天气原理第3章 03 温带气旋和反气旋的发展理论文档
温带气旋的形成和爆发性发展ppt文档
温带气旋发展的三维变化：气旋-波动-急流关系
气旋强度变化的基本原理
如果气旋上空空气柱风是辐散的，则地面气压下降，即高空必须有强烈 的辐散气流才能在气旋上空产生净的质量辐散，从而使气柱的空气与地 面气压减少。引起高空辐散的天气形势和机理有多种情况，但最终结果 都是造成向风速变化的直线加速或气流向不同方向迅速散开。前者称速 度的散度，后者称气流的疏散。净的高空辐散是两者共同作用的结果（ 见下图）。下图是温带气旋发展期高空（200hPa）与地面条件关系的示 意图，可见高空辐散存在于低压上方和前方。辐散有助于波槽之前气旋 加深和向东北方向传播。高空辐散使空气上升，并引起云雨的发生。气 旋后方的高空辐合引起空气下沉，使云抑制和消散。，下沉空气可把气 旋上方和后方的平流层暖空气带下来，到达对流层，产生平流层和对流 层的空气和物质交换。因而，温带气旋-波动-急流相关关系是一种复杂 的三维现象。
中纬气旋形成的三维理想模式图。（a）500hPa长波槽平行并直接位于地面静止锋之 上；（b）短波槽进入并扰动高空流场，引起温度平流。高空槽加强，产生地面气 旋发展的必要垂直运动；（c）地面气旋锢囚，不再有高空辐散（抽气作用）补偿 地面空气的辐合，风暴系统减弱，衰亡。（Ahrens and Samson，2011）
绝对涡度bluestein1993由于大气是一种连续层结流体不是一种简单的分层流体且具有旋转科氏力实际的基本气流不是纬向基流而是波状与局部集中的如急流是复杂的所以决定正压与斜压不稳定的充要条件是无法得到的因而斜压不稳定的分析在很大程度上是根据观测得到的
温带气旋的形成和爆发性发展
中纬度地面气压系统最主要的两类是温带气旋和反气旋。 人们更关注地面气旋。因为这种系统发展迅速、激烈， 经常带来破坏性大风、暴雨、对流等，成为所谓温带风 暴。但地面反气旋也不能忽略，如冬季冷高压可以带来 寒潮与冷空气活动，入海后可以产生偏东风回流天气或 切变线。在大多数中国暴雨过程中都有冷空气活动参与， 它们也常以冷高压形式表现出来。地面气旋与反气旋是 密切相关的。但由于时间所限，我们这里只讨论地面气 旋问题，包括陆地气旋与海洋气旋。
气旋和反气旋
气旋和反气旋维基百科，自由的百科全书Jump to: navigation, search气旋是同一高度中心气压低于四周的、占有三度空间的大尺度涡旋。
在北半球。
气旋范围内的空气作逆时针旋转，在南半球其旋转方向为顺时针。
从气压场的角度看，气旋又是低气压，因而又称为“低压”。
反之，同一高度上中心气压高于四周的大尺度涡旋叫反气旋。
气旋、反气旋的强度一般用其中心气压值来表示。
气旋中心气压越低，气旋越强，反之越弱；反气旋中心气压越高，反气旋越强。
地面气旋的中心气压值一般在970～1010hPa之间。
地面反气旋气压一般在1020～1030hPa之间。
就平均情况而言，温带气旋与反气旋的强度随季节有所变化，一般冬季比夏季强。
海上温带气旋比陆地强，反气旋则陆地比海上强，这与海陆的热力作用不同有关。
1．气旋、反气旋的分类(1)气旋根据气旋形成和活动的主要地理区域，可分为温带气旋和热带气旋两大类；按其热力结构可分为锋面气旋和无锋面气旋。
气旋中有锋面的气旋叫锋面气旋，锋面气旋的温压场是不对称的，移动性大，而且是带来云和降水的主要天气系统，是本节讨论的重点所在。
