第3章 氣旋和反氣旋

1第三章

氣旋和反氣旋2要點氣旋、反氣旋的分類渦度定義自然坐標(biāo)中渦度的表達式及意義渦度方程及各項的物理意義簡化渦度方程式位勢傾向方程及各項的物理意義ω方程及各項的物理意義鋒面氣旋發(fā)展的四個階段（敘述溫壓場變化）：波動階段，成熟階段，錮囚階段，消亡階段兩類熱低壓的形成原因3氣旋和反氣旋的分類

1.氣旋地理分類溫帶氣旋熱帶氣旋熱力分類鋒面氣旋熱帶氣旋：臺風(fēng)、熱帶低壓

無鋒面氣旋地方性氣旋下墊面加熱地形影響鋒前熱低壓：高空暖平流

4

2.反氣旋

地理分類極地反氣旋溫帶反氣旋副熱帶反氣旋

熱力分類冷性反氣旋暖性反氣旋5第二節(jié)渦度和渦度方程一.渦度渦度——流體質(zhì)塊速度的旋度表達式

1.“z”坐標(biāo)系相對渦度表達式大氣運動主要是準(zhǔn)水平，所以垂直渦度是主要的

——①垂直渦度分量克西6

氣塊做氣旋式旋轉(zhuǎn)——正渦度

氣塊做反氣旋式旋轉(zhuǎn)——負(fù)渦度

表示整個氣塊繞垂直軸的旋轉(zhuǎn)73．地轉(zhuǎn)風(fēng)渦度表達式

8對于槽中的O點94．熱成風(fēng)渦度表達式熱成風(fēng)代入②式得到：——④105．自然坐標(biāo)系中渦度表達式——直角坐標(biāo)

=

11取自然坐標(biāo)系，并取x軸與S軸相切，則β=0

——⑤

：曲率1213

討論⑤式的各項意義①曲率渦度∵V>0∴Ks>0氣旋性曲率正渦度

Ks<0反氣旋性曲率負(fù)渦度

風(fēng)速越大，曲率越大——渦度越大14天氣圖上

槽線上具有曲率渦度極大值

脊線上具有曲率渦度極小值15②切變渦度，氣旋式切變，正渦度

，反氣旋式切變，負(fù)渦度

切變越大，渦度越大16天氣圖上急流區(qū)：

高空西風(fēng)急流北側(cè)為正渦度

高空西風(fēng)急流南側(cè)為負(fù)渦度176．絕對渦度絕對坐標(biāo)系

—絕對速度—相對速度—牽連速度有

—絕對渦度—相對渦度—行星渦度∵∴18取自然坐標(biāo)∴行星渦度的方向與地球自轉(zhuǎn)角速度一致，其大小為地球自轉(zhuǎn)角速度的兩倍。19∴絕對渦度其垂直分量注意：北半球中高緯大尺度運動20二、渦度方程

1．“P”坐標(biāo)系中的垂直渦度方程由水平運動方程做運算：注意：21

絕對渦度個別變化

相對渦度的局地變化——⑩——⑨222．討論⑩式的物理意義

①相對渦度平流項，正渦度平流，負(fù)渦度平流23a.沿著氣流方向，相對渦度減小

有正渦度平流，局地渦度增加

b.沿著氣流方向，相對渦度增加

有負(fù)渦度平流，局地渦度減小24天氣圖應(yīng)用槽前脊后有正的相對渦度平流槽后脊前有負(fù)的相對渦度平流

槽脊線為渦度平流零線正圓形的高、低壓系統(tǒng)渦度平流為零25②地轉(zhuǎn)渦度平流項

北半球f>0,f隨緯度增加而增大

f客觀分布南小北大26

天氣圖上的應(yīng)用：槽前脊后偏南風(fēng)，有負(fù)地轉(zhuǎn)渦度平流

槽后脊前偏北風(fēng)，有正地轉(zhuǎn)渦度平流

實際上定性判斷：短波槽以相對渦度平流為主

長波槽以地轉(zhuǎn)渦度平流為主——穩(wěn)定，西退27

，相對渦度隨高度增加

③相對渦度的垂直輸送28，相對渦度隨高度減小29④渦度傾側(cè)項

，u隨高度減小，在負(fù)y方向，產(chǎn)生切變渦度

，ω隨y軸增大30∴，水平渦度傾斜（產(chǎn)生正的垂直渦度分量）

，局地渦度增大

反之，水平渦度傾斜，（產(chǎn)生負(fù)的垂直渦度分量）

，局地渦度減小31

⑤散度項北半球，（大一個量級）

空氣輻合產(chǎn)生正渦度，氣流做氣旋式旋轉(zhuǎn)空氣輻散產(chǎn)生負(fù)渦度，氣流做反氣旋式旋轉(zhuǎn)323，渦度方程的簡化上式簡化：

