石大氣象學(xué)與氣候?qū)W課件05天氣系統(tǒng)-3低緯度天氣系統(tǒng)

第三節(jié)低緯度天氣系統(tǒng)

一、副熱帶天氣系統(tǒng)-副熱帶高壓（一）副熱帶高壓結(jié)構(gòu)和天氣（二）西太平洋副熱帶高壓（三）青藏高壓二、熱帶天氣系統(tǒng)一、副熱帶的天氣系統(tǒng)（一）副熱帶高壓概況(副熱帶高壓與我們的天氣)南北半球副熱帶地區(qū)，沿緯圈分布的不連續(xù)的高壓帶，叫副熱帶高壓帶（簡稱副高）。是副熱帶地區(qū)最重要的大型天氣系統(tǒng)。副熱帶高壓帶沿緯圈分裂成幾個具有閉合中心的高壓單體。呈橢圓形，長軸大致同緯圈平行，是暖性動力系統(tǒng)。1月海平面平均氣壓場7月海平面平均氣壓場1、分布：（1）海洋上：北半球主要分布在北太平洋西部、北太平洋東部、北大西洋中部、北大西洋西部墨西哥灣和北非等地。南半球分布在南太平洋、南大西洋和南印度洋等，（2）陸地上：夏季大陸高原上空出現(xiàn)的青藏高壓和墨西哥高壓也屬于副熱帶高壓。

2、形成(1)副高處于低緯環(huán)流和中緯環(huán)流的匯合帶，是由于對流層中上層空氣輻合、聚積形成的。(2)大陸高原上的副熱帶高壓（青藏高壓）主要是由高原地面的熱力作用形成的。3、強度和規(guī)模在冬、夏季節(jié)有很大差異：（1）夏季時，北半球副高的強度迅速增大，盛夏達到最強，范圍幾乎占整個北半球的1/5—1/4。（2）冬季時，由于北半球降溫，強度減弱，范圍縮小，位置南移東退。（3）南半球情況相反。

4、結(jié)構(gòu)

副高的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜在不同的季節(jié)、不同的地區(qū)、不同的高度上有所不同。（1）從垂直剖面來看：①600——100百帕層以質(zhì)量輻合為主，尤其是200百帕附近質(zhì)量輻合最突出，副高輪廓和進退在這里也表現(xiàn)最清楚；

