石大氣象學(xué)與氣候?qū)W課件05天氣系統(tǒng)-2中高緯度天氣系統(tǒng)

第二節(jié)中高緯度天氣系統(tǒng)一、高空主要的天氣系統(tǒng)中高緯度的對流層上空盛行著波狀的西風(fēng)氣流，波谷對應(yīng)低壓槽，波峰對應(yīng)高壓脊。西風(fēng)帶的波動分為：

長波：波長較長

短波：疊加在長波上的波長較短的波

在長波、短波發(fā)展演變中，有時形成閉合的高低壓，它們之間相互聯(lián)系并可轉(zhuǎn)化。共同構(gòu)成了中高緯度

高空

的主要天氣系統(tǒng)。（一）大氣長波1、特征：波長較長、波幅較大、維持時間較長的波動，波長一般在5000—7000km，自西向東移動，移速較慢，通常一天不超過10個經(jīng)度，有時呈準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，有時還表現(xiàn)出不連續(xù)的“倒退”現(xiàn)象。維持時間一般3—5天。（圍繞著中高緯度的緯圈可出現(xiàn)3—6個長波，通常維持4—5個。）2、

長波的溫壓場、流場及天氣特征：溫壓場：具有冷槽、暖脊的溫壓場結(jié)構(gòu)。流場特征為：槽前是暖平流，槽后是冷平流。天氣特征：槽前對應(yīng)著大范圍的輻合上升運(yùn)動和云雨天氣，槽后對應(yīng)著大范圍輻散下沉運(yùn)動和晴朗天空。長波強(qiáng)度隨高度增加，到對流層頂達(dá)到最強(qiáng)。是中高緯度較小尺度天氣系統(tǒng)產(chǎn)生和發(fā)展的背景條件。3、短波的溫壓場、天氣特征：短波疊加在長波之中，并在長波中穿行，當(dāng)溫壓場配置適當(dāng)（槽后有冷平流，脊后有暖平流）短波可以逐漸發(fā)展成長波，反之，長波也可減弱并分裂成短波。天氣特征：短波的槽前是上升氣流，常出現(xiàn)云雨天氣，尤其是槽線附近更甚，槽后為下沉氣流，多晴好天氣。（（二）