——11

33對于不可壓縮，水平無輻散大氣

絕對渦度守恒。34第三節(jié)位勢傾向方程與ω方程一、位勢傾向方程

1.公式推導(dǎo)：略

——

19位勢傾向方程地轉(zhuǎn)風(fēng)絕對渦度平流厚度平流隨高度的變化項非絕熱加熱隨高度的變化項352.討論19式各項的物理意義

①證明左端項略36②地轉(zhuǎn)風(fēng)絕對渦度平流（右邊第一項）a.地轉(zhuǎn)風(fēng)相對渦度平流37天氣圖應(yīng)用槽前脊后：為正的相對渦度平流，等壓面高度降低 槽后脊前：為負(fù)的相對渦度平流，等壓面高度升高 槽脊線上：渦度平流為零，等壓面高度無變化∴相對渦度平流使槽脊東移（短波槽），對槽脊的發(fā)展不起作用3839b.地轉(zhuǎn)渦度平流——在長波槽中作用較大在北半球40所以在天氣圖上：

1）槽前脊后偏南風(fēng)，，則有負(fù)地轉(zhuǎn)渦度平流，等壓面位勢高度升高

2）槽后脊前偏北風(fēng)，，則有正地轉(zhuǎn)渦度平流，等壓面位勢高度降低

3）槽脊線上為西風(fēng)，地轉(zhuǎn)渦度平流為零，等壓面位勢高度無變化∴地轉(zhuǎn)渦度平流使槽脊西退（長波槽），對槽脊發(fā)展不起作用41

③厚度平流隨高度的變化項代入靜力學(xué)方程有：4243∵在實際大氣中,冷暖平流一般隨高度減弱∴暖平流層,高空等壓面升高,有利于高空脊發(fā)展

冷平流層,高空等壓面降低,有利于高空槽發(fā)展44④非絕熱加熱隨高度的變化項

>0,非絕熱加熱隨高度增加,

等壓面位勢高度降低

<0,非絕熱加熱隨高度減小,

等壓面位勢高度升高45二、ω方程１.公式推導(dǎo)：略

——22ω方程

絕對渦度平流隨高度的變化厚度平流（或溫度平流）的拉普拉斯項

非絕熱變化的拉普拉斯

46

2.討論22式各項的物理意義(1).左端項，同19式類似，同理可證(2).絕對渦度平流隨高度變化項

，正絕對渦度平流

，負(fù)絕對渦度平流47

——絕對渦度平流隨高度增加ω<0，有上升運動

——絕對渦度平流隨高度減小ω>0，有下沉運動48天氣圖應(yīng)用a）地面低壓中心，一般位于高空的槽前脊后，低層渦度平流很小，高層為正渦度平流所以在這個地區(qū)渦度平流隨高度增加——有上升運動b）地面高壓中心，一般位于高空的槽后脊前，低層渦度平流很小，高層為負(fù)渦度平流所以在這個地區(qū)渦度平流隨高度減弱——有下沉運動4950③厚度平流的拉普拉斯項

同理可證：

代入靜力學(xué)方程5152天氣圖應(yīng)用a）高空槽附近（地面低壓后部和高壓前部）為冷平流區(qū)，有下沉運動b）高空脊附近（地面低壓前部和高壓后部）為暖平流區(qū)，有上升運動5354④非絕熱加熱的拉普拉斯項

