熱帶氣象學(xué)：第四章 熱帶輻合帶

1、第四章熱帶大氣環(huán)流與系統(tǒng),4.2 熱帶輻合帶,氣候態(tài)OLR月變化,3,4.2 熱帶輻合帶,A. ITCZ 的活動規(guī)律,ITCZ平均位置的季節(jié)振蕩： （a）太平洋雙ITCZ；（b）南美（點線）和非洲（虛線）ITCZ,4.2 熱帶輻合帶,A. ITCZ 的活動規(guī)律,ITCZ熱帶不同地區(qū)ITCZ的平均位置和強度,4.2. 熱帶輻合帶,A. ITCZ 的活動規(guī)律,南海及其鄰近地區(qū)ITCZ出現(xiàn)頻數(shù),中南半島和南海地區(qū)ITCZ各月變動情況,4.2. 熱帶輻合帶,A. ITCZ 的活動規(guī)律,強弱變化,減弱消失過程 - 臺風(fēng)北上副高南落 ITCZ斷裂、減弱、消失（低緯偏東氣流控制） - 赤道高壓北上達南海北部

2、 ITCZ北抬消失（低緯高壓控制） - 副高西伸南海 赤道西風(fēng)撤退 ITCZ消失 - 西風(fēng)槽東移 副高減弱東退 偏東氣流減弱 ITCZ減弱消失 - 印度季風(fēng)槽北上或西收 SW風(fēng)減弱 ITCZ消失,4.2熱帶輻合帶,B. 熱帶輻合帶的結(jié)構(gòu)與天氣,4.2熱帶輻合帶,B.熱帶輻合帶的結(jié)構(gòu)與天氣,南海ITCZ渦度、散度和垂直速度廓線：虛線是渦度、點線是散度；實線是垂直速度,4.2熱帶輻合帶,B.熱帶輻合帶的結(jié)構(gòu)與天氣,沿115E垂直經(jīng)圈環(huán)流圖：（a）無ITCZ；（b）強ITCZ,4.2熱帶輻合帶,B.熱帶輻合帶的結(jié)構(gòu)與天氣,南海季風(fēng)輻合帶的結(jié)構(gòu)模式：E, W分別為高空東風(fēng)急流和低空強風(fēng)速中心所在,4.

3、2熱帶輻合帶,B.熱帶輻合帶的結(jié)構(gòu)與天氣,流場,- 二支氣流輻合，兩半球的信風(fēng)輻合 - 信風(fēng)與西南季風(fēng)的輻合 - 赤道西風(fēng)與南北半球的信風(fēng)輻合 - 氣旋性渦旋,垂直變化,- 軸隨高度向南傾斜（赤道西風(fēng)越南越厚，ITCZ越南傾） - 坡度（1/20左右）大于鋒面坡度（1/150），有時幾乎垂直（海洋上，溫濕差很小之故） - ITCZ主要出現(xiàn)在低層（500hPa以下），個別可達300-200hPa（印度洋）,4.2熱帶輻合帶,B.熱帶輻合帶的結(jié)構(gòu)與天氣,溫濕場,- 二支溫度水平差異小，兩側(cè)溫差小于3C，南側(cè)稍低于北側(cè) - 濕度是南側(cè)高于北側(cè)，垂直方向呈濕舌狀分布，最高可伸達300hPa,垂直切變,

4、散度場,- 低層（700hPa以下）輻合，高層（500hPa以上）輻散，以正渦度為主,垂直運動,- 低層上升運動為主，強的上升運動出現(xiàn)于ITCZ傾斜面上,4.2熱帶輻合帶,B.熱帶輻合帶的結(jié)構(gòu)與天氣,天氣,- ITCZ附近常有積云、積雨云發(fā)展為主，高層可見高積云、高層云、卷云，并伴有暴雨、雷暴、大風(fēng)、水龍卷等 - 信風(fēng)ITCZ的降水區(qū)范圍約200-800km，降水強度一般為100mm/24h - ITCZ中天氣分布不是連續(xù)的，明顯的壞天氣只出現(xiàn)在風(fēng)場輻合的地區(qū),4.2熱帶輻合帶,B.熱帶輻合帶的結(jié)構(gòu)與天氣,熱帶輻合帶與臺風(fēng)的關(guān)系,- 西太平洋臺風(fēng)（南海臺風(fēng)）80%（50%）以上形成于ITCZ中