②600百帕層以下質(zhì)量輻散占優(yōu)勢，但整層空氣質(zhì)量是輻合大于輻散，有空氣凈質(zhì)量的堆積，所以表現(xiàn)為高壓形勢。

③注意：在500百帕以下氣層中，雖然氣流以下沉輻散占優(yōu)勢，但在副高的北側(cè)和西北側(cè)，由于同中緯度系統(tǒng)相交綏，氣流卻以上升為主。（2）垂直變化來看：在對流層中下層，副高的強度一般隨高度而增強，而且中心位置隨高度向暖區(qū)偏移，因而高壓中心與高溫中心并不完全重合，高壓脊線也不垂直。在對流層的中上層，地表的海陸熱力差異的影響已大大減弱，高壓中心與暖中心基本重合，高壓脊線也大體垂直。（3）溫度場看：水平方向：副高區(qū)內(nèi)的溫度水平梯度一般比較小，而高壓邊緣由于同周圍系統(tǒng)相交綏，溫度梯度明顯增大，尤其是北部和西北部更大。這種溫度分布特點造成了副高脊線附近氣壓梯度小、水平風(fēng)速小，而南北兩側(cè)氣壓梯度增大、水平風(fēng)速增大的現(xiàn)象。垂直方向：因副高范圍內(nèi)盛行下沉氣流，因而低層普遍形成逆溫層，尤其高壓東部逆溫層較厚、較低。逆溫層阻擋了對流運動的發(fā)展和水分的垂直輸送，導(dǎo)致逆溫層以下空氣潮濕，相對濕度達80%以上，而逆溫層以上空氣干燥，相對濕度在50%以下。5、天氣特征①副高內(nèi)的天氣，由于盛行下沉氣流，以晴朗、少云、微風(fēng)、炎熱為主。②高壓西北部和北部邊緣，因與西風(fēng)帶交綏，受西風(fēng)帶鋒面、氣旋、低槽等的影響，上升運動強烈，水汽也較豐富，因而多陰雨天氣。③高壓南側(cè)是東風(fēng)氣流，晴朗少云，低層濕度大、悶熱，但當(dāng)有臺風(fēng)、東風(fēng)波等熱帶天氣系統(tǒng)活動時，也可能產(chǎn)生大范圍暴雨和中小尺度雷陣雨及大風(fēng)天氣。④高壓東部受北來冷氣流的影響，形成較厚的逆溫層，產(chǎn)生少云、干燥、多霧的天氣。長期受其控制的地區(qū)，因久旱無雨，可能出現(xiàn)干旱，甚至變成沙漠氣候?！铮ǘ┪魈窖蟾备?、西太平洋副熱帶高壓的結(jié)構(gòu)（1）在對流層低層表現(xiàn)比較明顯，到200百帕高壓強度比較弱。在高壓區(qū)內(nèi)，中下層以輻散為主，輻散區(qū)主要位于高壓南部，高壓西北側(cè)有輻合；（2）在對流層上層，高壓南部是輻合區(qū)，北部為輻散區(qū)。（3）流場特征：渦度的分布比較簡單，在任一高度上，高壓區(qū)內(nèi)基本上都是反氣旋性環(huán)流，高度越高反氣旋性環(huán)流越弱，在對流層下半層的高壓內(nèi)主要為下沉運動。（4）溫度場：高壓區(qū)基本上為暖區(qū)，但暖中心和高壓中心并不重合，副高低層有逆溫層存在，逆溫層下部濕度較大，上部濕度較小。2、西太平洋副熱帶高壓的天氣（1）西太平洋副熱帶高壓脊中一般較為干燥。（2）在副高的南、北兩緣有濕區(qū)分布，（3）在衛(wèi)星云圖上，副熱帶高壓主要表現(xiàn)為無云區(qū)或少云區(qū)，副高西部常有的一些呈反氣旋性曲率的積云線，?？删S持2-3天。2005年5月16日（北京時間11：30）西太平洋副高衛(wèi)星云圖3、西太平洋副高位置和強度的變動（副高的活動規(guī)律）西太平洋副高除了在盛夏時偶爾呈南北狹長形狀以外，一般呈東西向的橢圓形。其位置有多年變化.在我國通常用以下幾個量來表示副高的變動：①副高脊線：它是副熱帶高壓內(nèi)東西風(fēng)的分界線，因此在副高脊線上東西風(fēng)風(fēng)速為零，我國常用120OE上副高脊線所在的緯度變化來表示副高的南北移動。

圖西太平洋副高壓脊5-8月500百帕平均位置②副高西伸點：它是在500百帕月平均圖上588位勢米線最西端所在的經(jīng)度，用來表示副高西伸脊點位置。③面積指數(shù)：它是取500百帕月平均圖上10ON以北、110-180OE范圍內(nèi)588位勢米線所包含的范圍，用來表示副高強度變動主要指其強度、位置的變動，在時間尺度上可分為季節(jié)性變動和1-2周的中短期變動。（1）季節(jié)性變動：指西太平洋副高的位置、強度隨季節(jié)而發(fā)生的變化。季節(jié)性活動具有明顯的規(guī)律性，總體來看，冬季位置最南，夏季最北，從冬到夏向北偏西移動，強度增大，從夏到冬則向南偏東移動，強度減弱。一般在8月份達到一年中的最北點，8月以后開始南撤。

時間脊線位置冬季位于15°N附近3-4月脊線緩慢向北移動北跳5-6月，大約到6月中旬脊線越過20°N，在20-25°N間徘徊第1次北跳7月中旬脊線迅速越過25°N，擺動在25-30°N之間第2次北跳7月底8月初脊線跨過30°N到達一年中最北位置第3次北跳南撤9月上旬回跳到25°N附近第1次南撤10月上旬回跳到20°N以南地區(qū)第2次南撤

