg



3、东风波的形成与移动

  (1)东风波的成因:西风槽伸入低纬地区而形成的典型情况
  (2)东风波在海上形成后,自西向东移动,移向与波槽垂直,移速一般比较稳定,约为20-25公里/小时。  
  (3)东风波有时可发展成热带低压,有的则可发展成为台风。
  (4)东风波移至大陆后,都会减弱消失。影响东南沿海。  
  (5)南海低层如有热带低压存在,东风波移到热带低压上空时,可促使热带低压发展成为台风


二、赤道反气旋

1、赤道缓冲带:风向转变或气流的转换带,南半球的东南信风越过赤道后,受地转偏向力的作用,发生反气旋性弯曲,转变为sw风。
2、赤道反气旋  
  赤道缓冲带在适当条件下,可以加强发展,形成反气旋中心,此反气旋中心称之为赤道反气旋。
3、赤道反气旋形成过程

图片:30.png


4、天气:赤道反气旋中心附近,静风,云淡,SW季风中断,对台风有影响。

三. 洋中槽内的高空低涡

  太平洋中部和大西洋中部的上空,对流层高层存在以条东北-西南向的低槽,其西侧有时仅有明显的风切变,有时则会发生和发展一连串的冷涡自东向西移动,这种高空低涡有时能发展到地面,在有利条件下引发台风生成。
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9楼#
发布于:2009-03-01 01:15
§5.7 云 团


一、定义:

  在热带地区卫星云图上经常出现的直径达4个纬距以上的白色密蔽云区,称为云团。伴有大风暴雨。许多热带天气系统如热带辐合带,热带风暴等都是由热带云团组成或发展起来的。
  由于热带低层大气的温度很高且很潮湿,所以热带地区中下层的大气经常处于不稳定状态,极有利于对流的发展。热带的对流云系很旺盛,成千成百个巨大的积雨云经常聚集在一起,组成了热带特有的云团。强烈的热带天气系统如台风等的发生和发展,都和这种云团的活动有密切的关系。


二、活动:

7-9月活动频繁:40个云团/月,大部分在1-2天消失,维持3天以上的云团往往发展成为台风。

三、种类:

㈠ 尺度较小的“爆米花状”云团:
  云取宽度小于一个纬距,包含10个积雨云群。夏季青藏高原、南美洲热带地区,日变化明显,午后发展,夜晚消失。

㈡ 一般云团(一般4*4纬距):
  出现在ITCZ中,水平范围在2-12个纬距。一个云团由许多积雨云胞组成,顶部常有卷云幡,是热带气旋、东风波和台风的主要来源。

㈢ 季风云团:
  6-9月间出现在东南亚及邻近海上,随季风的 推进,云团呈爆发性的向北发展。南北宽度由几个纬距到10个纬距。东西长可达20-40个经度,是地球上规模最大的云团。它与西南季风活动的关系密切,故称为季风云团。季风云团常可造成暴雨天气。

四.结构:中小型对流云系组成

㈠ 中型对流云系(活跃的深对流云胞):
10-100km,生命史是几个小时至一天。
垂直结构分为:流入层、对流层和流出层  

㈡ 小型对流云系(孤立的对流云胞)4- 10km,生命史是三十分钟至几个小时。
拒绝一切不起风的下沉,抵制一切不下雪的降温
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