天气原理第3章--03-温带气旋和反气旋的发展理论(ppt文档).ppt

3.3.1 3.3.1 温带气旋发展的物理过程温带气旋发展的物理过程3.3.2 3.3.2 温带气旋的生命史和天气温带气旋的生命史和天气3.3.3 3.3.3 气旋的再生和气旋族气旋的再生和气旋族3.3 3.3 温带气旋和反气旋发展理论温带气旋和反气旋发展理论 第三章第三章 温带气旋与反气旋温带气旋与反气旋3.3.1 3.3.1 温带气旋的发展温带气旋的发展基本概念基本概念 准地转适应（流线与等高线平行）准地转适应（流线与等高线平行）斜压性（等压面上有等温线，等温线越密斜压性（等压面上有等温线，等温线越密集，温度梯度越大，热成风越大，斜压性越强）集，温度梯度越大，热成风越大，斜压性越强）高低层配置（低层：地面；高层：高低层配置（低层：地面；高层：500hPa500hPa）影响气旋发展的主要因子影响气旋发展的主要因子：热力因子（冷暖平流）热力因子（冷暖平流）动力因子（涡度平流）动力因子（涡度平流）（一）斜压系统发展的物理过程及发展因子（一）斜压系统发展的物理过程及发展因子 温带气旋主要是在锋区发展起来的，有很大斜压温带气旋主要是在锋区发展起来的，有很大斜压性，温度场位相落后于高度场，高空槽前地面为气旋，性，温度场位相落后于高度场，高空槽前地面为气旋，槽后地面为反气旋。槽后地面为反气旋。高空形势：温度场落后高度场高空由于涡度平流和冷暖平流而造成的附加流场和变高由于高空动力和热力因子所造成地面的变压和流场地地转转适适应应槽前槽前正涡度平流正涡度平流高层风场高层风场不适应气不适应气压场压场气旋性气旋性涡度增涡度增加加由地转偏由地转偏向力产生向力产生高层辐散高层辐散气柱质量气柱质量减小（低减小（低层减压）层减压）低层气压低层气压场不适应场不适应风场风场由气压梯度由气压梯度力产生低层力产生低层辐合辐合产生上升产生上升运动运动达达到到新新的的适适应应适应原理适应原理高层辐散负涡度延缓正涡度的增高层辐散负涡度延缓正涡度的增加；上升冷却，气柱厚度减小，加；上升冷却，气柱厚度减小，气压场与风场适应；低层质量辐气压场与风场适应；低层质量辐合（补偿），在地转偏向力的作合（补偿），在地转偏向力的作用下产生风场向气压场的适应）用下产生风场向气压场的适应）高高空空槽槽前前：总结：槽前正涡度平流，促使地面气旋发展并产生上升运动总结：槽前正涡度平流，促使地面气旋发展并产生上升运动 槽后负涡度平流，促使地面反气旋发展并产生下沉运动槽后负涡度平流，促使地面反气旋发展并产生下沉运动高空槽区：高空槽区：槽中冷平流槽中冷平流等压面间等压面间厚度降低厚度降低气压场不气压场不适应风场适应风场在气压梯度力在气压梯度力的作用下产生的作用下产生高层辐合高层辐合地面加压气地面加压气压场不适应压场不适应风场风场在气压梯度力在气压梯度力的作用下产生的作用下产生低层辐散低层辐散高层辐合高层辐合低层辐散低层辐散产生下沉产生下沉运动运动达到达到新的新的地转地转平衡平衡适应原理：适应原理：高层辐合有气旋性环流使风场向高层辐合有气旋性环流使风场向气压场适应，下沉运动绝热增温抵消了冷平气压场适应，下沉运动绝热增温抵消了冷平流的作用，使地面加压不致过快；低层辐散流的作用，使地面加压不致过快；低层辐散有反气旋环流使风场向气压场适应以及补偿有反气旋环流使风场向气压场适应以及补偿作用使地面加压不致过快作用使地面加压不致过快总结：槽中冷平流产生下沉运动并使高空槽加深总结：槽中冷平流产生下沉运动并使高空槽加深。