天气原理第4章--03-极地环流(ppt文档).ppt

第三节第三节 极地环流概况极地环流概况 地地理理学学上上把把66.5N以以北北和和66.5S以以南南地地区区称称为为极极地地。大大气气在在极极地地上上空空平平均均是是净净支支出出热热量量，所所以以极极地地是是大大气气中中的的冷冷源源，中中、低低纬纬度度的的热热量量通通过过平平均均经经圈圈环环流流和和大大型型涡涡旋旋不不断断向向极极地地输输送送，大大气气在在极极地地冷冷源源上上丧丧失失热热量量形形成成冷冷空空气气，然然后后向向南南侵侵袭袭，影影响响中中、低低纬纬的的环环流流和和天天气气，所所以以研研究究极极地地环环流流很有意义。很有意义。第四章第四章 大气环流大气环流一、极地涡旋一、极地涡旋 无论冬、夏季，无论冬、夏季，500hPa500hPa高度以上都存在围绕高度以上都存在围绕极地地区的低压中心，称极地地区的低压中心，称极地涡旋极地涡旋（极涡极涡），是），是对流层中上层大尺度气旋性环流对流层中上层大尺度气旋性环流。在在在在100hPa100hPa100hPa100hPa等压等压等压等压面图上，极涡表现比较明显和完整。面图上，极涡表现比较明显和完整。面图上，极涡表现比较明显和完整。面图上，极涡表现比较明显和完整。但但极涡中心极涡中心并不正好在南北极。并不正好在南北极。1.1.1.1.极极极极涡涡的的的的统计统计特征特征特征特征（寒潮天气系统）（寒潮天气系统）（寒潮天气系统）（寒潮天气系统）资资料料料料统计统计，北，北，北，北纬纬50505050度以北平均每天有度以北平均每天有度以北平均每天有度以北平均每天有1.51.51.51.5个极个极个极个极涡涡，而，而，而，而频频数最大最集中的地区是以极地数最大最集中的地区是以极地数最大最集中的地区是以极地数最大最集中的地区是以极地为为中心向中心向中心向中心向亚亚洲和美洲伸展的狭洲和美洲伸展的狭洲和美洲伸展的狭洲和美洲伸展的狭长长地地地地带带，极区、北美至大西洋和，极区、北美至大西洋和，极区、北美至大西洋和，极区、北美至大西洋和亚亚洲洲洲洲这这三个区内出三个区内出三个区内出三个区内出现现极极极极涡涡中心的天数多而且中心的天数多而且中心的天数多而且中心的天数多而且较稳较稳定，其中又以定，其中又以定，其中又以定，其中又以亚亚洲最洲最洲最洲最为显为显著，最著，最著，最著，最长长的极的极的极的极涡涡活活活活动动天数天数天数天数达达达达35353535天。天。天。天。2.2.2.2.极极极极涡涡移移移移动动路径路径路径路径 极极极极涡涡中心移中心移中心移中心移动动路径，按其活路径，按其活路径，按其活路径，按其活动轨动轨迹可分三迹可分三迹可分三迹可分三类类：1 1 1 1）经经向性运向性运向性运向性运动动：极：极：极：极涡涡中心从一个区中心从一个区中心从一个区中心从一个区经经极地极地极地极地移到另一移到另一移到另一移到另一 个区。个区。个区。个区。2 2 2 2）纬纬向性运向性运向性运向性运动动：即沿：即沿：即沿：即沿纬纬圈方向移圈方向移圈方向移圈方向移动动，此，此，此，此类类路径偏于路径偏于路径偏于路径偏于 欧洲部分。欧洲部分。欧洲部分。欧洲部分。3 3 3 3）转转游性运游性运游性运游性运动动：极：极：极：极涡涡中心中心中心中心经过经过一段一段一段一段时间时间的活的活的活的活动动后，后，后，后，又返回到原来的出又返回到原来的出又返回到原来的出又返回到原来的出现现点附近，其点附近，其点附近，其点附近，其过过 程可持程可持程可持程可持续续一个月之久。