5、 - 孟灣風(fēng)暴、季風(fēng)低壓也多源于ITCZ（季風(fēng)槽）中 - ITCZ中天氣分布不是連續(xù)的，明顯的壞天氣只出現(xiàn)在風(fēng)場輻合的地區(qū) - ITCZ對臺風(fēng)發(fā)展的作用： a. 提供能源（水汽、熱量） b. 初始擾動 c. 垂直切變小 d. 強對流,4.2熱帶輻合帶,B.熱帶輻合帶的結(jié)構(gòu)與天氣,ITCZ強弱與南海臺風(fēng)生成的關(guān)系,4.2熱帶輻合帶,B.熱帶輻合帶的結(jié)構(gòu)與天氣,臺風(fēng)頻數(shù)異常年850hPa流場分布狀況及臺風(fēng)生成位置：十字型為臺風(fēng)生成位置，陰影區(qū)表示通過90的置信度檢驗,偏多年,偏少年,兩者之差,4.2熱帶輻合帶,C.熱帶輻合帶的預(yù)報,4.2熱帶輻合帶,C.熱帶輻合帶的預(yù)報,ITCZ的強弱、進退的預(yù)報

6、主要著眼于副熱帶環(huán)流形勢的演變，特別是副高的變化,與副高的關(guān)系,- 副高穩(wěn)定 偏東氣流穩(wěn)定 ITCZ穩(wěn)定 - ITCZ隨副高移動（南北移動）,與西風(fēng)槽的關(guān)系,- 槽加強東移 副高減弱東退 SW氣流北上 ITCZ北移消失,4.2熱帶輻合帶,C.熱帶輻合帶的預(yù)報,與臺風(fēng)的關(guān)系,- 南海、孟灣有低壓、臺風(fēng)活動時 ITCZ活躍,與冷空氣的關(guān)系,- 較強冷空氣南下 NE風(fēng)增強 ITCZ增強,與赤道反氣旋、季風(fēng)槽等系統(tǒng)的關(guān)系,- 赤道反氣旋北上ITCZ北抬消失； - 季風(fēng)槽東伸（西縮） 赤道西風(fēng)加強（減弱） ITCZ加強（減弱消失）,衛(wèi)星云圖的應(yīng)用,- ITCZ 云帶的稠密、亮度 流場輻合強弱 ITCZ強

7、度變化,4.2熱帶輻合帶,D.與極鋒的比較,4.2熱帶輻合帶,D.與極鋒的比較,4.2熱帶輻合帶,E. 對 ITCZ 的一些新認(rèn)識,4.2熱帶輻合帶,E.對 ITCZ 的一些新認(rèn)識,雙重ITCZ的問題,- 自東非至西太平洋一帶的赤道地區(qū)，赤道西風(fēng)是常年存在的，它與南北半球兩支信風(fēng)構(gòu)成兩條ITCZ,ITCZ的活動問題,- 二支ITCZ南北位移有反位相的趨勢 - ITCZ沒有跨越赤道的季節(jié)性移動 - ITCZ存在明顯的周期振蕩,ITCZ的形成問題,- 與海溫的關(guān)系 - 與邊界層摩擦作用的關(guān)系 ,4.3東風(fēng)波和南支波動,4.3東風(fēng)波和南支波動,4.3東風(fēng)波和南支波動,A.東風(fēng)波,4.3東風(fēng)波和南支波

8、動,A.東風(fēng)波,- 在副熱帶高壓南側(cè)對流層中、下層的東風(fēng)氣流里，常存在一個槽或氣旋性曲率最大區(qū)，呈波狀形式自東向西移動，稱之為東風(fēng)波 東風(fēng)波的波長平均為3000km，周期為3-6天，其西移速度為5-6經(jīng)距/天,4.3東風(fēng)波和南支波動,A.東風(fēng)波,倒V型東風(fēng)波,4.3東風(fēng)波和南支波動,A.東風(fēng)波,4.3東風(fēng)波和南支波動,A.東風(fēng)波,經(jīng)典的東風(fēng)波模型,4.3東風(fēng)波和南支波動,A.東風(fēng)波,經(jīng)典的東風(fēng)波模型,4.3東風(fēng)波和南支波動,A.東風(fēng)波,a.通過波動的東西剖面；b.實線為3-5km上的流線，虛線為地面等壓線,4.3東風(fēng)波和南支波動,A.東風(fēng)波,經(jīng)典東風(fēng)波模式,- 低層槽前東北風(fēng)，輻散有下沉運動