脊区有暖平流产生上升运动，使高压脊发展脊区有暖平流产生上升运动，使高压脊发展冷平流造成的负变高暖平流造成的正变高正涡度平流造成的附加气旋式流场负涡度平流造成的附加反气旋式流场高空，辐散有反气旋性涡度生成，以使气旋性涡度增加不会太快地面，辐合对应有气旋性涡度生成，以适应气压场地面，辐散对应有反气旋性涡度生成，以适应气压场高空，辐合有气旋性涡度生成，以使反气旋性涡度增加不会太快结论结论（高空槽前、后）（高空槽前、后）：1槽前正涡度平流使地面气旋发展，槽前正涡度平流使地面气旋发展，2 槽后负涡度平流使地面反气旋发展槽后负涡度平流使地面反气旋发展2槽前正涡度平流使槽前有负变高，槽前正涡度平流使槽前有负变高，3 槽后负涡度平流使槽后有正变高槽后负涡度平流使槽后有正变高 3气旋发展必伴有上升运动的发展，气旋发展必伴有上升运动的发展，4 反气旋发展必伴有下沉运动的发展反气旋发展必伴有下沉运动的发展5流场与气压场从不适应到达到新的平衡流场与气压场从不适应到达到新的平衡地面，辐散对应有反气旋性涡度生成，以适应气压场，反气旋发展地面，辐合对应有气旋性涡度生成，以适应气压场，气旋发展冷平流区：冷平流区：500hPa等压面下降，温压场不平衡，在气压等压面下降，温压场不平衡，在气压梯度力作用下，产生水平辐合，高层有负变高，低层有梯度力作用下，产生水平辐合，高层有负变高，低层有正变压，产生辐散，为保持质量连续，必产生补偿性下正变压，产生辐散，为保持质量连续，必产生补偿性下沉运动。沉运动。结论结论（槽脊区）：（槽脊区）：1槽区冷平流使槽加深，地面气旋后部槽区冷平流使槽加深，地面气旋后部出现正变压出现正变压2脊区暖平流使脊加强，地面气旋前部脊区暖平流使脊加强，地面气旋前部出现负变压出现负变压地面：地面：气旋后部，反气旋前部为冷平流加压气旋后部，反气旋前部为冷平流加压反气旋后部，气旋前部为暖平流减压反气旋后部，气旋前部为暖平流减压气旋中心和反气旋中心没有温度平流，热力因气旋中心和反气旋中心没有温度平流，热力因子不起作用子不起作用槽前脊后正涡度平流使地面减压槽前脊后正涡度平流使地面减压槽后脊前负涡度平流使地面加压槽后脊前负涡度平流使地面加压热力因子使地热力因子使地面系统前面系统前移移动力因子使地动力因子使地面系统发展面系统发展高空：高空：暖平流使脊加强暖平流使脊加强冷平流使槽加深冷平流使槽加深槽前脊后正涡度平流使槽前槽前脊后正涡度平流使槽前出现负变高出现负变高槽后脊前负涡度平流使槽后槽后脊前负涡度平流使槽后出现正变高出现正变高动力因子使动力因子使槽槽脊前移脊前移热力因子使热力因子使槽槽脊脊发展发展非绝热加热因子对气旋发展的作用非绝热加热因子对气旋发展的作用：若有足够水汽，则上升运动区有水汽凝结，若有足够水汽，则上升运动区有水汽凝结，潜热释放潜热释放，会部分抵消上升绝热膨胀冷却的作，会部分抵消上升绝热膨胀冷却的作用，用，气柱降温不至于太快气柱降温不至于太快，高层减压变慢，使，高层减压变慢，使得高层可维持较强的辐散，使低层减压增强，得高层可维持较强的辐散，使低层减压增强，气旋发展更快，上升运动也增强气旋发展更快，上升运动也增强温带气旋的发展经历了四个阶段温带气旋的发展经历了四个阶段波动阶段波动阶段发展阶段发展阶段锢囚阶段锢囚阶段消亡阶段消亡阶段（二）温带气旋的发展（二）温带气旋的发展1.1.气旋发展的初生期高空温压场气旋发展的初生期高空温压场(波动阶段波动阶段)温度场落后于高度场，地面气旋位于高空槽前，温度平流温度场落后于高度场，地面气旋位于高空槽前，温度平流零线穿过气旋中心，气旋前部为暖平流后部为冷平流。但零线穿过气旋中心，气旋前部为暖平流后部为冷平流。但高空未出现闭合等高线。高空未出现闭合等高线。2.2.气旋发展的青年期高空温压场气旋发展的青年期高空温压场(成熟阶段成熟阶段)温度场仍落后于高度场，但低中心和冷中心比前一阶段接近温度场仍落后于高度场，但低中心和冷中心比前一阶段接近（气旋中心的温度因上升运动而逐渐降低，故温度槽离气旋中（气旋中心的温度因上升运动而逐渐降低，故温度槽离气旋中心越来越近），高空图上等高线曲率加大，地面闭合等压线增心越来越近），高空图上等高线曲率加大，地面闭合等压线增多，气旋前部为暖平流后部为冷平流。多，气旋前部为暖平流后部为冷平流。3.3.