无锋面气旋又可分为两类①热带气旋：发生在热带海洋上的强烈的气旋性涡旋，当其中风力达到一定程度时，称为台风或飓风；②局地性气旋：由于地形作用或下垫面加热作用而产生的地形低压或热低压，这类气旋基本上不移动，一般不会带来云雨天气。
(2)反气旋根据其形成和活动的主要地理区域分为极地反气旋、温带反气旋和副热带反气旋；按其热力结构可分为冷性反气旋和暖性反气旋。
活动于中高纬度大陆近地面层的反气旋多属冷性反气旋，习惯上又称冷高压。
冬半年强大的冷高压南下，可造成24小时内降温超过10℃的寒潮天气。
出现在副热带地区的副热带高压多属暖性反气旋。
副热带高压较少移动，但有季节性的南北位移和中、短期的东西进退。
2．温带气旋的源地气旋源地并不是均匀地分布在温带地区。
如果以在一定面积中气旋生成的频数来统计，可以发现气旋发生频数在水平空间上有明显的极大值与极小值分布，如图4.15给出了1月和7月北半球地面气旋频率及主要路径的统计图。
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结构：
地面低压 热带气旋的中心接近地面或海面部分是一个低压区。地球海 平面上所录得最低的气压（870hPa）是在有纪录以来最强的热 带气旋台风狄普（1979年）中心所录得的。 暖心 热带气旋的暖湿空气环绕着中心旋转上升，过程中水气凝结 释放大量潜热，热能在中心附近垂直分布。热带气旋内各高度 （接近海面例外）的气温都比气旋外为高。。 中心密集云层区 围绕热带气旋中心旋转的密集云层区，通常是由雷暴产生的 卷云。
温 带 气 旋
温 带 气 旋
简介：
温带气旋是出现在中高纬度地区中心气压低于四周且具有冷中心性质的近似椭圆型的空 温带气旋 气涡旋，是影响大范 上。气旋随高空偏西气流向东移动，前部为暖锋，后部为冷锋，两者衔接处的波动南侧为 暖区。温带气旋从生成，发展到消亡整个生命史一般为2-6天。同一锋面上有时会接连形 成2-5个温带气旋，自西向东依次移动前进，称为“气旋族“。温带气旋对中高纬度地区 的天气变化有着重要的影响，多风雨天气，有时伴有暴雨或强对流天气，有时近地面最大 风力可达10级以上。
发生和发展
1，波动阶段（P215 图3.13）图形 特点：在高空锋区上有发展浅槽，温度槽脊 落落后于高度槽脊，槽前正涡度平流使地面减压，初步成一根闭合等压线的地 面气旋，温度平流使气旋中的冷暖锋形成，并使气旋前部减压，后部加压，所 以气旋一面快速东移，一面发展，此时，辐合上升和地面摩擦作用均很小 2， 成熟阶段（P125 图3.13）图形 特点：温度槽落有于高度槽，温度平流合涡度 平流均强烈加强，地面气旋加深，达到最强盛阶段，出现数根闭合等压线，气 旋移速减慢，冷暖锋之间暖区缩小，辐合上升和地面摩擦作用增强，但仍不占 主导地位 3，锢囚阶段 图形 特点：高空槽达到最强，出现闭合低压中心，高空 涡度平流减弱，地面减压区偏离气旋中心，温度槽上出现闭合冷中心，并且与 高度槽趋于重合，冷暖平流减弱，地面曲线中心逐渐被冷空气控制，暖区抬到 空中出现锢囚锋，地面的中心与高空低中心趋于重合，移动缓慢，辐合上升和 摩擦作用站主导地位——气旋由地面向高空填塞 4，消亡阶段 图形 特点：高空 冷中心与低中心重合，涡度平流与温度平流很弱，地面低中心与高空低中心重 合，成为深厚性低压，锋面脱离气旋消失，辐合和摩擦使气旋填塞而消亡
温带气旋和反气旋72页PPT
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
温带气旋的简介和理论基础