圖西太平洋副高壓脊5-8月500百帕平均位置圖西太平洋副高壓脊8-10月500百帕平均位置值得注意：副高的季節(jié)性南北移動并不是勻速進行的，而表現(xiàn)出穩(wěn)定少動，有時緩慢移動，有時突發(fā)跳躍的方式，而且北進持續(xù)時間長，速度緩慢，而南退經(jīng)歷時間短、速度較快。（2）非季節(jié)性的中短期變動：主要表現(xiàn)為：一是半個月左右的副高偏強或偏弱趨勢。二是北進中短暫的南退，南退中短暫的北進，而且，北進常同西伸相結(jié)合，南退與東退相結(jié)合。

4、西太平洋副高對我國天氣的影響西太平洋副高是對我國夏季天氣影響最大最重要的一個天氣系統(tǒng)。它的影響：（1）一方面表現(xiàn)在副高本身，在其控制下的地區(qū)，有強烈的下沉逆溫，使低層空氣難以成云至雨，造成晴空萬里、炎熱的天氣，時間久了可能出現(xiàn)大范圍干旱。（2）另一方面，表現(xiàn)在西太平洋副高與周圍的天氣系統(tǒng)間相互作用而形成其他類型的天氣，其位置、強度的變化對我國（主要是東部）的雨季、旱澇以及臺風(fēng)路徑等產(chǎn)生重大的影響。

其活動規(guī)律表現(xiàn)為：通常降水帶位于西太平洋副高脊線以北約5-8個緯距，并隨副高作季節(jié)性移動，平均來說：月份脊線位置影響地區(qū)及天氣情況6月越過20°N雨帶位于長江中下游—淮河流域一帶（梅雨季節(jié)）7月中旬越過25°N雨帶移到黃河流域，江淮流域出現(xiàn)伏旱天氣，華南多臺風(fēng)7月底8月初越過30°N華北、東北雨季開始9月上旬回跳到25°N淮河流域多雨，華西出現(xiàn)有名的秋雨。10月上旬南退到20°N以南江南晴好天氣結(jié)束，臺風(fēng)結(jié)束

表

副高脊線位置與我國降水帶的關(guān)系5、梅雨

梅雨是發(fā)生在春夏之交，在我國江淮地區(qū)的連陰雨天氣。梅雨開始的日期叫“入梅”，結(jié)束日期叫“出梅”。其范圍西起宜昌，東到日本南部，約在北緯26°-34°之間的范圍內(nèi)擺動。時間正是春夏之交（6-7月），此時正當(dāng)江南梅子黃熟季節(jié)，故稱梅雨，又因長時間陰雨，空氣濕度大，衣物容易發(fā)霉，所以又有“霉雨”之俗稱。

梅雨天氣特征：是范圍廣大的連續(xù)性降水天氣過程，多陰雨，日照少，空氣潮濕，風(fēng)速小，天氣悶熱，天氣時晴時陰。這種天氣特點與西太平洋副高的季節(jié)性進退和短期變化有關(guān)，同時也與鋒面氣旋和切變線的活動密切相關(guān)。由于降水時間長、強度大，往往造成洪澇。如果降水時間短、雨量少，又可造成干旱缺水。（三）青藏高壓（又叫南亞高壓）夏季，在南亞地區(qū)上空的對流層高層（100百帕附近）存在一個龐大的高壓系統(tǒng)，也叫南亞高壓和亞洲季風(fēng)高壓。它在100百帕附近最強，是夏季100百帕高度上除了極渦以外最強大、最穩(wěn)定的系統(tǒng)。1、特征：是暖季出現(xiàn)在亞洲大陸南部青藏高原上空對流層頂部的大型暖高壓系統(tǒng)。其中心區(qū)有上升氣流，多對流活動，是我國夏季雷暴發(fā)生最多的地區(qū)。2、形成：由于高原的加熱作用形成的。3、結(jié)構(gòu)：它在500百帕以下是熱低壓，在500百帕以上的高空才表現(xiàn)為高壓，而且越向高空高壓強度越大，到200-100百帕高度強度最大，成為北半球上空強大的高壓體。