气旋发展的锢囚期高空温压场气旋发展的锢囚期高空温压场(锢囚阶段锢囚阶段)温度场仍落后于高度场，但低中心和冷中心更加接近，高空图上温度场仍落后于高度场，但低中心和冷中心更加接近，高空图上出现闭合中心，涡度平流和温度平流开始减弱，减压作用开始偏出现闭合中心，涡度平流和温度平流开始减弱，减压作用开始偏离气旋中心。地面气旋中心也发展到最强阶段，闭合等压线增多，离气旋中心。地面气旋中心也发展到最强阶段，闭合等压线增多，气旋开始锢囚，冷平流侵入气旋南部，地面低层已经被冷空气所气旋开始锢囚，冷平流侵入气旋南部，地面低层已经被冷空气所控制，摩擦作用相对增大为主要因子控制，摩擦作用相对增大为主要因子4.4.气旋发展的消亡期高空温压场（消亡阶段）气旋发展的消亡期高空温压场（消亡阶段）高空温压场近于重合，成为一个深厚的冷性涡旋，锋面移高空温压场近于重合，成为一个深厚的冷性涡旋，锋面移出，动力和热力因子迅速减弱，摩擦作用使气旋消亡出，动力和热力因子迅速减弱，摩擦作用使气旋消亡（三）温带反气旋的发展（三）温带反气旋的发展温带反气旋生命史分三个阶段：温带反气旋生命史分三个阶段：初生阶段初生阶段 发展阶段发展阶段 消亡阶段消亡阶段通常是从冷锋后部的一个微弱的地面高压脊发展的通常是从冷锋后部的一个微弱的地面高压脊发展的 温度场落后于高度场，地面高压脊位于高空高压脊前部，温度场落后于高度场，地面高压脊位于高空高压脊前部，地面气旋后部的冷气团南缘为通过地面气旋的锋带地面气旋后部的冷气团南缘为通过地面气旋的锋带 地面反气旋发展到最盛期，有闭合中心、闭合等压地面反气旋发展到最盛期，有闭合中心、闭合等压线，线，500hPa500hPa也出现闭合等高线，温压场形势与初生也出现闭合等高线，温压场形势与初生阶段类似，但温度场中心与高度场中心接近。动力阶段类似，但温度场中心与高度场中心接近。动力因子和热力因子达到最强后开始减弱因子和热力因子达到最强后开始减弱 转为暖性反气旋或并入副热带高压中转为暖性反气旋或并入副热带高压中Bjerknes1919Bjerknes1919年提出并经修改过的温带气旋基本模式年提出并经修改过的温带气旋基本模式3.3.2 3.3.2 温带气旋的生命史和天气温带气旋的生命史和天气 图中仅仅描述了温带气旋在其发展中期某个图中仅仅描述了温带气旋在其发展中期某个时刻的结构，时刻的结构，实际大气中气旋的发生发展要有一实际大气中气旋的发生发展要有一个从生成到消亡的生命史过程个从生成到消亡的生命史过程。挪威学派的经典概念模式认为在气旋发生阶挪威学派的经典概念模式认为在气旋发生阶段，可以把它看成是段，可以把它看成是具有气旋性切变的准静止锋具有气旋性切变的准静止锋上的一个小扰动上的一个小扰动。初始小扰动一旦发生，暖空气。初始小扰动一旦发生，暖空气稍稍上升到冷空气上面，波峰附近的气压就开始稍稍上升到冷空气上面，波峰附近的气压就开始下降。下降。在初始扰动发生以后，气压分布有利于在在初始扰动发生以后，气压分布有利于在波峰附近形成一个气旋环流波峰附近形成一个气旋环流。波动阶段波动阶段成熟阶段成熟阶段锢囚阶段锢囚阶段衰亡阶段衰亡阶段锢囚阶段锢囚阶段一、温带气旋的生命史一、温带气旋的生命史1.1.气旋发展的气旋发展的 波动阶段波动阶段 原先地面上有一条静止锋，锋北面是冷空气，原先地面上有一条静止锋，锋北面是冷空气，锋南面是暖空气，冷空气自东向西运动，暖空锋南面是暖空气，冷空气自东向西运动，暖空气自西向东运动，当冷空气向南插入锋下，暖气自西向东运动，当冷空气向南插入锋下，暖空气向北抬升，并出现空气向北抬升，并出现1 12 2条闭合等压线条闭合等压线波动阶段波动阶段2.2.气旋发展的气旋发展的 成熟阶段成熟阶段 随着波动的发展，气压进一步下降，闭合等压线随着波动的发展，气压进一步下降，闭合等压线增加，冷空气进一步向南推进，冷锋附近出现阵增加，冷空气进一步向南推进，冷锋附近出现阵雨或阵雪，暖锋前也出现降水，降水区域扩大。雨或阵雪，暖锋前也出现降水，降水区域扩大。