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更新時間: 2013-09-24

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氣旋(cyclone)是指北(南)半球,大氣中水平氣流呈逆(順)時針旋轉的大型渦旋。在同高度上,氣旋中心的氣壓比四周低,又稱低壓。它在等高面圖上表現為閉合等壓線所包圍的低氣壓區,在等壓面圖上表現為閉合等高線所包圍的低值區。氣旋近似於圓形或橢圓形,大小懸殊。小氣旋的水平尺度為幾百公里,大的可達三、四千公里,屬天氣尺度天氣系統。氣旋中,天氣常發生劇烈的變化,是人們最關心和最早研究的天氣系統。

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氣旋2003年在冰島附近出現的一個溫帶氣旋
氣旋(cyclone)是指北(南)半球,大氣中水平氣流呈逆(順)時針旋轉的大型渦旋。在同高度上,氣旋中心的氣壓比四周低,又稱低壓。它在等高面圖上表現為閉合等壓線所包圍的低氣壓區,在等壓面圖上表現為閉合等高線所包圍的低值區。氣旋近似於圓形或橢圓形,大小懸殊。小氣旋的水平尺度為幾百公里,大的可達三、四千公里,屬天氣尺度天氣系統。氣旋中,天氣常發生劇烈的變化,是人們最關心和最早研究的天氣系統。

1 氣旋 -研究史

氣旋氣旋現象
早在19世紀60年代,人們就發現並開始研究溫帶氣旋的結構和活動規律。英國氣象局首任局長R.菲茨羅伊,根據H.W.多沃的見解和自己在航海過程中所積累的資料,於1863年首次提出溫帶氣旋和反氣旋地區的地面氣流結構。1878年,R.艾伯克龍比結合氣壓場給出了一個氣旋天氣圖模式,將氣壓形勢和天氣結合在一起。20世紀初期,英國氣象學家N.肖提出了反映氣旋中氣流切變和風暴特徵的氣旋模式,並將降水分佈同氣流聯繫起來。1918年和1921年,挪威學者J.皮耶克尼斯和H.索爾貝格提出了新的氣旋模式和氣旋生命史模式,首次將氣團、鋒、氣壓場和天氣分佈有機地結合在一起。挪威學派的這些成果,一直被氣象界廣泛採用。30年代,J.皮耶克尼斯和芬蘭學者E.H.帕爾門等,根據高空探測資料,對溫帶氣旋和鋒面的三維結構作了很多研究。40年代末至50年代初,帕爾門進一步將氣旋族和長波聯繫起來,確定了溫帶氣旋和高空大氣長波的關係。這些結論,已為60年代的衛星雲圖所證實。

氣旋分類的方法很多,通常按氣旋形成和活動的主要地區或熱力結構進行分類。按地區不同,可分為溫帶氣旋、熱帶氣旋和極地氣旋性渦旋(見極地氣象學)等;按熱力結構的不同,可分為冷性氣旋和熱低壓等。溫帶氣旋大多數屬鋒面氣旋。熱帶氣旋和地方性熱低壓屬暖性低壓。發生在熱帶洋麵上強烈的氣旋性渦旋,當其中心風力達到一定程度時,就稱為颱風或颶風;當其移入溫帶后,將逐漸具有溫帶氣旋的特色。

2 氣旋 -鋒面氣旋

鋒面氣旋是由鋒面上的波動產生的,多發生於溫帶的極鋒(極地氣團和熱帶氣團的交界面)之上,這種波動也稱氣旋波。溫帶地區的降水大部分同鋒面氣旋有關,氣旋活動的頻次、強弱對人類最密集的溫帶地區的經濟和社會活動有重要的影響,因此它是最受重視的天氣系統之一。