4、影響：（1）由于高壓中心常作東西向擺動，當(dāng)其向東擺動并與西太平洋高壓脊疊加時，可使西太平洋副高加強，導(dǎo)致其西伸或北跳。

（2）青藏高壓的中心位置和它在我國東部的脊線位置對長江中下游梅雨異常也有影響

二、熱帶天氣系統(tǒng)在天氣學(xué)上，習(xí)慣上把南北半球副熱帶高壓脊線之間的地區(qū)稱為熱帶。又習(xí)慣上把南北緯30°之間的區(qū)域稱為熱帶。這一地區(qū)約占全球面積的一半，絕大部分是海洋，是地球上熱量的凈得區(qū)，大氣低層經(jīng)常處于高溫、高濕和條件不穩(wěn)定狀態(tài)。同時，熱帶地區(qū)又是氣流輻合、上升帶。這樣的熱力和動力條件有利于對流云系旺盛發(fā)展和對流云系聚集成巨大云團。是強烈天氣系統(tǒng)發(fā)生、活動的背景和條件。

（一）

熱帶輻合帶1、特征：

熱帶輻合帶是南北半球信風(fēng)氣流匯合形成的狹窄氣流輻合帶，又稱赤道輻合帶，處在南北半球副熱帶高壓之間的赤道槽內(nèi)。赤道輻合帶環(huán)繞地球呈不連續(xù)帶狀分布，是熱帶地區(qū)最主要是持久性的大型天氣系統(tǒng)之一。2、類型：按氣流輻合的特性分兩類：

（1）

季風(fēng)輻合帶：在北半球夏季，東南信風(fēng)越過赤道以后，轉(zhuǎn)變?yōu)槌嗟牢黠L(fēng)，赤道西風(fēng)又與東北信風(fēng)相遇匯合形成的氣流輻合帶，由于這種輻合帶正處于東西風(fēng)的分界線上，輻合帶中基本上是靜風(fēng)，所以，該輻合帶又叫無風(fēng)帶輻合帶，又因為這種輻合帶活動在季風(fēng)區(qū)，又稱為季風(fēng)輻合帶。（2）信風(fēng)輻合帶：南北半球信風(fēng)直接交匯形成的輻合帶。3、位置及其季節(jié)變化：熱帶輻合帶的位置隨季節(jié)有南北移動。其南北擺動較太陽高度角的變化有所滯后。在3月初到達最南在9月初到達最北南北移動并不關(guān)于赤道對稱，最南到5?S，最北達到15?N附近。但各地區(qū)移動的幅度并不相等。（1）活動在中、東太平洋、大西洋和西非的信風(fēng)輻合帶，移動幅度較小，而且一年中大部分時間位于北半球；常年出現(xiàn)在5?N-10?N附近。（2）活動在東非、亞洲、澳大利亞的季風(fēng)輻合帶，季節(jié)位移較大，冬季位于南半球，夏季又移到北半球，而且在有的年代10月份南北半球各出現(xiàn)一個季風(fēng)輻合帶。這種季節(jié)變化是同活動地區(qū)的海陸分布和地形特征密切相關(guān)的。4、分布：一般只存在于對流層的中、下層。5、天氣特征：在衛(wèi)星云圖上表現(xiàn)為一條東西向的、由離散云團組成的巨大云帶，有強烈的積雨云活動。因輻合帶上低層空氣總是輻合的，海上水汽豐富，所以輻合帶上經(jīng)常發(fā)生云雨天氣。6、熱帶輻合帶的形成機制三種：（1）是海溫的作用，熱帶輻合帶的位置幾乎就是赤道地區(qū)的海溫最大軸線上。（2）當(dāng)?shù)蛯虞椇蠋蟼?cè)的西南風(fēng)大，形成輻合和氣旋渦旋時，在邊界摩擦輻合作用下，出現(xiàn)上升運動，凝結(jié)釋放潛熱，加強了低層的輻合。（3）在邊界實際發(fā)生的擾動角頻率與科氏參數(shù)相同，在這里產(chǎn)生很大的上升運動。（二）東風(fēng)波1、形成：是副高南側(cè)（北半球）深厚東風(fēng)氣流受到擾動而產(chǎn)生的波動。是熱帶對流層中低層大氣中一種擾動。表現(xiàn)為東北風(fēng)與東南風(fēng)的切變，是自東向西移動的倒“V”字形波槽。2、特征：波動波長一般1000—1500公里，長的可達4000—5000公里，伸展高度一般為6—7公里，有的達對流層頂。最大強度出現(xiàn)在700—500百帕之間。周期3—7天，移速約20—25公里/小時。3、結(jié)構(gòu)及天氣：結(jié)構(gòu)因地區(qū)而有不同。（1）在西大西洋加勒比海地區(qū)，東風(fēng)波呈倒V字形模式，波軸隨高度向東傾斜，槽前吹東北風(fēng)，槽后吹東南風(fēng)。槽前為輻散下沉氣流區(qū)，濕層較薄，只生成一些小塊積云或晴朗無云；槽后為輻合上升氣流區(qū)，有大量水汽向上輸送，形成云雨天氣。（2）西太平洋東風(fēng)波產(chǎn)生于西太平洋東部地區(qū)，平均波長約2000公里。波軸向東傾斜（因該地低空為東風(fēng)，高空為西風(fēng)），云雨天氣發(fā)生在槽后氣流輻合上升區(qū)。（3）在西太平洋西部到南海地區(qū)，對流層低層經(jīng)常是赤道西風(fēng)，5公里以上才是熱帶東風(fēng)，因而東風(fēng)波多發(fā)生在對流層的中上層，在400—200百帕之間最清楚。由于高空東風(fēng)風(fēng)速隨高度而增大，其波軸逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛭鲀A斜，結(jié)果槽前氣流輻合上升，濕層厚，多云雨天氣，槽后氣流輻散下沉，濕層淺，多晴好天氣。