温带气旋简介和基础理论无热力学、动力学版（适合高中左右的水平学习）本文部分名词非官方通用，请勿宣传目录：一、温带气旋简介二、温带气旋在世界范围内的分布和影响三、温带气旋的分类：1、西风带性温带气旋2、寒带性温带气旋3、热带性温带气旋四、温带气旋的形成过程1、形成期（西风性和寒带性）2、转换期（热带性）3、发展期4、囚锢期（成熟期）5、消亡期五、温带气旋的底层结构和近地面影响（温带气旋实例分析说明）六、温带气旋的常见诱生系统1、中尺度辐合系统MCC2、锋面飑线3、冷涌和扰动诱生七、总结补充：如诺非特殊情况，本帖只针对北半球的温带气旋。
第一部分：温带气旋简介温带气旋：一般指出现在中高纬度地区（30°-70°）的中心气压低于四周气压的一种斜压性气旋，是中高纬度最重要的中尺度天气系统之一。
温带气旋平均半径为1500KM，其范围一般在500~3000km左右，温带气旋在高空一般为高空槽线，且槽线强度随着气压层的升高而减弱。
对于成熟的温带气旋来说，其底层结构上一般由1-2条冷锋和一条暖锋形成，暖锋和第一冷锋之间为暖区，而冷锋锋后为冷区，暖锋锋前和系统中心后侧为相对缓和的冷暖过度区域。
对于单个温带气旋来说，从其开始发展到最后消亡的过程一般为2-5天，期间的移动距离大概在一个西风长波的波长，且一般大体上自西向东前进。
有时一个高空系统可以在底层诱生众多的温带气旋，这时称之为气旋族。
第二部分：温带气旋在世界范围内的分布和影响从全球历年平均来看，南半球在比西风环流稍偏北的地方存在明显的温带气旋生成区，且贯通整个南半球范围。
而北半球范围内，温带气旋的产生主要集中在一下几个地区：1、西伯利亚地区：该地区的温带气旋更多由北冰洋极涡南下，或诱生出西风长波槽南下，在河道到贝加尔湖一带形成温气的雏形，而后东移进入日本海、鄂海地区强烈发展并达到巅峰状态，最后并入阿留申涡登陆北美阿拉斯加地区减弱消散。
同时也有从阿尔泰地区开始形成，在我国东部达到最强，并明显影响我国的锋面温带气旋。
天气学原理：第3章 气旋与反气旋4
NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY
1、位势倾向方程及ω方程右端各项名称及物理意义 是什么？ 2、用位势倾向方程解释高空槽及温带气旋变化。 3、 用ω方程解释地面气旋、反气旋及它们之间上 升、下沉运动情况。 4、动力因子、热力因子指的是什么？说明它们对天 气系统各起什么作用？
（2）倒槽锋生气旋 开始时，地面变性高压东移入海后，由于高空南支 锋区上西南气流将暖空气向北输送，地面减压形成 倒槽并东伸。这时在北支锋区上有一小槽从西北移 来，在地面上配合有一条冷锋和锋后冷高压。
§3.5 东亚气旋与反气旋
大气科学学院 王黎娟
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D
当它行抵贝加尔湖地区后，
中心部分和其南面 慢，
在它的前方暖区部位形成一个新的低
压中心，后来西边的冷空气进入低
压，产生冷锋。同时在东移的高空槽
D
前暖平流作用下，形成暖锋，于是就
形成蒙古气旋。
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1.北方气旋
(1)范围：45°-55°N，70°-140°E ； 以黑龙江、吉林与内蒙的交界地区产生最多；伴随 大风、降温；降水量小。
(2)种类：蒙古气旋、东北气旋、黄河气旋、黄海气 旋
§3.5 东亚气旋与反气旋
大气科学学院 王黎娟
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三. 蒙古气旋和江淮气旋的生成