一个月之久。一个月之久。一个月之久。3.3.3.3.极极极极涡涡的的的的环环流型流型流型流型 按按按按100hPa100hPa100hPa100hPa极极极极涡涡中心的配置有：中心的配置有：中心的配置有：中心的配置有：1 1 1 1）绕绕极型：北半球只有一个极极型：北半球只有一个极极型：北半球只有一个极极型：北半球只有一个极涡涡中心，位于北中心，位于北中心，位于北中心，位于北纬纬80808080 度以北极点附近。度以北极点附近。度以北极点附近。度以北极点附近。2 2 2 2）偏心型：北半球只有一个极）偏心型：北半球只有一个极）偏心型：北半球只有一个极）偏心型：北半球只有一个极涡涡中心，位于北中心，位于北中心，位于北中心，位于北纬纬80808080 度以南。度以南。度以南。度以南。3 3 3 3）偶极型：北半球有两个极）偶极型：北半球有两个极）偶极型：北半球有两个极）偶极型：北半球有两个极涡涡中心。中心。中心。中心。4 4 4 4）多极型：北半球有三个或三个以上的极）多极型：北半球有三个或三个以上的极）多极型：北半球有三个或三个以上的极）多极型：北半球有三个或三个以上的极涡涡中心。中心。中心。中心。二、北极环流的平均状况二、北极环流的平均状况1.1.冬季冬季存在两个极涡中心：存在两个极涡中心：一个较强的位于格陵兰西部，一个较强的位于格陵兰西部，另一个较弱的在东西伯利亚的北冰洋沿岸。另一个较弱的在东西伯利亚的北冰洋沿岸。2.2.夏季夏季只有一个极涡中心位于加拿大极区。只有一个极涡中心位于加拿大极区。500 hPa对流层中层平均高度场（对流层中层平均高度场（1 1月）月）北半球北半球 7月月 500hPa平均等高线平均等高线三、极地近地层气温分布特点三、极地近地层气温分布特点 1.1.逆温层（冬、夏季）逆温层（冬、夏季）2.2.地面温度年变化显著地面温度年变化显著(冬：冬：-30-30，夏：，夏：0 0）四、四、平流层环流变化平流层环流变化 wintersummer五、五、极地环流的异常极地环流的异常 -极涡位置的变动与我国中长期天气变化存在一定极涡位置的变动与我国中长期天气变化存在一定的统计联系，特别是对全国范围的寒潮天气爆发的预报具有的统计联系，特别是对全国范围的寒潮天气爆发的预报具有重要指示意义。重要指示意义。寒潮增多典型的极地环流型：冬季，北极对流寒潮增多典型的极地环流型：冬季，北极对流层中部出现持久的暖性反气旋或暖脊控制，会使极层中部出现持久的暖性反气旋或暖脊控制，会使极地冷性涡旋分裂并偏离极地向南移动，导致锋区位地冷性涡旋分裂并偏离极地向南移动，导致锋区位置偏南。置偏南。天气学分析明显地揭示北极中上层对流层和平流层极涡天气学分析明显地揭示北极中上层对流层和平流层极涡的建立、维持、破坏和大气环流调整及季节变化有着密切的的建立、维持、破坏和大气环流调整及季节变化有着密切的关系。陶诗言曾在关系。陶诗言曾在2020世纪世纪6O6O年代就指出平流层低层从冬到夏年代就指出平流层低层从冬到夏和夏到冬大气环流季节变化的特点及其和北极环流的密切关和夏到冬大气环流季节变化的特点及其和北极环流的密切关系系(陶诗言，陶诗言，1964b)1964b)。