（三）熱帶云團1、概況：

從衛(wèi)星云圖上發(fā)現(xiàn)，熱帶地區(qū)存在著大量深厚的由對流云組成的直徑在100—1000公里范圍內(nèi)

的云區(qū)，稱為云團。在天氣圖上很難分析出與云團對應(yīng)的天氣系統(tǒng)，但東風(fēng)波，熱帶氣旋等天氣系統(tǒng)大多是在云團的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。云團經(jīng)過的地區(qū)常常發(fā)生大風(fēng)和暴雨。2、類型：根據(jù)云團的尺度、產(chǎn)生的地區(qū)分為三種類型：（1）季風(fēng)云團：是地球上規(guī)模最大的云團，南北寬達10個緯距，東西長20—40個經(jīng)距。主要發(fā)生在熱帶的印度洋和東南亞地帶。并隨季風(fēng)推進，云團中常常產(chǎn)生季風(fēng)低壓，有時可發(fā)展成孟加拉灣風(fēng)暴，形成特大暴雨。（2）普通云團：常發(fā)生在海洋上的熱帶輻合帶中，尺度在4個緯距以上，是臺風(fēng)、東風(fēng)波發(fā)展的基礎(chǔ)。這種云團對我國華南、華北等沿海地區(qū)有較大的影響，能形成暴雨天氣。（3）小尺度云團：是由幾個到10幾個積雨云組成的積雨云群，多發(fā)生在南美大陸的熱帶地區(qū)和我國的西藏地區(qū)，有明顯的日變化。★（四）熱帶氣旋1、概況：熱帶氣旋是形成在熱帶洋面上的、具有暖心結(jié)構(gòu)的、強烈的氣旋性渦旋。它來臨時往往帶來狂風(fēng)、暴雨和驚濤駭浪，具有很大的批破壞力，是一種災(zāi)害性天氣，同時，熱帶氣旋也帶來充沛雨水，有利于緩和或解除盛夏旱象，是熱帶地區(qū)最重要的天氣系統(tǒng)。熱帶氣旋