随着气旋的发展，低层扰动逐渐向高层发展，气随着气旋的发展，低层扰动逐渐向高层发展，气流作螺旋式的上升，高空低槽也逐步加深。流作螺旋式的上升，高空低槽也逐步加深。成熟阶段成熟阶段3.3.气旋发展的锢囚阶段气旋发展的锢囚阶段 气旋发展至最盛时期，自地面到气旋发展至最盛时期，自地面到500500毫巴高度均已毫巴高度均已成为圆形闭合环流。地面冷锋逐渐追上暖锋，并成为圆形闭合环流。地面冷锋逐渐追上暖锋，并将地面暖空气上抬，气旋开始锢囚。这时，云雨将地面暖空气上抬，气旋开始锢囚。这时，云雨范围最大，强度加强，风力增大，天气变化最剧范围最大，强度加强，风力增大，天气变化最剧烈。但由于地面已为冷空气所占据，成为冷性涡烈。但由于地面已为冷空气所占据，成为冷性涡旋，因而气旋开始减弱旋，因而气旋开始减弱锢囚阶段锢囚阶段4.4.气旋发展的消亡阶段气旋发展的消亡阶段 气旋发展的最后阶段，暖空气仅残留在地面东南气旋发展的最后阶段，暖空气仅残留在地面东南角，低层整个气旋中心辐合加强，地面加压，已角，低层整个气旋中心辐合加强，地面加压，已变为冷性涡旋，低压中心部位开始填塞。从地面变为冷性涡旋，低压中心部位开始填塞。从地面到到500500毫巴左右的闭合环流减弱，上升运动已消毫巴左右的闭合环流减弱，上升运动已消失，气旋减弱，以至消亡失，气旋减弱，以至消亡消亡阶段消亡阶段二、锋面气旋的天气二、锋面气旋的天气 锋锋面面气气旋旋在在对对流流层层的的中中下下层层主主要要是是辐辐合合上上升升气气流流占占优优势势，因因此此对对应应着着云云雨雨天天气气。但但由由于于上上升升气气流流的的强强度度和和锋锋面面结结构构的的不不同同，以以及及组组成成气气旋旋的的冷冷、暖暖空空气气随随季季节节和和地地区区的的差异，锋面气旋在不同的发展阶段会有很大的差异。差异，锋面气旋在不同的发展阶段会有很大的差异。锋锋面面气气旋旋的的天天气气可可以以看看成成是是以以气气旋旋的的空空气气运运动动特特征征为为背景的气团天气与锋面天气的综合背景的气团天气与锋面天气的综合。（l l）波动阶段）波动阶段气旋强度不大，坏天气区域小气旋强度不大，坏天气区域小暖锋前暖锋前：雨层云，连续性降水，较坏能见度：雨层云，连续性降水，较坏能见度冷锋后冷锋后：二型冷锋：二型冷锋 暖区暖区：层云、层积云、雾，：层云、层积云、雾，毛毛雨，或较薄云层毛毛雨，或较薄云层（2 2）发展阶段）发展阶段气旋强度加大，风速加大气旋强度加大，风速加大暖锋前：暖锋云系，向前伸展很远，离中心越近，暖锋前：暖锋云系，向前伸展很远，离中心越近，云区越宽云区越宽 冷锋后：视高空槽与地面锋位置冷锋后：视高空槽与地面锋位置 而定一型或二型冷锋而定一型或二型冷锋（3 3）锢囚阶段）锢囚阶段地面风速加大，上升气流强，水汽充沛时云和降地面风速加大，上升气流强，水汽充沛时云和降水加剧，云系对称分布于锢囚锋两侧水加剧，云系对称分布于锢囚锋两侧（4 4）衰亡阶段）衰亡阶段 云、降水减弱，云底抬高云、降水减弱，云底抬高 卫星云图上云消散卫星云图上云消散3.3.3 3.3.3 气旋的再生和气旋族气旋的再生和气旋族一、锋面气旋的再生一、锋面气旋的再生 趋于消亡或者已在消亡的气旋，在一定的趋于消亡或者已在消亡的气旋，在一定的条件下，又重新获得新生的过程。条件下，又重新获得新生的过程。（考虑温度对比的演变和温压场结构）（考虑温度对比的演变和温压场结构）（1 1）副冷锋进入的再生）副冷锋进入的再生东北低压东北低压（2 2）两个两个锢囚气旋的合并加囚气旋的合并加强（3 3）气旋入海后加强）气旋入海后加强 若气旋在大陆上发展到锢囚并已开始衰亡，若气旋在大陆上发展到锢囚并已开始衰亡，当移动到海上后，又可出现再度加强。这是由于当移动到海上后，又可出现再度加强。这是由于气旋入海后，有暖湿空气入侵气旋内部，有水汽气旋入海后，有暖湿空气入侵气旋内部，有水汽凝结潜热释放。凝结潜热释放。二、气旋族：在同一条锋线上出现的气旋序列二、气旋族：在同一条锋线上出现的气旋序列