《天气学原理》复习重点(下)
Char3 气旋与反气旋1、气旋（反气旋）是占有三度空间的，在同一高度上中心气压低（高）于四周的流场中的涡旋。
气旋在北半球逆（顺）时针旋转，在南半球相反。
温带的气旋和反气旋冬季强于夏季，海上的气旋强于陆上的，陆上的反气旋强于海上的。
气旋按地理分为热带气旋和温带气旋；按热力结构分为锋面气旋和无锋气旋反气旋地理分为极地、温带和副热带反气旋；按热力结构分为冷性和暖性反气旋2、涡度方程涡度：表示流体质块的旋转程度和旋转方向∂ ξ /∂ t >0表示气旋性涡度增加，反气旋性涡度减小∂ ξ /∂ t <0表示反气旋性涡度增加，气旋性涡度减小涡度倾侧项：由于垂直速度在水平方向分布不均匀，引起涡度的变化水平无辐散大气中绝对涡度守恒。
位势涡度守恒解释气柱上山下山强度变化：气柱上山，H 减小，辐散，f 不变，则气旋性涡度减小，反气旋性涡度增大；气柱变短，为了保持位势涡度守恒，正涡度减小，有正变高，所以槽和低压减弱，脊和高压增强；青藏高原（第五章）：上（下）山，气柱缩短（伸长），为了保证整层大气的不可压缩性，必伴有水平辐散（合），同时在水平地转偏向力作用下，反气旋（气旋）涡度生成，则气旋性涡度减小，反气旋性涡度增大；考虑准地转运动有等压面高度升高（降低），低值系统（高空槽、低中心）减弱（加强），高值系统（高空脊、高中心）加强（减弱）。
3、位势倾向方程（1）地转风绝对涡度平流可分为地转涡度的地转风平流和相对涡度的地转风平流 解释槽脊移动：波长<3000km 的短波，以相对涡度平流为主槽前脊后：正相对涡度平流，有负变高；槽后脊前：负相对涡度平流，有正变高槽线、脊线：相对涡度平流为0，等压面高度没有变化，槽脊不会发展，而是向前移动。
物理解释：槽前脊后借助西南风将正相对涡度大的向小的方向输送，使得其固定点正相对涡度增加，在地转偏向力作用下伴随水平辐散，气柱质量减少，地面减压，有负变压中心，地面辐合，这样高空辐散，地面辐合，有上升运动，上升绝热冷却，气柱收缩，高层等压面高度降低，有负变高；相反，槽后脊前引起高层等压面高度增加，槽线处变高为零，所以，槽无加深减弱，向东，即向前移动。
气旋和反气旋
气旋和反气旋气旋和反气旋也是常见的天气系统，它的形成和移动对一地的天气影响很大。
本节我们主要了解其一般知识及其天气特征。
一、旋气旋是占有三维空间的，在同一高度上中心气压低于四周的大尺度涡旋。
气旋又称低压，前者是按流场特征命名，后者是按气压场命名。
气旋的范围是以地面天气图上最外围闭合等压线的直径来确定的。
气旋的平均直径为1000km左右，大的可达2000～3000km，小的只有100～200km。
气旋的强度以其中心气压值表示，气压越低，其强度越大，地面气旋中心值一般在1010～970hPa,发展特别强大的气旋可低于935hPa，海洋上曾有的低到920hPa。
若气旋中心气压随时间下降，称气旋“加深”或“发展”，反之，称为气旋的“减弱”或“填塞”。
在北半球，气旋内部气流运动模式为：近地层气流围绕中心作逆时针旋转，由于摩擦作用，气流向中心辐合，中心气流由于周围气流的辐合作用而上升。
因为绝热冷却，发生水汽凝结，形成云雨所以气旋内部一般多阴雨天气。
按气旋形成地理位置的不同，可分为温带气旋和热带气旋。
若按其内部热力结构又可分为锋面气旋和无锋面气旋。
1.锋面气旋锋面气旋是温带地区最常见的一类气旋，在我国主要发生在长江中下游及其以北区域。
