气旋与反气旋

气旋与反气旋的特征和分类

  大气中存在着各种大型的旋涡运动,有的呈逆时针方向旋转,有的呈顺时针方向旋转;有的一面旋转一面向前运动,有的却停留原地少动;有的随生随消,有的却出现时间相当长。它们就象江河里的水的旋涡一样。这些大型旋涡在气象学上称为气旋和反气旋。

  气旋和反气旋是常见的天气系统,它们的活动对高低纬度之间的热量交换和各地的天气变化有很大的影响。

  (1)气旋风和反气旋的特征

  气旋是中心气压比四周低的水平旋涡。在北半球,气旋区域内空气作逆时针方向流动,在南半球则相反;反气旋是中心气压高四周气压低的水平旋涡。在北半球,反气旋区域内的空气作顺时针方向流动,在南半球则相反。气旋和反气旋一般也称低压和高压。

气旋

反气旋

  在低层大气里,特别是在近地面附近,风向与等压线斜交,所以气旋在北半球是一个按逆时针方向旋转向中心汇集的气流系统;在南半球是按顺时针方向旋转向中心汇集的气流系统。由于气流从四面八方在气旋中心相汇,必然产生上升运动,气流升至高空又向四周流出,这样才能保证低层大气不断地从四周向中心流入,气旋才能存在和发展。所以气旋的存在和发展必须有一个由水平运动和垂直运动所组成的环流系统。因为在气旋中心是垂直上升气流,如果大气中水汽含量较大,就容易产生云雨天气。所以每当低气压(或气旋)移到本区时,云量就会增多,甚至出现阴天降雨的天气。

 

 

  在低压层大气里,特别是在近地面附近,因为反气旋的气流是由中心旋转向外流动。所以,在反气旋中心必然有下沉气流,以补充向四周外流的空气。否则,反气旋就不能存在和发展。所以反气旋的存在和发展必须具备一个垂直运动与水平运动紧密结合的完整的环流系统。由于在反气旋中心是下沉气流,不利于云雨的形成。所以,在反气旋控制下的天气一般是晴朗无云。若是在夏季,则天气炎热而干燥。如果反气旋长期稳定少动,则常出现旱灾。我国长江流域的伏旱,就是在副热带反气旋长期控制下造成的。冬季,反气旋来自高纬大陆,往往带来干冷的气流,严重者可成为寒流。

  气旋的直径一般为1000公里,大的可达2000-3000公里,小的只有200-300公里或者更小一些。反气旋大的可以和最大的大陆和海洋相比(如冬季亚洲的反气旋,往往占据了整个亚洲大陆面积的3/4),小的直径也可达数百公里。

  (2)气旋和反气旋的强度

  气旋和反气旋的强弱不一。它们的强度可以用其最大风速来度量:最大风速大的表示强,最大风速小的表示弱。在强的气旋中,地面最大风速可达30米/秒以上。在强的反气旋中,地面最大风速为20一30米/秒。

  气旋和反气旋的中心气压值常用来表示它们的强度。地面气旋的中心气压值一般为1010-970毫巴,个别中心值有低于930毫巴的。地面反气旋的中心气压值一般为1020一l030毫巴,冬季寒潮高压最强的曾达1078.9毫巴以上。

  (3)气旋和反气旋的分类

  气旋和反气旋的分类方法比较多,按其生成的地理位置,气旋可分为温带气旋和热带气旋;反气旋可分为温带反气旋、副热带反气旋和极地反气旋。

  按照结构的不同,温带气旋可分为锋面气旋、无锋面气旋;反气旋可分为冷性反气旋(或冷高压)和暖性反气旋(或暖高压)。

  气旋之间,并不存在不可逾越的鸿沟。不同类型的气旋和反气旋;在一定条件下会互相转化。如锋面气旋可因一定条件转化为无锋面气旋(冷涡),无锋面气旋(热低压)可因一定条件转化为锋面气旋;冷性反气旋也可转化为暖性反气旋。气旋、反气旋都应看作是有条件的、可变动的、互相转化的。

气旋与反气旋的天气特征

  气旋与反气旋天气,可以看成是以气旋和反气旋的空气运动特征为背景的气团天气与锋面天气的综合。

  (一)锋面气旋天气特征

  锋面气旋天气是由各方面的因素决定的。锋面气旋的中部和前部在对流层中、下层主要以辐合上升气流占优势,但由于上升气流的强度和锋面结构各有差异。同时,由于季节和地面特征的不同,组成气旋的各个气团的属性也有所区别。因此锋面气旋的天气特征不仅是复杂的,而且随着发展阶段、季节和地区的不同而有差异。要给出锋面气旋在各种情况下的具体天气特征,确实有一定困难,同时也过于烦琐。但只要牢牢掌握住各种锋面、气团所具有的天气特征,各种天气现象(如云、雨和风等)的成因及气旋各部位流场的情况,那么由锋面气旋带来的各种天气现象就不难推断出来。