同理可證：

非絕熱加熱：凝結(jié)潛熱下墊面加熱55第四節(jié)溫帶氣旋與反氣旋一、溫帶氣旋與反氣旋發(fā)展的物理因子1高空的溫度槽脊落后于高度槽脊是斜壓性強的發(fā)展槽脊

a)冷平流使高空槽加深，暖平流使高空脊加強

b)高空正、負(fù)渦度平流使高空槽脊東移

56572對地面氣旋和反氣旋

1）a地面氣旋在高空槽前脊后——有正渦度平流，氣旋性渦度增加，整層等壓面高度降低，地面減壓，氣旋發(fā)展，伴隨上升運動

b地面反氣旋在高空槽后脊前——有負(fù)渦度平流，反氣旋性渦度增加，整層等壓面高度升高，地面加壓，反氣旋發(fā)展，伴隨下沉運動

2)a高空槽附近的冷平流區(qū)——地面加壓，使氣旋，反氣旋東移

b高空脊附近的暖平流區(qū)——地面減壓，使氣旋，反氣旋東移583在斜壓擾動中

渦度因子使低層系統(tǒng)發(fā)展，高層系統(tǒng)移動

熱力因子使高層系統(tǒng)移動，低層系統(tǒng)發(fā)展59二、溫帶氣旋的發(fā)展過程（四個階段）

圖例：

波動階段成熟階段錮囚階段消亡階段601波動階段在高空鋒區(qū)上有發(fā)展淺槽，溫度槽脊落后于高度槽脊，槽前正渦度平流使地面減壓，初生成一根閉合等壓線的地面氣旋，溫度平流使氣旋中的冷暖鋒形成，并使氣旋前部減壓，后部加壓，所以氣旋一面快速東移，一面發(fā)展，此時，輻合上升和地面摩擦作用均很小。61波動階段622成熟階段溫度槽落有于高度槽，溫度平流合渦度平流均強烈加強，地面氣旋加深，達到最強盛階段，出現(xiàn)數(shù)根閉合等壓線，氣旋移速減慢，冷暖鋒之間暖區(qū)縮小，輻合上升和地面摩擦作用增強，但仍不占主導(dǎo)地位。63成熟階段643錮囚階段高空槽達到最強，出現(xiàn)閉合低壓中心，高空渦度平流減弱，地面減壓區(qū)偏離氣旋中心，溫度槽上出現(xiàn)閉合冷中心，并且與高度槽趨于重合，冷暖平流減弱，地面氣旋中心逐漸被冷空氣控制，暖區(qū)抬到空中出現(xiàn)錮囚鋒，地面的中心與高空低中心趨于重合，移動緩慢，輻合上升和摩擦作用站主導(dǎo)地位——氣旋由地面向高空填塞。65錮囚階段664，消亡階段高空冷中心與低中心重合，渦度平流與溫度平流很弱，地面低中心與高空低中心重合，成為深厚性低壓，鋒面脫離氣旋消失，輻合和摩擦使氣旋填塞而消亡。67消亡階段68三、溫帶反氣旋的發(fā)展過程

1初生階段

692發(fā)展成熟階段

703消亡階段①原地減弱消亡②變性減弱71四、氣旋的再生與氣旋族

1，氣旋的再生消亡階段的氣旋，在一定條件下重新得到發(fā)展，稱為氣旋的再生

①副冷鋒進入而再生新冷空氣加入，斜壓性再度加強而鋒生7273②兩錮囚氣旋合并加強渦度迭加而鋒生

74③氣旋入海而加強

大陸至海上水氣增加（凝結(jié)潛熱）原因：摩擦力減小752氣旋族同一條鋒系上出現(xiàn)一串氣旋系列，稱為氣旋族76五、氣旋與反氣旋的天氣特征

1鋒面氣旋的天氣——陰雨天氣為主氣旋前部具有暖鋒天氣特征氣旋后部具有冷鋒天氣特征氣旋的中部和前部輻合上升強——陰雨天氣強氣旋在發(fā)展和錮囚階段陰雨天氣最強77鋒面氣旋的天氣782反氣旋天氣

反氣旋中心——晴、霧

反氣旋外圍前部具有冷鋒天氣特征

反氣旋外圍后部具有暖鋒天氣特征79六、熱低壓

1基本特征圖形①暖性低壓②淺薄系統(tǒng)——700hPa以下③水平尺度小——300km

④有明顯的日變化——中午強，早晚弱⑤原地生消，少移動⑥天氣——晴天如果濕度較大，有陣雨 強低壓會造成大風(fēng)802形成過程①地方性熱低風(fēng)下墊面的不均勻加熱而形成