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3 氣旋 -生命史

氣旋熱帶氣旋
鋒面氣旋由鋒面上的波動沿著鋒面傳播發展而生成,其生命史可分為四個階段:①初生階段。當冷鋒移動緩慢或趨於靜止時,鋒上出現小波動,即氣旋波,在波動前方暖空氣向冷空氣方向移動,形成暖鋒;在波動的後方冷空氣向暖空氣方向移動,形成冷鋒,故圍繞著波動產生了氣旋型的環流,環流中心氣壓下降,形成低壓中心。②成熟階段。隨著氣旋性環流的加強,中心氣壓不斷下降,且氣旋的暖區越加明顯。在此階段,由於暖空氣沿冷鋒和暖鋒上升,水汽因膨脹冷卻而凝結,出現系統性的雲系和降水。③錮囚階段。通常由於冷空氣中的風速較強,冷鋒比暖鋒移動得快,最後冷鋒趕上了暖鋒,這時冷鋒后和暖鋒前的冷空氣相合,而冷鋒前和暖鋒后的暖空氣則被抬升到高空。這種過程稱為錮囚過程。在鋒的北段,冷鋒和暖鋒相合的鋒面,稱為錮囚鋒。此時的氣旋環流最強,中心氣壓最低,稱為錮囚氣旋。④衰老階段。當氣旋中心被來自各方的冷空氣所佔據時,氣旋就進入衰老階段,這時氣旋的環流減弱,氣壓升高,範圍擴大,在對流層下部變成溫差較小的大冷渦。當暖空氣被抬升到更高層之後,上升運動減弱,雲雨也隨著減少。氣旋的發展過程,除最後的衰老階段比較緩慢之外,一般在一兩天之內就可完成。

在中國還有一種與上述典型的氣旋生命史稍不同的氣旋。在氣旋出現之前,地面先有暖性倒槽或熱低壓,冷鋒從其西北方逐漸移入槽中,同時在倒槽中由於鋒生作用產生暖鋒,當冷鋒進入倒槽與新生暖鋒銜接時,在接合處,氣壓下降,有氣旋性閉合環流生成,形成鋒面氣旋。

在氣旋發展過程中,地面氣旋始終處於高空氣壓槽的前方,同高空鋒區和急流相對應。在氣旋發展的初期,高空槽、高空鋒區和急流軸的波幅都很小,氣旋位於高空槽前部、鋒區和急流的南側。隨著氣旋的發展,高空槽加深,高空鋒區和急流軸的波幅增大,氣旋位置向高空槽、鋒區和急流接近。到氣旋的錮囚階段,高空槽發展成冷低壓,急流軸的波幅更大,地面氣旋中心也從急流軸的南方移到北方,和高空冷低壓重合。

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4 氣旋 -機制

氣旋圖中所見是熱帶氣旋的典型
地面氣旋中心及其前方,低層氣流輻合,高層輻散,盛行上升運動。當高層輻散大於低層輻合時,氣壓下降,氣旋加深;反之,氣壓上升,氣旋就被填塞。因此對流層上部的強烈輻散,是氣旋發生和發展的重要條件。對流層上部低壓槽的槽前為輻散區,槽後為輻合區,特別是當有一支急流由槽后流向槽前時,輻散量、輻合量將加大,在急流軸上,氣塊的渦度變化尤為強烈,輻散量和輻合量更大。這可用渦度方程(見大氣動力方程)加以說明:槽前的氣塊由南向北移,由氣旋式渦度變到反氣旋式渦度,渦度減小,氣塊產生水平輻散;槽后的氣塊由北向南移,由反氣旋式渦度變到氣旋式渦度,渦度增加,氣塊產生水平輻合。所以在氣旋發展初期,當伴有急流的高空短波槽移到地面鋒區上方時,對應於槽前位置的鋒面往往出現顯著降壓現象,並有氣旋生成。隨著高空槽發展,地面氣旋和反氣旋也得到發展。當高空槽加深而形成冷低壓時,則沿高空氣流方向的空氣塊就具有同等大小的氣旋式渦度。這時,氣塊在移動過程中渦度變化很小,因此不會產生大量的輻散,地面氣旋也就減弱衰老以至消亡。在高空槽后,也由於渦度變化很小而不產生大量的輻合,使地面反氣旋的生成發展也減弱。