  为了便于了解典型气旋的具体天气特征,现分阶段来讨论。

  锋面气旋在波动阶段强度一般较弱,坏天气区域不广。暖锋前会形成雨层云,伴有连续性降水及较坏的能见度,云层最厚的地方在气旋中心附近。当大气层结构不稳定时,如夏季,暖锋上也可出现雷阵雨天气。在冷锋后,大多数是第二型冷锋天气。在气旋的暖区,如果是热带海洋气团,水汽充沛,则易出现层云、层积云,有时可出现雾和毛毛雨等天气现象。如果是热带大陆气团,则由于空气干燥,无降水,最多只有一些薄的云层。

  当锋面气旋处于发展阶段时,气旋区域内的风速普遍增大,气旋前部具有暖锋云系和天气特征。云系向前伸展很远,尤其靠近气旋中心部分,云区最宽,离中心愈远,云区愈窄。气旋后部的云系和降水特征是属于第一型冷锋,还是第二型冷锋,则要视高空槽与地面锋线的配置情况及锋后风速分布情况而定。若高空槽在地面锋线的后面,地面上垂直于锋的风速小,则属于第一型冷锋;若地面锋位于高空槽线附近或后部,则属于第二型冷锋。

  当锋面气旋发展到锢囚阶段时,气旋区内地面风速较大。辐合上升气流加强,当条件充足时,云和降水天气加剧,云系比较对称地分布在锢囚锋的两侧。

  当锋面气旋进入消亡阶段,云和降水也就开始减弱,云底抬高。以后,随着气旋消亡,云和降水区也就逐渐减弱消失了。

  以上所讲都是假定气团为热力稳定时的情况,如气团处于热力不稳定时,则在气旋各个部位,都可能有对流性天气发生,特别在暖区,还可产生暴雨。

  (二)反气旋的天气特征

  反气旋的天气由于所处的发展阶段、气团性质和所在地理环境的不同而具有不同的特点。同时对某一个反气旋而言,随着反气旋结构变化、气团变性,天气情况也在变化。

  反气旋的中、下层,因有显著的辐散下沉运动,尤其在反气旋中心的前方冷平流最强的区域,下沉运动最强,所以天气情况比气旋中要好些,一般说来,常是晴朗天气。同时反气旋是由单一气团组成,而且近地面层有明显的辐散,所以反气旋内天气分布比较均。由于在反气旋区域内,近地面没有锋存在,所以气团特性和反气旋天气具有紧密关系。但在其不同部位天气也有所不同。通常在反气旋的中心附近,下沉气流强,天气晴朗。有时在夜间或清晨还会出现辐射雾,日出后逐渐消散。如果有辐射逆温或上空有下沉逆温或两者同时存在时,逆温层下面聚集了水汽和其他杂质,低层能见度较坏。当水汽较多时,在逆温层下往往出现层云、层积云,毛毛雨及雾等天气现象。在逆温层以上,能见度很好,碧空无云。反气旋的外围往往有锋面存在,边缘部分的上空且有锋面逆温。反气旋的东部或东南部,因接近冷锋,常有较大的风力或较厚的云层,甚至有降水,西部和西南部,冷锋往往处在高空槽前,上空就有暖湿空气滑升,而有暖锋前天气。

  规模较小的位于两个气旋之间的反气旋天气是:前部具有冷锋后部的天气特征,后部具有暖锋后部的天气特征。

  规模特大而强的冷性反气旋(即所谓寒潮高压),从西伯利亚和蒙古侵入我国时,能带下大量的冷空气,使所经之地,气温骤降,风速猛增,一般可达10-20米/秒,有时甚至可达25米/秒以上。

什么是气旋族

  在温带地区,有时在一条锋上会出现一连串的气旋,沿锋线顺次移动,最先一个可能已经锢囚,其后跟着一个发展成熟的气旋,再后面跟一个初生气旋等等。这种在同一条锋上出现的气旋序列,称为气旋族。