81②冷鋒前的熱低壓冷鋒前高空有強暖平流，造成地面減壓面形成82第五節(jié)

東亞氣旋與反氣旋

影響中國的溫帶鋒面氣旋和鋒后冷高壓基本特征——源地、分類、路徑、天氣天氣學(xué)模式——形成、發(fā)展的溫壓場結(jié)構(gòu)83一、東亞氣旋的源地、分類、路徑和移速

1．源地和分類

848586①北方氣旋45N—55N

蒙古氣旋（生成于蒙古中部、東部）東北氣旋（活動于我國東北地區(qū)）黃河氣旋（生成于河套、黃河下游）黃海氣旋（活動于黃海地區(qū)）87②南方氣旋25N—35N江淮氣旋（生成于長江中下游、淮河流域、湘贛地區(qū)）東海氣旋（活動于東海地區(qū)）

88③東亞氣旋源地分布與東亞南北兩支鋒區(qū)一致北方氣旋——對應(yīng)東亞北支鋒區(qū)南方氣旋——對應(yīng)東亞南支鋒區(qū)

注：高空鋒區(qū)下具備鋒面氣旋生成發(fā)展條件：斜壓性大，冷暖空氣交匯處，溫度平流強，渦度平流明顯。

89④我國110E以西和20N以南很少產(chǎn)生鋒面氣旋東部氣旋多，西部少平原氣旋多，盆地高原少902．氣旋的移向和移速①移向：沿500hPa或700hPa引導(dǎo)氣流移動大多數(shù)是由西南—東北或由西—東移動②移速：平均30～40公里/小時春季快，夏季慢初生階段快，錮囚消亡階段慢9192二、東亞反氣旋的活動地區(qū)和路徑1．活動地區(qū)蒙古西部—河套地區(qū)冬季反氣旋可南下到華南沿海夏季反氣旋在河套以北（40N以北）

93圖3.24a94952．移動路徑

東亞反氣旋的移動路徑與進入我國的冷空氣路徑一致Ⅰ西北路徑亞洲西北部—西西伯利亞—蒙古——我國Ⅱ偏北路徑亞洲北部—西西伯利亞—蒙古—河套亞洲北部—東西伯利亞—我國東北Ⅲ偏西路徑亞洲西部—巴湖—新疆—河套Ⅳ蒙古——我國見下頁圖3.25

9697§2蒙古氣旋一、蒙古氣旋春秋季最多（一年四季均有）二、蒙古氣旋形成的地形作用蒙古氣旋生成的源地在蒙古的中部和東部——背風(fēng)坡低壓(見下頁圖8.3)9899三、蒙古氣旋形成的地面形勢1、暖區(qū)新生類——最多背風(fēng)坡暖區(qū)內(nèi)——低壓形成高空槽前暖平流——暖鋒鋒生冷空氣越山——冷鋒進入低壓形成鋒面氣旋見下頁圖12.171001012、冷鋒進入倒槽

暖性倒槽向北發(fā)展——低壓形成高空槽前暖平流——暖鋒鋒生冷鋒越山進入倒槽——冷鋒

形成鋒面氣旋見下頁圖12.181021033、蒙古副氣旋類

兩股冷空氣嵌形作用——低壓高空槽前暖平流——暖鋒冷空氣越山——冷鋒與原鋒面氣旋相連形成氣旋族

見下頁圖12.19104105四、蒙古氣旋形成的高空形勢(500hPa)

1、兩槽一脊型1061072、槽前緯向氣流型

西西伯利亞--疏散槽

1081093、北脊南槽1101114、以上三型共同特點：

①蒙古西部為疏散槽——等高線和等溫線均為疏散狀，正渦度平流強②

蒙古西部溫度槽落后于高度槽——為發(fā)展槽③鋒區(qū)和冷暖平流均較強

112蒙古氣旋形成過程為：

有利的地形（背風(fēng)坡）和發(fā)展疏散槽前的暖平流，使蒙古中部先出現(xiàn)低壓（或暖性倒槽），再疊加高空槽前正渦度平流，使低壓發(fā)展，槽前暖平流促使暖鋒鋒生，冷鋒越山進入低壓，鋒面氣旋形成。113五、蒙古氣旋的天氣

1、大風(fēng)——沙塵暴