熱帶氣旋2、分類：熱帶氣旋的強度有很大的差異，據(jù)此，國際規(guī)定熱帶氣旋的名稱和等級標(biāo)準(zhǔn)為：（1）臺風(fēng)（颶風(fēng)）：地面中心附近最大風(fēng)速≥32。6米/秒（即風(fēng)力12級以上）。（2）熱帶風(fēng)暴：地面中心附近最大風(fēng)速17。2—32。6米/秒（即風(fēng)力8—11級以上）。其中地面中心附近最大風(fēng)速24。5——32。6米/秒（風(fēng)力10—11級）時，叫強熱帶風(fēng)暴。（3）熱帶低壓：地面中心附近最大風(fēng)速10。8—17。1米/秒（風(fēng)力6—7級）3、臺風(fēng)在西太平洋地區(qū)稱為臺風(fēng)，在東太平洋和大西洋地區(qū)稱為颶風(fēng)。（1）概況：范圍以最外圍閉合等壓線的直徑度量，大多數(shù)臺風(fēng)范圍在600—1000公里，最大的達2000公里，最小的僅100公里左右。環(huán)流伸展的高度可達12—16公里。強度以近臺風(fēng)中心地面最大平均風(fēng)速和臺風(fēng)中心海平面最低氣壓值來確定，大多數(shù)臺風(fēng)風(fēng)速在32—50米/秒，大的可達110米/秒，臺風(fēng)中心氣壓值一般為950百帕，低的可達920百帕，甚至870百帕。（2）時空分布：臺風(fēng)大多數(shù)發(fā)生在南、北緯5°—20°的海水溫度較高的洋面上，主要發(fā)生在8個海區(qū)，即：北半球的北太平洋西部和東部、北大西洋西部、孟加拉灣和阿拉伯海5個海區(qū)，南半球的南太平洋西部、南印度洋西部和東部3個海區(qū)。南大西洋和南太平洋東部沒有臺風(fēng)發(fā)生

（3）結(jié)構(gòu)發(fā)展成熟的臺風(fēng)其低層按輻合氣流速度大小分為三個區(qū)域：（也可看作水平分布）①外圈：又叫大風(fēng)區(qū)，自臺風(fēng)邊緣到渦旋區(qū)外緣，半徑約200-300公里，主要特點是風(fēng)速向中心急增，風(fēng)力可達6級以上。②中圈：又叫渦旋區(qū)，從大風(fēng)區(qū)邊緣到臺風(fēng)眼壁，半徑約100公里，是臺風(fēng)中對流和風(fēng)、雨最強烈、破壞力也最強烈的區(qū)域。③內(nèi)圈：又叫臺風(fēng)眼區(qū)，半徑約5-30公里。多呈圓形，風(fēng)速迅速減小或靜風(fēng)。臺風(fēng)流場的垂直分布大致分三層：①低層流入層：從地面到3公里，氣流強烈向中心輻合，由于地轉(zhuǎn)偏向力作用，內(nèi)流氣流呈氣旋式旋轉(zhuǎn)。②上升氣流層：從3公里到10公里左右，氣流主要沿切線方向環(huán)繞臺風(fēng)眼壁上升，上升速度在700-300百帕之間達到最大。③高空流出層：大約從10公里到對流層頂，氣流在上升過程中釋放大量潛熱，使臺風(fēng)中部氣溫高于周圍，臺風(fēng)中的水平氣壓梯度力隨高度而逐漸減小，當(dāng)達到某一高度時，水平梯度力小于慣性離心力和地轉(zhuǎn)偏向力的合力時，便出現(xiàn)向四周外流的氣流。（4）天氣依據(jù)臺風(fēng)的衛(wèi)星云圖和雷達回波，發(fā)展成熟的臺風(fēng)云系，由外向內(nèi)有：①外螺旋云帶：由層積云或濃積云組成，以較小的角度旋向臺風(fēng)內(nèi)部；②內(nèi)螺旋云帶：一般由數(shù)條積雨云或濃積云組成的云帶直接卷入臺風(fēng)內(nèi)部；③云墻：由高聳的積雨云組成的圍繞臺風(fēng)中心的同心圓狀云帶。④臺風(fēng)眼區(qū)：因氣流下沉，晴空無云。

（5）臺風(fēng)形成和消亡的條件一般認為臺風(fēng)形成和合適的環(huán)境條件和流場是：①廣闊的高溫洋面：②合適的地轉(zhuǎn)參數(shù)值；③氣流的鉛直切變要小；④合適