气旋族

  我国境内出现较少,单个气旋入海后在海上常有气旋族发展,欧洲单个气旋较少,而气旋族却常见。在中纬度的高空,象锁链一样的气旋一个挨着一个,首尾相接,一直延伸到高纬度地区,景色非常美丽壮观。

  每一族的气旋个数不等,多达5个,少则2个。一般北半球常有四个气旋族同时存在。每一个气旋族都与一个高空大槽相对应,而气旋族中的每一个气旋都和大槽槽前的一个短波槽相对应。

  我国东北低压、蒙古气旋、黄河气旋、江淮气旋和东海气旋等,都属于温带气旋。它们的活动对东北、华北地区和江淮流域的天气有很大的影响。

温带气旋的生命史

  温带气旋发生在热带气团与极地气团的交界面上,所以温带气旋又叫锋面气旋。在温带气旋中有冷锋和暖锋并存。锋面气旋是在锋面上发生波动发展而成的。有关锋面气旋生成的学说很多。挪威锋面学说首先指出,气旋是在静止锋或冷锋上发生波动而生成的。开始时,在锋上形成一个波动,并在波动顶点附近出现一条闭合等压线,此后逐渐发展,形成一个完整的气旋。锋面气旋的演变过程,大致可分为初生期、青年期、成熟期(锢囚期)及消亡期(填塞期)。

  (1)初生期: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1~2条闭合等压线。

气旋发展的初生期高空温压场

  (2)青年期: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,气流作螺旋式的上升,高空低槽也逐步加深。

气旋发展的青年期高空温压场

  (3)锢囚期:气旋发展至最盛时期,自地面到500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。

气旋发展的锢囚期高空温压场

  (4)消亡期: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,已变为冷性涡旋,低压中心部位开始填塞。从地面到500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。

气旋发展的消亡期高空温压场

  上面几个阶段为单个气旋的生命史。从初生到开始消亡需2天,长者可达6天,东亚和我国的锋面气旋的发展过程,一般为3天左右,短的约1天,长的约4~5天。

 

热带气旋的分类与名称

  热带气旋是发生在热带海洋上的一种强烈风暴,它常带来狂风暴雨,引起惊涛骇浪,破坏力很大,威胁着人民生命财产的安全,是一种危害很大的灾害性天气。我国是世界上少数几个受热带气旋影响最严重的国家之一,从华南到东北漫长的沿海地区都有可能受到其严重的威胁。据估计,全球由于热带气旋的影响,平均每年造成2万人死亡和60一70亿美元的经济损失。

  热带气旋虽然是一种严重的自然灾害,它也有有益的一面。它是低纬度地区降水的主要来源。例如,在南亚和东南亚地区,热带气旋降水约占全年雨量的l/4;美国东部海岸热带气旋降水占年雨量的1/3;在我国华南夏秋季节也是以热带气旋降水为主。因此它对这些地区的工农业生产和人民生活用水来说是必不可少的。另外,当久旱少雨时,热带气旋降水常常是解除旱象的主要因素。热带气旋造成的海水混合也被认为是发展渔业生产的有利条件。甚至有人认为,热带气旋可能是保持所有生物生存所必需的地球热量平衡的一个关键要素。

  发生在洋面上的热带气旋,在不同地区沿袭使用不同的名称。如发生在太平洋地区的热带气旋称为台风,发生在印度洋地区的称为热带风暴,发生于大西洋地区的称为飓风,澳大利亚地区称为“wjllle”风。

  目前世界各国对热带气旋的定义和分类标准并不完全相同,国际上比较通用的标准是按照热带气旋的强度(即气旋中心附近最大风速)进行分类。我国中央气象台曾以此为标准将热

  带气旋分为以下三级:
  (1)热带气旋 最大风速为10.8~17.1米/秒(相当于风力6~7级);
  (2)台风   最大风速为17.2~32.6米/秒(相当于风力8~11级);
  (3)强台风  最大风速大于32.6米/秒(12级以上)。

  从1989年开始,我国采用世界气象组织规定的统一标准,按气旋中心附近最大平均风力将热带气旋划分为四级:
  (1)风力<8级为热带低压
  (2)风力8-9级为热带风暴
  (3)风力10—11级为强热带风暴
  (4)风力≥12级为台风或飓风