氣旋發展的能量來源於溫度對比很大的鋒區所積蓄的位能(見大氣能量),在暖空氣上升和冷空氣下沉過程中,位能釋放而轉換為動能,這有利於氣旋的發生和發展。由於氣旋區域的空氣和周圍空氣發生交換,所以能量轉換過程是非常複雜的。

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5 氣旋 -氣旋族

氣旋氣旋族

 在發展完善的鋒面氣旋的極鋒上,當受到擾動時,會產生新的氣旋波,它將繼續按鋒面氣旋生命史發展。同樣,在新產生的氣旋的冷鋒上,又可產生氣旋波。這樣,在一條極鋒上出現的氣旋波往往可達三四個之多,它們形成一串氣旋,即稱氣旋族。氣旋族的東南方為副熱帶高壓,其西北方為極地冷高壓,整個氣旋族位於高空長波槽的前部,並受長波氣流的引導,由西南向東北方向傳播。環繞整個半球的高空西風帶上,一般有4~5個長波,對應於地面也有4~5個氣旋族。

在溫帶地區,有時在一條鋒上會出現一連串的氣旋,沿鋒線順次移動,最先一個可能已經錮囚,其後跟著一個發展成熟的氣旋,再後面跟一個初生氣旋等等。這種在同一條鋒上出現的氣旋序列,稱為氣旋族。   

中國境內出現較少,單個氣旋入海后在海上常有氣旋族發展,歐洲單個氣旋較少,而氣旋族卻常見。在中緯度的高空,象鎖鏈一樣的氣旋一個挨著一個,首尾相接,一直延伸到高緯度地區,景色非常美麗壯觀。 每一族的氣旋個數不等,多達5個,少則2個。一般北半球常有四個氣旋族同時存在。每一個氣旋族都與一個高空大槽相對應,而氣旋族中的每一個氣旋都和大槽槽前的一個短波槽相對應。中國東北低壓、蒙古氣旋、黃河氣旋、江淮氣旋和東海氣旋等,都屬於溫帶氣旋。它們的活動對東北、華北地區和江淮流域的天氣有很大的影響。

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6 氣旋 -熱低壓

對流層下部的暖性氣旋。按靜力學關係(見大氣運動的平衡狀態)氣壓隨高度而減小,但暖性氣旋中心的氣壓遞減率遠遠比四周大氣的小,因此熱低壓隨高度迅速減弱,熱低壓的上空,即對流層中部已為暖高壓所取代,所以熱低壓是較淺薄的天氣系統。熱低壓主要於夏季發生在大陸上,是由於日照強烈,使對流層下部空氣變暖而形成的,所以熱低壓具有地方性的特點。夏季在印度北部對流層下部的南亞低壓以及在土耳其和中國西部經常出現的準定常熱低壓。

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7 氣旋 -切斷低壓

對流

氣旋氣旋
層中部和上部的冷性氣旋。按靜力學關係,冷性氣旋中心氣壓隨高度減小的程度,遠比四周為大,所以冷性氣旋隨高度而加強,是比較深厚的系統。它是在對流層中上部低壓槽南端的冷空氣堆急速南下的過程中,被兩側暖空氣從北面的冷區主體中切斷而形成的冷低壓,有時簡稱冷渦。在發展完善的冷低壓區,鋒區和急流都環繞著低壓中心,呈閉合形式。低壓的低層一般為冷高壓,當低壓發展得很強時,低層也可出現氣旋。切斷低壓區盛行上升氣流,最強上升運動在其東部,一般東部多雨,西部晴好。切斷低壓比較穩定,可持續幾天,有時甚至可維持十幾天,在此期間有向西南方緩慢移動的趨向。一旦低壓區出現較強下沉運動,或因和四周暖空氣混合,失去了冷堆結構,就迅速消失。切斷低壓具有地區性和季節性的特點,多出現在美洲和歐洲地區,春秋較多,這些都同該時該地的暖空氣較為活躍有關。中國典型的切斷低壓比較少見,唯在東北地區,夏季常見一種冷渦,很類似於切斷低壓。這種冷渦雖然環流弱,範圍小,但常產生暴雨天氣。

