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俯以察地——第三章 自然地理环境(16)

2023-02-16 00:00 作者:Geo_WKY  | 我要投稿

气旋与反气旋

在同一高度上中心气压比四周气压低形成的水平涡旋称为气旋,也叫低压。由于中心气压低,气流从四周流向中心,这一过程称为辐合,低压中心气流抬升,到高空中向四周溢出,称为辐散北半球气旋中空气做逆时针旋转,南半球则相反。气旋伴随气流的上升运动,可能会造成阴雨天气。

根据气旋产生的地理位置,可以分为温带气旋和热带气旋。

温带气旋是具有锋面结构的低压,因而也称为锋面气旋,主要活动于中高纬度,是温带产生大范围云雨天气的主要天气系统。下面的地面天气图就呈现了两个较为明显的锋面气旋。

地面天气图上的锋面气旋(伍光和等,2008)

从平面上看,锋面气旋是一个呈逆时针方向旋转的涡旋,整个气旋自西向东移动,自中心向前方伸展出一条暖锋,向后方伸展出一条冷锋,冷、暖锋以南为暖空气,以北为冷空气。锋面上的暖空气呈螺旋式上升,锋面下的冷空气呈扇形扩展下沉,整个锋面气旋在对流层中下层主要是辐合上升的气流占优势,云雨天气主要产生在锋面附近。

锋面气旋模式(伍光和等,2008)注:a-气旋中心以北的东西垂直剖面,b-气旋中心以南的剖面

锋面气旋的天气比较复杂,既有锋面天气,又有气旋天气。强烈的上升气流有利于成云致雨,气旋前部是宽阔的暖锋云系以及伴随的连续性降水天气,云系向前伸展很远,靠近中心部位云雨区最宽;气旋后部是比较狭窄的冷锋云系和降水天气;气旋中部是暖气团天气,其天气特征取决于暖气团的性质。

热带气旋是生成于热带海洋上的具有暖心结构的涡旋,我们在低纬度天气系统中再做详述。

在同一高度上中心气压比四周高的空气涡旋称为反气旋,也叫高压。由于中心气压高,气流从中心向四周旋转运动,高空中气流从四周流向中心补充,也即地面辐散高空辐合。北半球反气旋中空气做顺时针旋转,南半球则相反。反气旋伴随气流的下沉运动,多晴朗天气。

北半球气旋(左)和反气旋(右)及其天气示意(朱翔等,2019)

反气旋包括冷性反气旋和移动性反气旋两种。冷性反气旋发生于寒冷的中高纬度地区,由于下垫面纬度很低,冷空气下沉堆积,形成高压,前文已述,冷高压仅存在于近地面,厚度3-4km,到高空就转变为低压区。

亚洲大陆北部冬季严寒,积累大量冷空气,又有青藏高原和东西走向山脉的阻挡,有利于反气旋的形成和发展,也成为了北半球冷性反气旋活动最为频繁、发展最为强大的地区。当高空环流形势改变时,受高空气流牵引,反气旋向南移动,就造成一次冷空气侵袭,前缘形成一条冷锋,如果冷空气十分强大,就会带来寒潮天气。

反气旋也会与锋面气旋相伴出现,水平范围较小,强度不大,它随同锋面气旋一起移动,故称为移动性反气旋。

副热带地区的副热带高压以高压单体出现,为常年存在的稳定少变的高压区,同样具有反气旋结构,在低纬度天气系统中我们再详细介绍。

高空主要天气系统

地面天气与高空的环流形势是密切联系的。中高纬度的对流层上空盛行波状的西风气流,即西风波,高空大气满足地转平衡(即地转偏向力与气压梯度力平衡),因此波状流型的波峰对应于高压脊,波谷对应于低压槽,这种波动在对流层中上层十分明显。

高空槽和脊(姜世中等,2010)

波长较长、波幅较大、移动缓慢、维持时间较长的波动称为大气长波,在高空图上同等高线的波形相对应,等温线同样也呈现波形,一般情况下稍落后于等高线,具有冷槽、暖脊的温压场结构。槽前是暖平流,对应着大范围辐合上升运动和云雨区;槽后是冷平流,对应着大范围辐散下沉运动和晴朗天气。

高空气流影响地面风和气压(Frederick K.L.等,2017)

大气长波在发展过程中槽脊加强、振幅变大,逐渐演变成闭合系统,形成阻断高压和切断低压。

阻断高压简称阻高,是温压场比较对称的深厚暖性高压。西风带中大气长波不断加强,高压脊北伸,最终暖脊被冷空气包围,并与南面暖空气主体分离,形成闭合的高压区。阻塞高压占据范围很大,又很稳定,其存在阻碍西风气流和天气系统东移,引起西风气流分支和绕流。

阻塞高压形成过程(姜世中等,2010)

阻塞高压发生在暖空气活跃,冷空气也较强的区域和季节,最常出现在北大西洋东北部和北太平洋东部,以春秋季居多。阻塞高压控制下的天气一般是晴朗的,高压东部盛行偏北气流,有冷平流和下沉运动,天气以冷晴为主;西部盛行偏南气流,有暖平流和上升运动,天气较暖且多云雨。

切断低压是西风带长波槽不断加深、南伸,最终南端的冷空气被暖空气包围并与北方的冷空气主体脱离而形成的闭合低压,常与阻塞高压相伴形成,并位于其东南或西南侧,与阻塞高压一同构成大气环流中的阻塞形势。切断低压有时也会单独出现。

阻塞形势(周淑贞等,1997)

和阻塞高压类似,切断低压也大多发生在冷、暖空气都比较活跃的区域和季节,同样以春秋季居多。我国东北地区春末夏初出现的切断低压,称为东北冷涡。切断低压的东侧和东南侧有低层大气有冷暖空气交汇,常有锋面气旋出现,有云雨天气产生;西侧因有冷空气南下,常有冷锋出现。

(本节未完)

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