低纬度环流系统.ppt

第九章 低纬度环流系统,要点,低纬度大气运动的基本特征西太平洋副热带高压的变动规律及其对我国大气的影响南亚高压的结构和变动特征台风的结构影响台风移动的因子台风路径和台风暴雨台风形成的必要条件,一低纬度地区的划分 低纬度地区：一般指30N-30S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。,概述,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。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。,一、中、低纬大气运动的重要差别 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。,9.1 低纬度大气运动的基本特征,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,1 实际风与地转风比较,实际风（虚线）与地转风随纬度的变化,20N向赤道方向两者偏差急剧增大，不能用准地转近似描述风、压场的关系,二、低纬度地区风场和气压场的关系,2 热带地区风与动力位势（压能）的关系 由于不满足地转平衡关系，引入动力位势（压能），用动力位势来描述风场。,为动力位能为绝对涡度,3 次天气尺度的旋转风特征 无论涡度大于零还是小于零，即无论流线是气旋性转变还是反气旋性转变，都对应动力位势场低值区。,一、平均气压场和流场 平均气压场：,9.2 低纬度环流的基本特征,流场 1 低层（1）存在季风：冬季 亚洲 东北季风 夏季 亚洲 西南季风 信风又称贸易风。（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,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）。,200hPa平均流场（冬季）,地中海急流中心,日本急流中心,美国 东南急流中心,洋中槽,洋中槽,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,200hPa平均流场（夏季）,洋中槽,洋中槽,墨西哥高压,西非高压,南压高压,二、平均温度场和湿度场 温度场特点：温度水平分布均匀，年 较差小,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,北纬（度）南纬（度）西太平洋冬季经圈环流,三、铅直环流的纬向不对称特性 1 经圈铅直环流的纬向不对称性,9.3 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或大陆高压。,一、太平洋副热带高压的概况与结构,概况常年存在，稳定而少动暖性深厚系统夏季：强大，范围广；冬季：减弱，范围缩小多呈东西扁长形，中心有时一个，有时数个冬季多为两个中心：分别位于东、西太平洋,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。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117.5E南北剖面图（点划线为高压脊轴线）,二.西太平洋副热带高压的变动与 我国天气的关系 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120E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10N 以北，110-180E 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）,3.中-短期变动：东-西进退：西伸北进，东撤南退 形态变化,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 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。与槽脊的强度有关,2与大陆高压的关系 和青藏高原的关系 夏季，500百帕图上，在西藏高原地区有 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 后者明显的西进。,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。,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，使脊断裂。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。,副热带高压和转向台风的关系,台风移动使太平洋高压脊断裂,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80E的长波槽是否将建立，当该区有槽产生时，则我国东部地区将有一次副热带高压的建立过程。,9.4 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 形成：高原热力作用 结构特点：1.具有行星尺度的反气旋环流2.是对流层上部的暖高压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：准双周东西振荡,南亚高压在夏季期间变动可分为三个基本的天气型过程：东部型过程：中心位于90N 以东，长江流域少雨西部型过程：中心位于90N 以西，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 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。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。,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。南亚高压与日本夏季的天气也有密切 关系。南亚高压和印度季风槽的活动也有密 切关系。,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。,9.5 赤道辐合带,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,一、ITCZ的季节变化和短期变化季节变化：冬季：偏南 夏季：偏北,ITCZ的短期变化：不活跃型云系：分布散乱的信风云系。ITCZ由SE和NE汇合而成，ITCZ呈东西走向，不利于台风的发生发展。活跃型南半球冷空气强，ITCZ偏北。,二、ITCZ结构和天气 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。天气：降水，天气分布不连续。,三ITCZ短期变化的预报着眼点 副高的变动 冷空气(冬季)台风的影响,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。