爆发性增暖不仅和极涡分裂、极地平流爆发性增暖不仅和极涡分裂、极地平流层环流调整有着密切的关系，并且和高纬度对流层阻塞高压层环流调整有着密切的关系，并且和高纬度对流层阻塞高压有相当的联系有相当的联系(LimpasuvanLimpasuvan eta1 eta1，2004)2004)。自上世纪自上世纪5050年代年代Scherhag(1952)Scherhag(1952)发现以后，大量观测资料特别是卫星遥感辐发现以后，大量观测资料特别是卫星遥感辐射资料以及大气动力学分析和数值模拟研究都显示爆发性增射资料以及大气动力学分析和数值模拟研究都显示爆发性增暖对极涡变化、极地平流层和对流层关系的研究的重要性暖对极涡变化、极地平流层和对流层关系的研究的重要性(陈陈隆勋，隆勋，19621962；MurakamiMurakami，1963)1963)。2020世纪世纪6O6O一一7O7O年代以来，年代以来，能量学能量学(Murakami(Murakami，19631963；Miller et a1Miller et a1，1972)1972)巳广泛地应用于研究中间层、平流巳广泛地应用于研究中间层、平流层和对流层间的平均有效位能、平均动能、涡动有效位能、层和对流层间的平均有效位能、平均动能、涡动有效位能、涡动动能的传输和转换、辐射加热和辐射冷却过程所起的涡动动能的传输和转换、辐射加热和辐射冷却过程所起的作用。作用。由于对流层超长波向上输送过多的能量，提供平流由于对流层超长波向上输送过多的能量，提供平流层爆发性增暖的能量，反过来极地和高纬的对流层又接受层爆发性增暖的能量，反过来极地和高纬的对流层又接受更多来自平流层的辐射能量，产生对流层和地面变暖效应。更多来自平流层的辐射能量，产生对流层和地面变暖效应。由于这种反馈机制引起对流层环流的变化，从而影响极地由于这种反馈机制引起对流层环流的变化，从而影响极地乃至中纬度天气乃至中纬度天气。（。（选自选自对北极极涡的认识对北极极涡的认识，极地研，极地研究，究，Vol.18Vol.18，NoNo1 1）极涡与其它系统的相互作用极涡与其它系统的相互作用1.极涡对冬季欧亚大范围天气气候的影响极涡对冬季欧亚大范围天气气候的影响2.平流层极涡异常对对流层的影响平流层极涡异常对对流层的影响3.北半球平流层极涡年际和季内变异对东亚冬季风的影响北半球平流层极涡年际和季内变异对东亚冬季风的影响4.热带印度洋增暖对南极平流层极涡的影响热带印度洋增暖对南极平流层极涡的影响等等等等 2008 2008年年1 1月中国南方遭遇罕见的大范围冰冻雨雪灾月中国南方遭遇罕见的大范围冰冻雨雪灾害害,利用利用等熵位涡分析方法等熵位涡分析方法,分析了这次冰雪灾害期间平分析了这次冰雪灾害期间平流层极涡的变化及其对对流层的影响流层极涡的变化及其对对流层的影响.结果表明结果表明:平流平流层极涡在层极涡在20072007年年1212月已经开始增强月已经开始增强,到到1 1月中旬亚洲北部月中旬亚洲北部极地平流层极涡变得异常强大极地平流层极涡变得异常强大.高位涡冷空气向南扩展高位涡冷空气向南扩展时时,沿着倾斜的等熵面运动沿着倾斜的等熵面运动,从极地平流层上层一直延伸从极地平流层上层一直延伸到中低纬度对流层到中低纬度对流层.低层高位涡冷空气主体比较靠北低层高位涡冷空气主体比较靠北,华华北一带为低位涡区北一带为低位涡区;南方为高位涡区南方为高位涡区,呈东北呈东北-西南向伸西南向伸展展,引导北方高位涡主体冷空气和西南暖湿气流在此汇引导北方高位涡主体冷空气和西南暖湿气流在此汇合合,引起大范围降温和降雪引起大范围降温和降雪.