大氣中的冷、暖空氣被切斷的過程往往相互進行,冷空氣可以為暖空氣切斷,暖空氣也可為冷空氣切斷。在切斷低壓的東北部和西北部,常有被切斷出來的閉合暖高壓,這就是阻塞高壓。切斷低壓和阻塞高壓均穩定少動,對上游東移的天氣系統起著阻塞的作用。

 

 

氣旋的影響
  鋒面氣旋系統對原有的單一天氣系統控制下的天氣產生的影響,    由於氣流從四面八方流入氣旋中心,中心氣流被迫上升而凝雲致雨,所以氣旋過境時,雲量增多,常出現陰雨天氣,即氣旋雨。在鋒面天氣系統中,無論冷鋒還是暖鋒,鋒面上方的暖氣團都是沿鋒面抬升的,都將形成有雲和降水的天氣,即鋒面雨。當兩種系統結合在一起形成鋒面氣旋后,將輻合成更強烈的上升氣流,天氣變化將更為劇烈,往往會產生雲、雨甚至造成暴雨、雷雨、大風天氣。   在圖中,冷鋒和暖鋒的降水區域會略有不同。因冷氣團密度大於暖氣團,冷氣團始終位於暖氣團之下,鋒面始終倒向冷氣團一側,降水區域總是位於鋒面的冷氣團的一側,圖中在CD前方會形成寬闊的暖鋒雲系和相伴隨的連續性降水天氣,在AB後方會形成狹窄的冷鋒雲系和降水天氣。氣旋中部(冷鋒雨區與暖鋒雨區之間)則是單一暖氣團控制下的晴好天氣。


鋒面氣旋的發展
  鋒面氣旋也有它的發生,發展和消亡的過程。對鋒面氣旋常有兩種認識:一種認為是有封面(准靜止鋒活冷鋒)發生擾動,逐漸形成低壓中心,演變而成鋒面氣旋,可以簡單理解成現有鋒面,再形成氣旋;另一種認為是地面低壓先形成,進而產生鋒面,發展成為鋒面氣旋。兩種鋒面氣旋在起始發展條件上雖然有一定的區別,但是在形成以後,發展過程卻十分相似。
相關術語
  氣旋:氣旋又稱為低氣壓氣旋。佔有三度空間的、在同一高度(等壓面)上,具有閉合等壓(高)線,中心氣壓(高度)低於周圍的大型渦旋。在北半球,空氣作逆時針旋轉;在南半球其旋轉方向則相反   反氣旋:反氣旋又稱高氣壓。氣旋和反氣旋是一個系統的兩個方面。  氣旋
江淮氣旋:是指出現在江淮地區的氣旋。   東北氣旋:又稱東北低壓。活動於中國東北地區的氣旋。是影響中國的重要天氣系統之一。   鋒面氣旋:亦稱極鋒氣旋、波動氣旋、斜壓氣旋。產生於溫帶極鋒發展中的波動上強烈斜壓性氣旋。中國有由鋒面進入低壓槽、淺低壓或颱風后發展成為鋒面氣旋的。   冷渦:冷性低渦的簡稱。中心冷於四周的渦,其強度隨高度的增加而增強。   東北冷渦:活動於中國東北地區或其附近的高空大型冷渦。它是能夠維持3-4天或更長時間的深厚系統。   西南低渦:亦簡稱西南渦。在西藏高原及西南地區特殊地形和一定環流共同作用下,產生於中國西南地區。
氣旋與反氣旋的判斷
  遵守螺旋定則,南半球用左手,北半球用右手。大拇指的指向是氣旋中心空氣的上下,四指的指向是該天氣系統的旋轉方向。

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