9、- 槽后東南風(fēng)，輻合有上升運動 - 槽軸隨高度向東傾斜 - 槽前濕層淺薄，槽后濕層深厚 - 壞天氣主要出現(xiàn)在槽后 - 波動在700-500hPa最強，冷性結(jié)構(gòu)，移速25-30km/h,4.3東風(fēng)波和南支波動,A.東風(fēng)波,左：經(jīng)向風(fēng)速；右：溫度距平,東風(fēng)波的結(jié)構(gòu),4.3東風(fēng)波和南支波動,A.東風(fēng)波,西太平洋東部東風(fēng)波的合成結(jié)構(gòu) 左上為散度 右上為垂直運動 左下為相對渦度,東風(fēng)波的結(jié)構(gòu),4.3東風(fēng)波和南支波動,A.東風(fēng)波,- 深厚的東風(fēng)波 發(fā)生在對流層深厚而穩(wěn)定的東風(fēng)氣流上的波動，垂直伸展達12km，與經(jīng)典模式相反，波軸于中低層隨高度西傾，400hPa以上垂直，暖濕區(qū)和對流不穩(wěn)定區(qū)位于槽前，有壞天

10、氣；槽后為相對干冷區(qū),影響我國的東風(fēng)波,- 中低層?xùn)|風(fēng)波 對流層中低層吹偏東風(fēng)，風(fēng)速隨高度減少，300hPa以上盛行西風(fēng)；東風(fēng)波主要出現(xiàn)在500hPa以下的東風(fēng)氣流上，沿2530N西移，相似于經(jīng)典結(jié)構(gòu)模式，壞天氣主要在槽后；影響日本和我國臺灣、福建和浙江等省,4.3東風(fēng)波和南支波動,A.東風(fēng)波,- 高層?xùn)|風(fēng)波 對流層中低層盛行西南季風(fēng)或副高西側(cè)偏西氣流，而對流層上部盛行偏東風(fēng)，且隨高度增強；這種東風(fēng)波結(jié)構(gòu)與經(jīng)典模式相反，波軸西傾，壞天氣主要分布在槽前；在25N以南活動,影響我國的東風(fēng)波,4.3東風(fēng)波和南支波動,A.東風(fēng)波,影響我國的東風(fēng)波,各類東風(fēng)波示例圖：實矢線為流線，虛線為東風(fēng)波槽線，陰影

11、區(qū)為衛(wèi)星云圖上的云系,4.3東風(fēng)波和南支波動,A.東風(fēng)波,東風(fēng)波的形成,- 成因有待解決 - 形成過程： a. 強西風(fēng)槽延伸低緯（東移） 副高斷裂 副高南側(cè)東風(fēng)帶出現(xiàn)波動 副高繼續(xù)北移 “延伸槽”南北斷裂東風(fēng)波形成、西移 b. ITCZ 中的擾動伸入東風(fēng)急流 c. 高層氣旋在低層的反映（高空冷渦）,4.3東風(fēng)波和南支波動,A.東風(fēng)波,東風(fēng)波活動與我國東部降水異常？,東風(fēng)波對我國天氣的影響,- 影響華南、華東沿海、長江中下游地區(qū)，造成雷暴、暴雨天氣 - 與臺風(fēng)的關(guān)系 a. 東風(fēng)波有高空輻散場迭加 臺風(fēng)（初始擾動） b. 高層?xùn)|風(fēng)波前的輻散場與低層低壓迭加 臺風(fēng)（啟動機制） c. 多臺風(fēng)年，高層深

12、厚東風(fēng)盛行，熱帶波動強，位置偏北，ITCZ 強，位置偏北；少臺風(fēng)年情況相反 d. 使臺風(fēng)出現(xiàn)異常路徑,4.3東風(fēng)波和南支波動,B.南支波動,4.3東風(fēng)波和南支波動,B.南支波動？,在冬半年位于我國青藏高原南側(cè)的副熱帶西風(fēng)急流上的波動，稱之為南支波動（南支槽、印緬槽）,活動特點,- 主要出現(xiàn)在冬半年，11月-5月影響華南的南支槽6-7個/月 - 500hPa最明顯，高層有時更明顯（300-200hPa） - 自西向東移，移速約5-10經(jīng)距/日,4.3東風(fēng)波和南支波動,B.南支波動？,4.3東風(fēng)波和南支波動,B.南支波動？,4.3東風(fēng)波和南支波動,B.南支波動,4.3東風(fēng)波和南支波動,B.南支波動

