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天气学分析——第三章 气旋与反气旋
第三章 气旋与反气旋
大气中存在着各种大大小小的涡旋,其中有的逆时针旋转, 而有的顺时针旋转,我们把它们中的大型水平涡旋,分别称为气 旋和反气旋。气旋与反气旋是造成大气中千变万化的天气现象的 重要天气系统。它们的发生、发展和移动对于各地区、各纬度之 间的热量交换、水汽输送和广大地区的天气变化有着很大的影响。 因此,研究气旋和反气旋的发生和发展规律是天气分析预报的一 项重要任务。 本章主要讨论大尺度温带气旋和反气旋的主要特征及其发生、 发展的机制。关于高空大型暖性高压、冷性低压及热带低压、副 热带高压等将在以后各有关章节讲述。
四、系统的空间结构
气压系统随高度的变化决定于气压场和平均温度场(或厚度 场)的配置情况,即温压场的结构。在静力平衡条件下,由于暖空 气中气压随高度递减比冷空气中慢,因此,即使底层等压面的高度 在暖空气中比冷空气中低,但到一定高度后,等压面高度在暖空气 中将会比在冷空气中高。这就是说,在一定高度以上,气压梯度或 位势梯度的方向,将由原在底层中从冷区指向暖区而变为从暖区指 向冷区。于是,原来在底层是高压的区域到高层对应位置的上空将 变成低压区域。因此,到达一定高度处,高压区便与暖区近乎重合, 而低压区便与冷区近乎重合。
反气旋的范围比一般气旋大得多,大的反气旋可以和最大的 大陆或海洋相比(例如:冬季亚洲大陆的反气旋,往往占据整个 亚洲大陆面积的四分之三)。
二、气旋和反气旋的强度
气旋、反气旋的强度一般用其中心气压来表示。气旋中心 气压值愈低,气旋愈强;反之气旋愈弱。
地面气旋的中心气压值一般在970—1010百帕之间。发展 的十分强大的气旋,中心气压值可低于935百帕。强台风中心 气压值还要低得多。
在气压场上,气旋又称低气压(简称低压),反气旋又称高 气压(简称高压)
一、气旋和反气旋的水平尺度
气旋和反气旋的水平尺度(范围)以最外围一条闭合等压 线的直径长度来表示。
气旋的直径平均1000公里,大的可达到3000公里,小的只有 200—300公里或更小些。就平均情况而言,东亚气旋一般要较欧 洲和北美的气旋水平长度小。
2、暖性反气旋
出现在副热带地区的高压多属此类。北半球的副热 带高压主要有太平洋高压和大西洋高压。副热带高压较 少移动,但有季节性的南北位移和中、短期的东西进退。
上面已根据气旋和反气旋的基本特征,划分了几种类型。 其实各类气旋或反气旋间,并不存在不可逾越的界限。不同类 型的气旋或反气旋,在一定条件下会互相转化。如锋面气旋可 在一定的条件下(当其处在消亡阶段时)转化为无锋气旋(冷 性低压);无锋气旋(如热低压)可因一定条件(如有冷空气 进入)转变为锋面气旋;又如冷性反气旋,当其南下变性到一 定程度就转化为暖性反气旋。
(二)深厚系统
此系统的特点是:气压场的高压中心与温度场的暖中心基 本重合,(这种系统称为暖性高压),气压场的低压中心与温度 场的冷中心基本重合,(这种系统称为冷性低压),它们的厚度 梯度(平均温度梯度)与气压梯度(位势梯度)方向一致。因此, 随高度升高,等压面的坡度会越来越大,系统就越来越明显。对 于冷低压,其中心温度最低,因此低压中心的气压随高度降低得 较四周为快,到了高空冷低压越强。而对暖高压,由于中心温度 最高,因此高压中心的气压随高度降低得较四周为慢,到了高空 其暖高压越强。深厚系统一般从地面到500百帕以上的等压面图 上,其等高线都能保持闭合。
三、气旋和反气旋的种类 气旋和反气旋的分类方法较多,通常按其形成和活
动的主要地理区域或其热力结构的不同进行分类。 (一)气旋
根据气旋形成和活动的主要地理区域,可分为温带气 旋和热带气旋两大类;
按其形成及热力结构,则可分为无锋气旋和锋面气旋 两大类。
无锋面气旋:由单一的冷气团或暖气团组成,其中没有锋面。 通常见到的无锋面气旋有: (1)热带气旋:发生在热带洋面上强烈的气旋性涡旋。当其中 心风力达到一定程度时,称为台风或飓风。 (2)地方行气旋:由于地形作用或下垫面的加热作用而产生的 地形低压或热低压等。这种低压基本上不移动。 锋面气旋由冷暖气团组成,其中有锋面,一般移动性较大。 大多数的温带气旋为锋面气旋。
§3—1 气旋、反气旋的特征和分类
气旋:是占有三度空间的、在同一高度上中心气压低于四周的 大尺度涡旋。在北半球,气旋范围内的空气作逆时针旋转,在 南半球其旋转方向相反。
反气旋:是占有三度空间的、在同一高度上中心气压高于四周 的大尺度涡旋。在北半球,反气旋范围内的空气作顺时针旋转, 在南半球其旋转方向相反。
(二)反气旋
根据反气旋形成和活动的主要地理区域,可分为极 地反气旋、温带反气旋和副热带反气旋。
按热力结构则可分为冷性反气旋(冷高压)和暖性反 气旋(暖高压)。
1、冷性反气旋
活动于中高纬度大陆近地面层的反气旋多属此类,习惯上 多称为冷高压。当冷高压主体从北方或西北方南下到达一定纬度 而后静止时,它的前方常以“扩散”形势扩散出一股股冷空气向 偏南方向移动,在气压上表现为小的冷高压或高压脊,它们一般 移动很快。锋面气旋的冷锋后面的小高压即属此类移动性的冷高。 冬半年强大的冷高压南下,可造成24小时降温超过10ºC的寒潮天 气。
根据温压场的配置情况的不同,气压系统可分为三类。 (一)浅薄系统
此类系统的特点是:气压场的高压中心与温度场的冷中心基 本重合,(这种系统称为冷性高压),气压场的低压中心与温度场 的暖中心基本重合,(这种系统称为暖性低压),它们的厚度梯度 (平均温度梯度)与气压梯度(位势梯度)方向相反。因此,随高 度升高,气压梯度逐渐减小,到达某一高度处水平气压梯度为零, 其高、低气压系统的痕迹全部消失。再向上,气压梯度的方向就与 厚度梯度一致,变成和底层相反的气压系统。
1973年10月6日00时20分在菲律宾东部海面上曾出现过低 达877百帕的台风中心。
地面反气旋的中心气压值一般在1020—1030百帕, 冬季东亚大陆上反气旋的中心气压可达到1040百帕,最 高的曾达到1083.8百帕(出现在1968年12月31日中西伯 利亚北部)。就平均情况而言,温带气旋与反气旋的强 度,冬季都比夏季要强。海上的温带气旋要比陆地上的 强;海上的温带反气旋则要比陆地上的要弱。