阻塞高壓和切斷低壓它們是大氣長波在發(fā)展過程中槽脊加強(qiáng)、振幅加大演變而成的閉合系統(tǒng)。是中高緯度高空的重要天氣系統(tǒng)。1、阻塞高壓（1）特征：是溫壓場比較對稱的深厚的暖性高壓。有閉合的高壓中心，并位于50°N以北，維持的平均時間為5-7天，有時可達(dá)20天以上，沿緯向移動每天不超過7-8個經(jīng)度，常呈準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，有時甚至向西倒退。（2）成因：是西風(fēng)帶長波槽和脊在經(jīng)向度不斷增大，直到暖脊被冷空氣包圍，并與南面暖空氣主體分離，所形成的閉合高壓區(qū)。（由于它占據(jù)的范圍大，又穩(wěn)定少動，因而它的出現(xiàn)和維持阻礙著西風(fēng)氣流和天氣系統(tǒng)的東移，并常常引起西風(fēng)氣流分支和繞流的現(xiàn)象，故稱為阻塞高壓。）（3）時空分布：具有明顯的地區(qū)性和季節(jié)性，因?yàn)樗l(fā)生在暖空氣活躍、冷空氣也較強(qiáng)的地區(qū)和季節(jié)。最常出現(xiàn)在北大西洋東北部和北太平洋東部的阿拉斯加地區(qū)，以春秋季最多，（在烏拉爾山和鄂霍次克海地區(qū)的阻高，其強(qiáng)度不大，但對我國的天氣影響很大，當(dāng)其穩(wěn)定時，中國長江中下游地區(qū)多連陰雨天氣。減弱崩潰時，常引起中國的寒潮爆發(fā)。）（4）天氣特征：阻高控制下的天氣一般是晴朗的，但阻高的不同部位天氣是不同的。①高壓東部盛行偏北氣流，有冷平流和下沉氣流運(yùn)動，天氣以冷晴為主。②西部盛行著偏南氣流，有暖平流和上升運(yùn)動，天氣較暖且多云雨。③南北兩側(cè)多穩(wěn)定的西風(fēng)氣流，并常伴有短波活動，天氣時陰時晴。2、切斷低壓（1）特征：是溫壓場對稱的冷性低壓，中心軸線接近垂直，穩(wěn)定少動，可維持2-3天，在500百帕以上的等壓面圖上表現(xiàn)明顯。（2）成因：是西風(fēng)帶長波槽不斷加深、南伸，直到槽的南端冷空氣被暖空氣包圍并與北方冷空氣主體脫離而形成的閉合低壓。常和阻高相伴而生，并位于阻高的東南或西南側(cè)，與阻高共同構(gòu)成了大氣環(huán)流的阻塞形勢。它往往由于無冷空氣的繼續(xù)補(bǔ)充而逐漸填塞、消失。（3）時空分布：大多發(fā)生在冷暖空氣比較活躍的季節(jié)和地區(qū)，以春秋季較多，北美、西歐地區(qū)較多，北太平洋、北大西洋以及亞洲大陸上空也有形成。我國東北地區(qū)春末夏初出現(xiàn)的切斷低壓叫東北冷渦。（4）天氣特征：因不同部位有所差異，低壓前部（東和東南側(cè)）因低層有冷暖空氣交匯，常有鋒面氣旋波動發(fā)生，有云雨天氣出現(xiàn)。后部（西側(cè)）因不斷有冷空氣南下，常有冷鋒和切變線生成，有陣性降水出現(xiàn)。（三）極地渦旋（簡稱極渦）是極地高空冷性大型渦旋系統(tǒng)，是極區(qū)大氣環(huán)流的組成部分。其位置、強(qiáng)度以及移動不僅對極區(qū)，而且對高緯度地區(qū)的天氣都有明顯的影響。（1）形成與變化：在極地低空形成冷性高壓，在極地高空則形成冷性低壓。（2）影響：據(jù)統(tǒng)計(jì)，在10個冬半年影響我國的171次寒潮中，有102次是亞洲上空出現(xiàn)持久極渦，其中6次強(qiáng)寒潮過程都與極渦在亞洲上空的位置明顯偏南有關(guān)。（四）高空低壓槽和切變線1、高空低壓槽：是活動在對流層中層西風(fēng)帶上的短波槽，一年四季都有出現(xiàn)，以春季最頻繁，自西向東移動。天氣特征：槽前盛行暖濕的西南氣流，常成云至雨。槽后盛行干冷的西北氣流，多晴冷的天氣。給中高緯度地區(qū)造成陰雨和大風(fēng)天氣。2、切變線：指風(fēng)向或風(fēng)速分布的不連續(xù)線，是發(fā)生在850百帕或700百帕等壓面上的天氣系統(tǒng)。切變線兩側(cè)風(fēng)向構(gòu)成氣旋式切變，但兩側(cè)的溫度梯度很小，這是切變線與鋒的主要差別。切變線在一年中各個季節(jié)都可能出現(xiàn)，但以冷暖空氣頻繁活動的晚春、初夏為多。切變線上的氣流呈氣旋式環(huán)流，水平輻合明顯，利于發(fā)展上升氣流，產(chǎn)生云雨天氣。但不同的形式有所差異。3、低渦（冷渦）：是出現(xiàn)在中緯度中層大氣中的一種強(qiáng)度較弱、范圍較小的冷性低壓。它存在和發(fā)展時，在地面圖上可誘導(dǎo)出低壓或使鋒面氣旋得到加強(qiáng)。由于低渦中有較強(qiáng)的輻合上升氣流，可產(chǎn)生云雨天氣，尤其是東部和東南部上升氣流最強(qiáng)，云雨天氣更為嚴(yán)重。二、低空主要的天氣系統(tǒng)（一）溫帶氣旋和反氣旋1、氣旋和反氣旋概述氣旋和反氣旋就是低壓和高壓，所謂氣旋和反氣旋是從流場特征來說的，低壓和高壓是針對氣壓場而言，所以，氣旋和反氣旋是占有三度空間的大尺度渦旋。