13、？,4.3東風(fēng)波和南支波動,B.南支波動,4.3東風(fēng)波和南支波動,B.南支波動？,4.3東風(fēng)波和南支波動,B.南支波動,南支波動對天氣的影響,- 影響地區(qū) 冬半年，亞非低緯地區(qū)、我國西南、華南、華東以至華北，是低緯冬半年的重要天氣系統(tǒng)之一 - 天氣 a. 暖濕氣流的輸送 大范圍的降水 b. 南北槽的迭加 引導(dǎo)冷空氣南下 c. 南支槽與槽、低壓的迭加 促使中低緯系統(tǒng)發(fā)展 d. 單獨南支槽前 強烈對流天氣（雷暴、冰雹等）,南支波動(南支槽、印緬槽)活動與我國東部降水異常？,4.4熱帶對流層高層大槽和高空冷渦,4.4熱帶對流層高層大槽和高空冷渦,8月北半球200hPa槽脊輻合系統(tǒng),4.4熱帶對流層高

14、層大槽和高空冷渦,4.4熱帶對流層高層大槽和高空冷渦,4.4熱帶對流層高層大槽和高空冷渦,A.熱帶對流層高層大槽 - TUTT,4.4熱帶對流層高層大槽和高空冷渦,A.熱帶對流層高層大槽 - TUTT,- 夏季存在于大洋中部的熱帶地區(qū)對流層上層（300-200hPa）呈NE-SW走向的行星尺度的高空大槽，稱之為TUTT - TUTT的進退和活動對太平洋地區(qū)環(huán)流和天氣有明顯的影響： a. 太平洋TUTT中常有冷渦形成，提供臺風(fēng)的初始擾動 b. TUTT活動能改變熱帶擾動的環(huán)境流場： TUTT移至南海 垂直切變減小 有利于臺風(fēng)生成 c. 高低層環(huán)流的相互作用，對低層擾動或臺風(fēng)起到激發(fā)和抑制作用,T

15、UTT的年際變化特征及其與我國夏季東部降水異常？,4.4熱帶對流層高層大槽和高空冷渦,A.熱帶對流層高層大槽 - TUTT,太平洋中部槽變化的天氣學(xué)模式：a. 大槽在160E以東；b. 大槽西伸至130E附近，并疊加于ITCZ中的低壓上空,8月太平洋高空槽的平均位置與1964年8月某些熱帶氣旋路徑,4.4熱帶對流層高層大槽和高空冷渦,A.熱帶對流層高層大槽 - TUTT,大洋中部槽對擾動質(zhì)量環(huán)流的作用：a.質(zhì)量環(huán)流加強大；b.質(zhì)量環(huán)流減弱,4.4熱帶對流層高層大槽和高空冷渦,B.熱帶高空冷渦,4.4熱帶對流層高層大槽和高空冷渦,B.熱帶高空冷渦,- 夏季發(fā)生在熱帶地區(qū)對流層上部的冷心型氣旋性渦

16、旋，200hPa附近達最強，往下逐漸減弱，這種渦旋稱之為熱帶高空冷渦 - 強的高空冷渦可伸展到低層或地面，誘使地面出現(xiàn)波動或氣旋性渦旋，條件適當(dāng)時，它可以發(fā)展成臺風(fēng)，是西太平洋夏季臺風(fēng)生成方式之一,4.4熱帶對流層高層大槽和高空冷渦,B.熱帶高空冷渦,高空冷渦的三維結(jié)構(gòu)和云系模式,4.4. 熱帶對流層高層大槽和高空冷渦,B. 熱帶高空冷渦,熱帶高空冷渦結(jié)構(gòu)示意圖：粗實線為冷渦軸線,4.4熱帶對流層高層大槽和高空冷渦,B.熱帶高空冷渦,按其形成方式和活動可分為兩種,- 影響熱帶高層對流層槽內(nèi)生成，直徑約400-500km，多沿著槽線西移，平均移速為15-20km/h；其內(nèi)部氣流下沉，故云系主要出

17、現(xiàn)在外圍，特別是中心的南側(cè)和東南側(cè)，多為積雨云 - 由西風(fēng)槽延伸至低緯后切斷而成，尺度較小，最小的直徑僅200km左右；中心為下沉晴空區(qū)，僅強度最盛時有稀疏云系，外圍南側(cè)和西側(cè)有上升運動和弧形密蔽云系,4.5赤道緩沖帶與赤道反氣旋,4.5赤道緩沖帶與赤道反氣旋,東非越赤道氣流軸的逐月變化,4.5赤道緩沖帶與赤道反氣旋,越赤道氣流通道示意圖,4.5赤道緩沖帶與赤道反氣旋,多年平均的7月流場：實線為流線，虛線為等風(fēng)速線，單位為m/s,850hPa,200hPa,4.5赤道緩沖帶與赤道反氣旋,氣候平均經(jīng)向風(fēng)沿赤道的經(jīng)度-高度剖面（單位：m/s）： 上圖4月115日平均，下圖4月1630日平均,4.5