,9.6 热带波动和热带涡旋,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。,第二种：华南地区，SW季风之上的东风波（与经典的东风波完全不同）（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。,3 东风波的形成与移动（1）东风波的成因：（成因目前还不太清楚），典型的情况是西风槽伸入低纬地 区而形成：当西风槽向低纬地区伸展后，北段东移快，南端东移慢。同时，东部副高脊向北移，槽断裂，南端成为东风波向西移动（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。,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。,9.7 云团,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：尺度较小的“爆米花状”云团：云区宽度小于一个纬距，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。,一般云团（一般4*4纬距）：出现在ITCZ中，水平范围在212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。,季风云团：69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2040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 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 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。,9.8 台风,概述 台风的结构 台风的移动及其预报 台风的形成与发展,一 概述1 定义：发生在热带海洋上空具有暖中心结构的强烈气旋性涡旋，总伴有狂风暴雨，常给受影响地区造成严重灾害。水平尺度：大的直径在1000Km以上（最外围的闭合等压线）；小的直径只有200-300Km(豆台风)。垂直伸展：气旋性环流一般都可伸展到300-100hPa（9-16Km）。,西太平洋上（中、日等国）称其为台风Typhoon东太平洋上（欧美等国）称其为飓风Hurricane印度洋上（印度等阿拉伯国家）称其为热带风暴就全球来说每年发生80个台风（包括热带风暴），其中北半球的台风（占全球总数的73%）明显多于南半球（占27%），而且无论北半球南半球，台风大多数发生在大洋的西部。,2 台风源地主要在赤道两侧低纬地带的八个海区,1.西北太平洋（包括南海）36%；2.孟加拉湾10%；3.阿拉伯海3%；4.西北大西洋11%；,5.东北太平洋16%；6.西南太平洋11%；7.东印度洋3%；8.西南印度洋10%。而南太平洋和东南太平洋则极少有台风生成，赤道上也没有台风生成，绝大部分台风出现在南北纬5-20地区。,3 台风的命名,每个热带气旋不但有名字而且还有序号它采用了4位数字编号，前2位数字表示年份，后2位数字表示当年热带气旋的顺序号。每年在180E以西，赤道以北太平洋（包括南海海域）洋面上生成的热带气旋统一编号，并按照其强度变化分别称为第几号热带低压、热带风暴、强热带风暴和台风。如果台风强度减弱，台风的序号不变，再改称为热带风暴或热带低压。,热带低压（TD）：中心附近最大风力8级热带风暴（TS）：中心附近最大风力89级强热带风暴（STS）：中心附近最大风力10-11级台风或飓风（TY）：中心附近最大风力12级,4 热带气旋的分级,5 台风发生季节 北半球集中在7-10月，8、9月最多台风强度 台风的强度是以台风中心地面最大风速和台风中心海平面最低气压为依据的。近中心风速越大，中心气压越低，则台风越强。7 台风生命史 平均一星期，短的只有2-3天，最长可达一个月左右。,二、台风的结构,台风气压场特性：台风是一个深厚的低气压，中心气压很低。台风周围等压线密集，气压水平梯度大。垂直方向气压梯度随高度减小，到一定高度转为高压，但低压范围可直到平流层底部。,台风流场特性：1台风内低空风场的水平结构可以分为三 个不同的部分 台风大风区：亦称台风外圈，直径一般约 为400-600公里，有的可达8-10个纬距，外围风力可达15米/秒，向内风速急增。,台风涡旋区：亦称台风中圈，是围绕台风 分布着的一条最大风速带，宽度平均为10-20公里。是台风破坏力最猛烈、最集中的 区域。台风眼区：亦称台风内圈。在此圈内，风 速迅速减小或静风。其直径一般为10-60公 里，大多呈圆形，也有呈椭圆形的，大小 和形状常多变。,在垂直方向上，台风可分为三层 流入层：从地面到3km以下，有显著向中心辐合的气流 中层：3km到7-8km，气流主要是切向的，径向分量很小 流出层：从中层到台风顶部的对流层高度，气流主要向外辐散。,低层涡度场特性 相对涡度在台风眼区，0,（四）台风区温度场特征,台风热力性质的主要特征：具有暖中心结构。发展成熟的台风，在台风眼区的对流层中上层，有明显的暖核存在，一般台风在这一高度上，眼区温度都可高出周围10以上，暖核一般都出现在300hPa至200hPa高度上，在眼壁附近，半径为20-50公里的环形带上，有非常强的（径向温度梯度）存在，曾探测到8-9/20-30Km的记录。,（五）云墙和螺旋云带,台风眼区外围的一个圆环状的云区称云墙或眼壁。云墙宽度一般为2030Km，云高一般可达15Km，上升速度可达513m/s，最强降水及破坏性最大的风边都发生在这里。外侧云带宽窄不一，可由十多公里到数百公里，分布疏密不一，都是由对流云群组成的，发展着的台风常拖有很长的尾巴，其实际上也即是水汽输送带。,三 台风的移动及其预报,西移路径转向路径,西北移路径异常路径,基本路径四条路径（图）：,（三）影响台风移动的大型环流与天气系统,副高对台风移动的影响 一般地说，由于副高尺度大而且比较稳定，往往起控制作用。,1.副高呈东西带状，稳定西移加强时，台风在副高南侧西行；2.若台风移到副高西南侧，而副高处于东退减弱期，台风将转向。3.台风周围出现多个高中心时，台风将出现停滞或打转。,西风带长波调整对台风路径的影响 阻塞高压与切断低涡的影响 其它热带天气系统对台风路径的影响 1.热带辐合带的影响；2.东风波对台风路径的影响；3.双台风的相互作用。,四 台风的形成与发展,台风虽然很强，但却是从小扰动发展起来的，热带海洋年平均有几百个扰动，但发展成台风的却不足1/10，这涉及到台风形成条件。,台风形成的必要条件：1热力条件：要有足够大的海面或洋面，海温在26-27以上。2.初始扰动：要使条件不稳定大气的不稳定能量得以释放，使其转变为发展台风的能量，必须有一个启动机制。,3.一定的地转偏向力的作用：它能使辐合气流逐渐形成为强大的逆时针旋转的水平涡旋。4.对流层风速垂直切变要小：使积云、积雨云产生的凝结潜热集中在一个有限的空间范围内。,台风发生发展机制 第二类条件不稳定（CISK）：大尺度的边界层湿空气摩擦辐合激发了小尺度积云对流的发展小尺度积云对流发展，大量潜热释放又为大尺度扰动发展提供能量，这种自激反馈使大尺度，中小尺度系统共同发展的机制就叫第二类条件不稳定。,