(1)大小：是以地面圖上最外一條閉合等壓線的范圍來量度，氣旋的水平尺度一般為1000公里，反氣旋的水平尺度比氣旋大得多。

(2)強(qiáng)度：它們的強(qiáng)度是用中心氣壓值的大小來表示的，氣旋中心氣壓值越低，其強(qiáng)度越大；反氣旋的中心氣壓值越高，其強(qiáng)度越大。(3)氣流方向：北半球，氣旋內(nèi)的氣流作逆時針方向旋轉(zhuǎn)輻合，反氣旋內(nèi)的氣流作順時針方向旋轉(zhuǎn)輻散。南半球相反。

(4)分類：

①氣旋根據(jù)氣旋形成和活動的主要地理區(qū)域分：溫帶氣旋—發(fā)生在溫帶地區(qū)的氣旋熱帶氣旋根據(jù)熱力結(jié)構(gòu)分：鋒面氣旋無鋒面氣旋熱帶氣旋局地性氣旋②反氣旋根據(jù)反氣旋形成和活動的主要地理區(qū)域分：極地反氣旋溫帶反氣旋副熱帶反氣旋根據(jù)熱力結(jié)構(gòu)可分：冷性反氣旋（冷高壓）暖性反氣旋★2、溫帶氣旋（又叫鋒面氣旋）是具有鋒面結(jié)構(gòu)的低壓，主要活動在中高緯度，更多在溫帶地區(qū)，是溫帶地區(qū)產(chǎn)生大范圍云雨天氣的主要天氣系統(tǒng)。（1）、溫帶氣旋的源地（北半球）A北太平洋的阿留申低壓和冰島低壓所在地。B氣旋源地的分布基本上與緯圈平行，呈東西向。C巨大山地的背風(fēng)坡一側(cè)及其以東地區(qū)。如落基山、青藏高原的東面等。D海灣以及內(nèi)陸湖泊，在冬季溫度較高，很容易形成氣旋。如地中海的意大利半島的兩側(cè)、北美的五大湖區(qū)等都是著名的氣旋源地。（2）結(jié)構(gòu)：發(fā)展成熟的鋒面氣旋模式：

從平面看：鋒面氣旋是一個逆時針方向旋轉(zhuǎn)的渦旋，中心氣壓值最低，自中心向前方伸展一個暖鋒，向后方伸展一條冷鋒，冷暖鋒之間是暖空氣，冷暖鋒以北是冷空氣。鋒面上的暖空氣呈螺旋式上升，鋒面下冷空氣呈扇形擴(kuò)展下沉。

從垂直方向看：氣旋的高層是高空槽前氣流的輻散區(qū)，低空是氣流的輻合區(qū)，總的看來，高空是氣流的輻散，低空是氣流的輻合。中間為上升氣流。整個鋒面氣旋，從低層到高空是個前半部暖，后半部冷的不對稱系統(tǒng)，低層中心軸線向后傾向冷區(qū)。（3）天氣特征總的看來，由于它是一個低壓系統(tǒng)，是一個氣流的輻合上升系統(tǒng)，尤其是鋒面表現(xiàn)得更強(qiáng)烈，所以，往往產(chǎn)生云、雨、甚至暴雨、雷雨、大風(fēng)等天氣。

一個發(fā)展成熟的鋒面氣旋的天氣模式表明：①氣旋前方是一條暖鋒，形成寬闊的暖鋒云系以及伴隨著連續(xù)性降水天氣。②后方是一條冷鋒，形成狹窄的冷鋒云系和降水天氣。③中間是暖空氣區(qū)的天氣，天氣狀況因水汽多少和空氣穩(wěn)定情況而有所不同，如果暖空氣中有充足的水汽又不穩(wěn)定，可出現(xiàn)層云、層積云并下毛毛雨，有時還有霧，如果暖空氣干燥，則無降水，只能形成一些薄云而沒有降水。（4）鋒面氣旋的形成和發(fā)展