锋面气旋形成的原因比较复杂，大多数情况下是在准静止锋或缓行冷锋上产生波动形成的，也有些属于冷锋进入热低压后暖锋锋生而成(如江淮气旋主要以这种方式形成的)，当在地面锋带上出现第一根闭合等压线时，锋面气旋即告形成，锋面气旋从其开始形成到最后消亡大致可分为四个阶段：(1)初生阶段：从发生波动到绘出第一根闭合等压线为止称为初生阶段。
此时，原锋面(准静止锋或入侵冷锋)上产生波动，冷空气南侵，暖空气向北扩展，形成冷暖锋结构，一般东部为暖锋，西部为冷锋，并出现相应的锋面天气。
(2)发展阶段：冷暖锋进一步发展，气旋进一步加深，南侧暖区变窄，天气表现为云层变厚，雨区扩大，降水强度增加。
(3)锢囚阶段：冷锋赶上暖锋，形成锢囚，暖锋进一步变窄，暖空气被抬升，此时气旋达到全盛阶段，地面为锢囚锋天气。
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槽后负涡度平流使槽后有正变高 3 气旋发展必伴有上升运动的发展，
反气旋发展必伴有下沉运动的发展 3 流场与气压场从不适应到达到新的平衡
地面，辐散对应有 反气旋性涡度生成， 以适应气压场，反 气旋发展
地面，辐合对应有 气旋性涡度生成， 以适应气压场，气 旋发展
适应原理：高层辐合有气旋性环流使风场向 气压场适应，下沉运动绝热增温抵消了冷平 流的作用，使地面加压不致过快；低层辐散 有反气旋环流使风场向气压场适应以及补偿 作用使地面加压不致过快
总结：槽中冷平流产生下沉运动并使高空槽加深 。
脊区有暖平流产生上升运动，使高压脊发展
负涡度平流造成的 附加反气旋式流场
图中仅仅描述了温带气旋在其发展中期某个 时刻的结构， 实际大气中气旋的发生发展要有一 个从生成到消亡的生命史过程 。
挪威学派的经典概念模式认为在气旋发生阶 段，可以把它看成是 具有气旋性切变的准静止锋 上的一个小扰动 。初始小扰动一旦发生，暖空气 稍稍上升到冷空气上面，波峰附近的气压就开始 下降。 在初始扰动发生以后，气压分布有利于在 波峰附近形成一个气旋环流 。
地面反气旋发展到最盛期，有闭合中心、闭合等压 线， 500hPa 也出现闭合等高线，温压场形势与初生 阶段类似，但温度场中心与高度场中心接近。动力 因子和热力因子达到最强后开始减弱
转为暖性反气旋或并入副热带高压中
3.3.2 温带气旋的生命史和天气
Bjerknes1919 年提出并经修改过的温带气旋基本模式
4.气旋发展的消亡期高空温压场（消亡阶段）
高空温压场近于重合，成为一个深厚的冷性涡旋，锋面移 出，动力和热力因子迅速减弱，摩擦作用使气旋消亡
（三）温带反气旋的发展
温带反气旋生命史分三个阶段：
初生阶段 发展阶段 消亡阶段
通常是从冷锋后部的一个微弱的地面高压脊发展的
温度场落后于高度场，地面高压脊位于高空高压脊前部， 地面气旋后部的冷气团南缘为通过地面气旋的锋带
第三章 温带气旋与反气旋
3.3 温带气旋和反气旋发展理论
3.3.1 温带气旋发展的物理过程 3.3.2 温带气旋的生命史和天气 3.3.3 气旋的再生和气旋族
3.3.1 温带气旋的发展
基本概念 准地转适应（流线与等高线平行） 斜压性（等压面上有等温线，等温线越密
集，温度梯度越大，热成风越大，斜压性越强） 高低层配置（低层：地面；高层： 500hPa ）
非绝热加热因子对气旋发展的作用 ：
若有足够水汽，则上升运动区有水汽凝结， 潜热释放 ，会部分抵消上升绝热膨胀冷却的作 用，气柱降温不至于太快 ，高层减压变慢，使 得高层可维持较强的辐散，使低层减压增强， 气旋发展更快，上升运动也增强