18、. 赤道緩沖帶與赤道反氣旋,氣候平均沿105120E平均經(jīng)向風(fēng)的緯度-高度剖面（單位：m/s）： 上圖為4月115日平均，下圖為4月1630日平均,4.5赤道緩沖帶與赤道反氣旋,上圖為氣候平均的5月1-15日平均經(jīng)向風(fēng)沿赤道的經(jīng)度-高度剖面 下圖為氣候平均沿105120E 5月1-15日平均經(jīng)向風(fēng)的緯度-高度剖面,4.5赤道緩沖帶與赤道反氣旋,A. 赤道緩沖帶,4.5赤道緩沖帶與赤道反氣旋,A.赤道緩沖帶,- 南北半球或北半球的低空氣流越過赤道時方向發(fā)生轉(zhuǎn)變的過渡帶，稱為赤道緩沖帶，也稱赤道低空氣流轉(zhuǎn)換帶 - 緩沖帶中的氣流在北半球夏季為順時針旋轉(zhuǎn)，而冬季則為反時針，它的位置有明顯的季節(jié)變化，

19、在夏季其范圍最廣，從20W-140E 緩沖帶一般與晴空區(qū)相對應(yīng)，在其控制下可出現(xiàn)持續(xù)的晴好天氣，赤道緩沖帶的結(jié)構(gòu)和形成機制尚須進一步研究,4.5赤道緩沖帶與赤道反氣旋,A.赤道緩沖帶,- 南北它是赤道附近大尺度天氣系統(tǒng)之一，一般在離赤道10個緯度的范圍內(nèi)活動，以亞洲和西太平洋地區(qū)的赤道緩沖帶最為活躍 1960年由柯諾佛爾和薩特勒最早命名，附圖為赤道緩沖帶的概略圖,- 一般認(rèn)為，赤道緩沖帶的位置有明顯的季節(jié)變化，夏季其范圍最廣，從20W到140E幾乎繞地球半圈，形成兩個主要的閉合中心：一個在印度南面，另一個在埃塞俄比亞,4.5赤道緩沖帶與赤道反氣旋,A.赤道緩沖帶,- 赤道緩沖帶中的氣流在北半球

20、夏季為順時針旋轉(zhuǎn)，出現(xiàn)在南海和赤道附近的西太平洋上空，中心經(jīng)常位于赤道附近，是北半球的一種低空天氣系統(tǒng)，其強度以850hPa等壓面為最強 - 上界可達500百帕等壓面，往下常達地面，水平尺度為10003000公里，個別可達60007000公里，生命期一般約 5天，最長可達16天 - 赤道反氣旋中心盛行下沉氣流，天氣晴好，而冬季則為反時針 - 在衛(wèi)星云圖上，緩沖帶一般與晴空區(qū)相對應(yīng)，在其護制下可出現(xiàn)持續(xù)的晴好天氣，它和它相聯(lián)系的赤道反氣旋的活動，都與赤道輻合帶、臺風(fēng)等熱帶系統(tǒng)有密切關(guān)系 - 赤道緩沖帶的結(jié)構(gòu)和形成機制，尚須進一步研究,4.5赤道緩沖帶與赤道反氣旋,A.赤道緩沖帶,1967年7月中旬的赤道緩沖帶過程,4.5赤道緩沖帶與赤道反氣旋,A.赤道緩沖帶,赤道緩沖帶內(nèi)最主要的天氣系統(tǒng)是赤道反氣旋，赤道反氣旋有不同的形成過程： - 當(dāng)南半球的氣流加強時，越過赤道，轉(zhuǎn)成西南風(fēng)，然后受北半球氣流或氣壓場影響又折回南半球，形成尺度較大的反氣旋環(huán)流，此時，北半球常有熱帶輻合帶的活動 - 副熱帶高壓南伸，和緩沖帶連通，在赤道附近被切斷形成反氣旋 - 南半球東南信風(fēng)越過赤道后，由于科里奧利參數(shù)隨緯度增加,其軌跡發(fā)生折向，在摩擦力影響下于北緯5附近形成尺度小于1000公里的反氣旋環(huán)流，這