①形成發(fā)展的機(jī)制：

鋒面氣旋的發(fā)生、發(fā)展與高空鋒區(qū)密切聯(lián)系。

②鋒面氣旋發(fā)展的高空溫壓場理想模式是：

一是高空的溫度槽落后于高度槽；

二是地面氣旋中心始終處于高空槽的前方③

鋒面氣旋的形成和發(fā)展

第一個階段——初生（波動）階段：隨著鋒面波動的開始和發(fā)展，冷空氣逐漸向暖空氣方向侵襲，暖空氣向冷空氣方向擴(kuò)展，在波動前方形成暖鋒，波動后方形成冷鋒，圍繞波動產(chǎn)生了氣旋式環(huán)流，環(huán)流中心氣壓下降，地面圖上出現(xiàn)一根閉合等壓線，鋒面上形成波狀的帶狀云系。第二個階段——成熟階段：高空溫壓場波動振幅增大，溫度槽進(jìn)一步接近高度槽，地面氣旋中心氣壓繼續(xù)下降，氣旋式環(huán)流不斷加強(qiáng)，冷暖鋒進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)系統(tǒng)性云系和降水。高空有輻散氣流，氣旋在發(fā)展。第三個階段——錮囚階段：高空槽進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)閉合中心。高空的溫度槽更移近高度槽，地面圖上的冷鋒較強(qiáng)并與暖鋒相遇形成錮囚鋒。這階段，氣旋中心氣壓值降到最低，氣旋環(huán)流達(dá)到最強(qiáng)，云雨范圍擴(kuò)展，，風(fēng)力增大，天氣發(fā)展到最盛期第四階段——消亡階段：高空溫壓場接近重合，成為一個深厚的冷低壓，氣旋低層被冷空氣所占據(jù)，與鋒面脫離成為冷渦旋，環(huán)流減弱，氣壓升高，范圍擴(kuò)大，云雨隨之減少。（5）氣旋族有時在同一條鋒帶上也可出現(xiàn)一連串的氣旋，稱為氣旋族。氣旋族一般和高空長波槽相對應(yīng)，并位于槽前下方。氣旋族中的每個鋒面氣旋都和高空長波槽前的一個短波槽相對應(yīng)。當(dāng)一個波動成熟或開始消失時，其后部鋒波上又有新的波動產(chǎn)生，這樣一個個接連下去，就形成了氣旋族。氣旋族內(nèi)各氣旋的發(fā)展階段不同。

氣流的輻散和輻合、氣旋和反氣旋的相互關(guān)系

（據(jù)Strahler改繪）輻散、反氣旋輻合、氣旋輻散、反氣旋輻合、氣旋對流層頂近地面

大氣的輻合、輻散與氣旋、反氣旋的關(guān)系及其在空間的聯(lián)系如圖所示：氣旋對應(yīng)于大氣輻合，反氣旋對應(yīng)于大氣輻散；地面輻合則高空輻散，高空輻合則地面輻散。3、溫帶反氣旋活動在中、高緯度的反氣旋，一般分兩類：一類是相對穩(wěn)定的冷性反氣旋，另一類是與鋒面氣旋相伴移動的反氣旋，稱為移動性反氣旋。（1）冷性反氣旋（冷高壓）特征：冷性反氣旋由冷空氣組成，，中心氣壓值達(dá)1030—1040百帕，它隨高度而減弱，是一個淺薄系統(tǒng)，平均厚度不到3—4公里，500百帕以上就完全不存在了。水平范圍很大，幾乎可以和大陸、海洋的面積相比擬。其勢力十分強(qiáng)大、影響范圍廣泛，往往給活動地區(qū)造成降溫、大風(fēng)和降水，是中、高緯度地區(qū)冬季最突出的天氣過程。