东亚气旋与反气旋带

  我国地处东亚大陆,在这一地区的气旋和反气旋有些特点。我们将从其源地、移动路径和移速等方面作些简单介绍。

  (一) 东亚气旋的源地、路径和移速

  根据多年的统计分析发现,东亚地区的气旋主要发生在两个地区。一个是位于25°N-35°N之间,及我国的江淮流域、东海和日本南部海面的广大地区,习惯上称这些地区的气旋为南方气旋,南方气旋有江淮气旋、东海气旋等等;另一个位于45°N-55°N之间,并以黑龙江、吉林与内蒙的交界地区最多,习惯上称这些地区的气旋为北方气旋,北方气旋有蒙古气旋、东北气旋、黄河气旋、黄海气旋等等。

  不同源地的气旋,移动路径也不相同。就全年平均的情况来看,气旋路径主要集中在三个地带:最多的是在日本以东或东南方的洋面上,其次是在我国的东北地区,第三个是朝鲜、日本北部地带。

  锋面气旋的移动方向均沿对流层(500毫巴或700毫巴)气流的方向移动。

  东亚锋面气旋的移动速度平均为30-40公里/小时。慢的只有15公里/小时左右;快的高达100公里/小时。一般在气旋的初生阶段快,锢囚或消亡阶段慢;春季快,夏季慢。

  (二) 东亚反气旋活动地区、移动路径和移速

  根据多年的统计分析发现,东亚地区的反气旋主要分布为:从蒙古西部到我国河套地区呈西北-东南向的狭长地带内反气旋出现频率最高,并以此为中心向东北和西南方向减少。

  进入我国的温带反气旋,大都是从亚洲北部、西北部或西部移来的,只有少数是在蒙古西部形成的。它们进入我国的路径大致有四条:

  Ⅰ、从亚洲大陆西北方移来,经西伯利亚、蒙古,然后进入我国
  Ⅱ、从亚洲大陆北方移来,有的开始自北向南或自东北向西南移动,一般到55N以南附近就转向东南,然后经西伯利亚西部、蒙古,进入我国;有的经西伯利亚东部进入我国东北地区
  Ⅲ、从亚洲大陆西方移来,在50N以南,多由西向东移动,有的直接侵入我国新疆地区;有的则折向东北移动,经内蒙进入我国。
  Ⅳ、起源于内蒙,常直接南下进入我国。
反气旋的移动路径,随季节、过程、强度的不同而有所差异。一般来说,冬半年以第1、2、4条为主,下半年以第3条为主。

  反气旋的移速,因地区、季节和系统强度的不同而相差极为悬殊。

蒙古气旋

  蒙古气旋发生或发展在蒙古中部和东部高原一带,约在40°~50°N,100°~115°E之间,这个地区的西部、西北部多高山,蒙古中部和东部处于背风坡,有利于气旋的生成和发展。春秋季,冷暖空气活动频繁,气旋出现次数最多,冬季次之;夏季,锋区北移,暖空气活动占优势,故气旋显著减少。

  它的移动路径,一般以向东略偏南经过锡林郭勒盟西部,沿东北平原、松花江下游移去的为最常见;另两条是向东经呼伦贝尔盟移去和向东南经华北、渤海,绕长白山经朝鲜移去。它表现的天气多种多样,其中以大风为主。发展强盛的蒙古气旋,在气旋的任何部位,都可出现大风。降水一般不大,甚至没有,这是因为气旋内暖空气多来自青藏高原的东北部和河西走廊一带,水汽不足,常常除了中心北部出现一些降水以外,其他地区多半只有高云。值得注意的是,蒙古气旋的活动,总是伴有冷空气的侵袭,所以大风、风沙和霜冻等天气现象随之而来。

  东北低压与蒙古气旋相似,多是从其他地区移来的,是我国气旋中发展最强的一类,它一年四季都可出现,以春秋季为最多。其天气主要是大风、风沙、降水、雷阵雨。

江淮气旋

  江淮气旋主要发生在长江中下游。西起宜昌东至长江口的沿江两岸一、二个纬度内是气旋发生最多的区域,淮河流域次之,江西和湖南两省最少。它在春夏两季出现最多,5、6、7三个月活动最盛。

  江淮气旋的发生除与东亚主锋和太平洋副热带高压脊活动有关外,地形的影响也很密切。因在发生气旋最多的地区,有几支山脉呈东东北-西西南走向,当冷空气南下时便易产生地形锋生作用,如此时暖空气较强,冷暖空气交绥就促使气旋发生。

  江淮气旋是造成江淮地区暴雨的主要天气系统之一,也是长江流域梅雨天气的型式。迅速发展的江淮气旋并伴有较强的大风,暖锋前有偏东大风,暖区有偏南大风,冷锋后有偏东大风,暴雨区一般出现在气旋中心附近或偏于暖区的地方。