（二）温带气旋的发展
温带气旋的发展经历了四个阶段
波动阶段 发展阶段 锢囚阶段 消亡阶段
热力因子使地 面系统前移
气旋中心和反气旋中心没有温度平流，热力 因子不起作用
槽前脊后正涡度平流使地面减压 槽后脊前负涡度平流使地面加压
动力因子使地 面系统发展
高空： 暖平流使脊加强 冷平流使槽加深
热力因子使 槽脊发展
槽前脊后正涡度平流使槽前 出现负变高
槽后脊前负涡度平流使槽后 出现正变高
动力因子使 槽脊前移
1.气旋发展的初生期高空温压场(波动阶段)
温度场落后于高度场，地面气旋位于高空槽前，温度平流 零线穿过气旋中心，气旋前部为暖平流后部为冷平流。但 高空未出现闭合等高线。
2.气旋发展的青年期高空温压场 (成熟阶段 )
温度场仍落后于高度场，但低中心和冷中心比前一阶段接近 （气旋中心的温度因上升运动而逐渐降低，故温度槽离气旋 中心越来越近），高空图上等高线曲率加大，地面闭合等压 线增多，气旋前部为暖平流后部为冷平流。
由于高空动力和热 力因子所造成地面 的变压和流场
高
地
空
转
槽
适
前： 应
槽前正涡度平流
气旋性 涡度增 加
高层风场 不适应气 压场
由地转偏 向力产生 高层辐散
气柱质量 减小（低 层减压）
低层气压 场不适应 风场
由气压梯度 力产生低层 辐合
产生上升 运动
达
适应原理
到 新 的 适 应
高层辐散负涡度延缓正涡度的增 加；上升冷却，气柱厚度减小， 气压场与风场适应；低层质量辐 合（补偿），在地转偏向力的作 用下产生风场向气压场的适应）
暖平流造成 的正变高
冷平流造成 的负变高
正涡度平流造成的 附加气旋式流场
高空，辐散有反气 旋性涡度生成，以 使气旋性涡度增加 不会太快
地面，辐合对应有 气旋性涡度生成， 以适应气压场
高空，辐合有气旋 性涡度生成，以使 反气旋性涡度增加 不会太快
地面，辐散对应有 反气旋性涡度生成， 以适应气压场
结论（高空槽前、后）： 1 槽前正涡度平流使地面气旋发展，
3.气旋发展的锢囚期高空温压场(锢囚阶段)
温度场仍落后于高度场，但低中心和冷中心更加接近，高空图上 出现闭合中心，涡度平流和温度平流开始减弱，减压作用开始偏 离气旋中心。地面气旋中心也发展到最强阶段，闭合等压线增多， 气旋开始锢囚，冷平流侵入气旋南部，地面低层已经被冷空气所 控制，摩擦作用相对增大为主要因子
影响气旋发展的主要因子 ： 热力因子（冷暖平流） 动力因子（涡度平流）
（一）斜压系统发展的物理过程及发展因子
温带气旋主要是在锋区发展起来的，有很大斜 压性，温度场位相落后于高度场，高空槽前地面为气 旋，槽后地面为反气旋。
高空形势：温度场 落后高度场
高空由于涡度平流 和冷暖平流而造成 的附加流场和变高
总结：槽前正涡度平流，促使地面气旋发展并产生上升运动
槽后负涡度平流，促使地面反气旋发展并产生下沉运动
高空槽区： 槽中冷平流
等压面间 厚度降低
气压场不 适应风场
在气压梯度力 的作用下产生 高层辐合
地面加压气 压场不适应
风场
在气压梯度力 的作用下产生 低层辐散
高层辐合 低层辐散 产生下沉 运动
达到 新的 地转 平衡
冷平流区： 500hPa 等压面下降，温压场不平衡，在气压 梯度力作用下，产生水平辐合，高层有负变高，低层有 正变压，产生辐散，为保持质量连续，必产生补偿性下 沉运动。
结论（槽脊区）：Biblioteka 1 槽区冷平流使槽加深，地面气旋后部 出现正变压
2 脊区暖平流使脊加强，地面气旋前部 出现负变压
地面：
气旋后部，反气旋前部为冷平流加压 反气旋后部，气旋前部为暖平流减压