成因：冷性反氣旋的形成就是冬季近地面溫度降低，空氣下沉，造成地面氣壓降低。天氣特征：在冷高壓的不同部位天氣是不同的，(1)在反氣旋內(nèi)（中部），盛行下沉氣流，空氣比較干燥，有逆溫層形成，風(fēng)速較小，天氣晴朗。(2)在冷高壓的后半部，是偏南氣流，氣溫較暖，常具有暖鋒式的天氣。(3)在冷高壓的前半部，有偏北氣流南下，溫度低，風(fēng)速大，給流經(jīng)地區(qū)帶來劇烈的大風(fēng)降溫等災(zāi)害性天氣，這種大范圍的強(qiáng)烈冷空氣活動，稱為寒潮天氣。

氣旋生命周期6個階段氣旋模式（4）結(jié)構(gòu)氣旋模式：

①平面模式

呈逆時針向旋轉(zhuǎn)的空氣渦旋（低壓）

鋒前——自低壓中心伸展一條暖鋒

鋒后——自低壓中心伸展一條冷鋒

鋒面上——冷、暖鋒之間的暖空氣呈

螺旋式上升

鋒面下——冷、暖鋒以北的冷空氣呈

扇形擴(kuò)展下沉

②垂直模式

高層——?dú)饬鬏椛^(qū)，低層—?dú)饬鬏?/p>

合區(qū)。低壓中心軸線自下而上偏向冷區(qū)(溫度不對稱)氣旋模式：

①平面模式

呈逆時針向旋轉(zhuǎn)的空氣渦旋（低壓）

鋒前——自低壓中心伸展一條暖鋒

鋒后——自低壓中心伸展一條冷鋒

鋒面上——冷、暖鋒之間的暖空氣呈

螺旋式上升

鋒面下——冷、暖鋒以北的冷空氣呈

扇形擴(kuò)展下沉

②垂直模式

高層——?dú)饬鬏椛^(qū)，低層—?dú)饬鬏?/p>

合區(qū)。低壓中心軸線自下而上偏向冷區(qū)(溫度不對稱)（5）天氣特征（模式）

①氣旋前方——暖鋒云系及連續(xù)性降水天氣

②氣旋后方——狹窄的冷鋒云系和降水天氣

③氣旋中部——單一暖氣團(tuán)天氣（水汽多可出

現(xiàn)毛毛雨（層云、層積云）和霧，水汽

少則有薄云無降水）

?

氣旋自西向東移動影響某地區(qū)時的天氣模式

暖鋒降水天氣從東到東南風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，到單一暖氣團(tuán)控制的升溫晴好天氣，再轉(zhuǎn)為一型冷鋒降水天氣直到西南風(fēng)，最后轉(zhuǎn)為西北風(fēng)。

氣旋

受蒙古氣旋東移影響,

吉林省大部分地區(qū)出現(xiàn)

揚(yáng)沙天氣。長春市天空

一片暗黃，能度僅百米

左右。長春市民購買口罩寒潮的概念：寒潮爆發(fā)的條件：必須經(jīng)過兩個條件，一是要有冷空氣的積聚和醞釀過程；二是要有適合的流場，引導(dǎo)冷空氣南下。絕大多數(shù)寒潮天氣過程都表現(xiàn)為由緯向環(huán)流轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)向環(huán)流形勢的調(diào)整，是由經(jīng)向環(huán)流發(fā)展而來。寒潮天氣：總的特點(diǎn)是，①氣溫：寒潮過境時，氣溫可猛然下降，降溫幅度很大，引起霜凍，甚至結(jié)冰。每次寒潮降溫可持續(xù)1至幾天.②風(fēng)：寒潮大風(fēng)的最大風(fēng)速往往出現(xiàn)在冷鋒過后3小時左右，風(fēng)力可達(dá)5-7級，海上可達(dá)6-8級，偶爾可達(dá)12級，大風(fēng)可持續(xù)1-2天左右。③降水：寒潮引起的降水，主要在冷鋒附近，冬季，淮河以北地區(qū)很少降水，只有零星小雪，冷鋒越過淮河以后，水汽條件較好，可引起大范圍雨、雪，但強(qiáng)度不大，春季寒潮較易引起降水，華北可出現(xiàn)少量