气象学多媒体讲义第十七章

第十七章西风带高空常见天气系统西风带中扰动大致分为两类：大型扰动－－大气长波、阻塞高压、切断低压和高空急流等大型天气系统；中型扰动――短波槽、切变线和低涡等天气尺度系统。第一节西风带大型扰动一、大气长波（AtmosphericLongWave）1、定义――波长较长、振幅较大、移动缓慢、维持时间较长的波动；活动在对流层中、上部和平流层下部，是西风带行星锋区中的大型槽脊扰动，故又称为行星波或罗斯贝波。长波波长指两条相邻槽线或脊线之间的东西距离，一般为60～120个经距，因此围绕中高纬纬圈可出现3～6个长波，北半球以4～5个长波的情况为最多；振幅一般为10～20纬距；平均移速在10个经距/日以下，有时很慢，呈准静止状态，甚至会向西倒退。长波一般可维持3～5天。2、天气图上的结构表现大气长波在高空等压面图上同等高线的波状流型相对应，波谷对应于低压槽，波峰对应于高压脊，波状流型自西向东移动表现为“槽来脊去”的特征。由于高空的等温线也呈波状分布，通常等温线的槽脊位相落后于等高线，因此长波具有明显的“冷槽暖脊”的水平结构：一般槽前盛行暖平流（北半球SW风），对应着大范围的辐合上升运动，有利于地面低压的形成和发展，有降水区出现：长波槽前对应地面气旋或气旋族出现，且气旋族中的每个气旋分别与叠加在长波上的一个短波槽相对应）；槽后为冷平流（北半球NW风），对应着大范围的辐散下沉运动，地面上常有较强的冷高压存在，天气晴好。这些对应的地面系统的移动多数受高空大气长波气流的引导：北半球，槽前的地面低压受高空西南风的引导向东北方向移动，槽后的冷高压受高空西北风引导向东南方向移动；南半球，槽前的地面低压向东南方向移动，槽后的冷高压向东北方向移动。3、长波与大气环流的关系当长波处于稳定状态时，大型环流很少变动，天气过程按一定型式发展，天气预报比较准确。当长波波数发生变化或长波进行更替（长波调整）时，大型环流发生变动，天气过程将发生剧烈变化，易导致预报失败。二、阻塞高压（BlockingHigh）1、定义――西风带的长波脊向高纬度伸展加强，高空暖脊与低纬暖空气的联系会被冷空气切断，在脊中出现闭合的暖高压环流中心，若具备下述三个条件，则称之为“阻塞高压”，简称“阻高”：①具有闭合暖高压中心，中心位置一般位于50N以北。②闭合暖高压中心能维持3天或更长时间，在维持期间，移动缓慢，或呈准静止状态，或向西倒退。即使东移，移速不超过7～8个经距/日。③在阻塞高压区域内，西风急流的主流显著减弱。同时急流在阻塞高压西侧分为南北两支，绕过高压后在高压东侧再会合起来，其分支点和会合点之间的距离一般要大于40～50个经距。2、季节和地理特点阻高在北半球集中于55～65N带中，出现在北大西洋、欧洲沿岸（70W～40E）、乌拉尔山、雅库次克至鄂霍次克海一带（120E～120W）和北太平洋东部（包括阿拉斯加）。阻塞形势的出现率一般冬半年大于夏半年。在欧洲，阻塞高压一般可维持到20天左右，至少也在5天以上；在亚洲，平均为8天，最短为3～5天。3、天气特点阻塞高压是高空深厚的暖性高压系统，阻塞形势的建立和崩溃，对广大地区甚至全半球的环流、天气过程都会产生巨大的影响。受阻高内部控制的地区，天气一般多晴朗少云；阻高东部常有冷平流和下沉运动，天气以晴为主；阻高西部因有暖平流和上升运动，天气较暖多阴雨；阻高南北两侧则为较平直的西风气流，其中常伴有小波动向东传播，时有小股冷空气活动，天气时阴时晴。阻高建立和维持期间，阻塞或抑制了（西部）上游系统的东移，破坏了西风带波动的正常活动。由于西风带被分为南北两支，则西来的高空波动或地面气旋被阻滞并逐渐消弱，或波动重新加强、新生，沿南北两分支急流移动，从而造成某地区长时间的单调天气。阻高维持时间过长或过短，都能造成大范围反常天气。当阻高崩溃时，阻高下游的冷空气在西北气流引导下迅速南侵，会爆发一次寒潮天气过程，出现严寒的风、雪天气。三、切断低压（Cut-offLow）1、定义西风带长波槽不断向低纬加深时，高空冷槽与北方冷空气的联系被暖空气切断，在槽中形成具有闭合环流和冷中心的深厚低压系统，称为切断低压（图17－3）。一般在700hPa以上等压面图上才有明显表现，在300hPa图上最清楚。在地面图上，则往往有一个冷性高压与之对应。一般可维持2～3天或更长一些，移速缓慢。2、季节特征大多发生在春、秋两季，北美和西欧地区出现的频率最大，太平洋、大西洋和亚洲大陆上空也有切断低压形成。我国春末夏初也常有冷切断低压活动，尤其是东北地区，在5、6月份最为常见，称为“东北冷涡”，夏季它可造成东北地区持续数天的阵性降水天气，冬季则带来严寒天气。3、天气特点切断低压内的不同部位，天气特征各不相同。其前部（东南侧），因低层有冷、暖空气交汇，常发生锋面气旋波动，故云雨区多出现在切断低压东南部的下方。切断低压后部（西侧），由于有冷空气不断补充南下，常有副冷锋或切变线生成，随之带来阵性降水天气。四、急流（JetStream/Current/Flow/Streak）（一般性了解）1、定义――高空风场中一股强而窄的气流带，其中心最大风速在对流层上部必须不低于30m/s，风速水平切变达到5m/s·100km，垂直切变达到5～10m/s·km。急流轴――急流中风速最大点的连线（急流中心的长轴），多呈东西走向，准水平的急流轴上可以有一个或多个风速的极大值中心。2、分类――温带急流（又称极锋急流、北支急流）、副热带急流（又称南支急流）和热带东风急流。其中极锋急流、副热带急流是影响中高纬度地区的急流，称为西风急流。3、西风急流西风急流与水平温度梯度很大的锋区相对应，是锋区在高层风场上的表现，特别是极锋急流的主要急流中心都与主要的罗斯贝长波槽联系在一起，因此高空急流与对流层低层的锋面或气旋的生消演变和移动有密切关系。具有丰富经验的航海者，在北太平洋或北大西洋航行时，常尽量避开在高空急流带下方海域航行，不得已时也尽可能缩短沿急流下方海域的航程。4、低空急流对流层600hPa以下也常出现强而窄的气流带，虽然其中心最大风速、风速的水平切变和垂直切变可能都达不到高空急流标准，但它与雷暴、飑线、龙卷等剧烈天气有关，故被称为低空急流。低空急流一般为西北～西南气流或偏南气流，少数为南～东南气流，平均最大风速在16～25m/s，在850hPa等压面图上风速达12m/s或以上的气流带即算作急流区。第二节西风带中型扰动一、短波槽1、与长波槽的比较短波槽的波长约为2000～3000km，比长波短，但移速比长波槽快，自西向东移动，振幅大的移速慢，振幅较小的移速快。短波槽维持时间短，又常与锋面气旋、冷高压等天气系统的活动密切相关，可产生阴雨、大风、暴雨、雷暴、冰雹等天气，因此它是使天气发生短周期复杂变化的最活跃的系统之一。2、结构（北半球）短波槽一般也有温度槽配合，当温度槽落后于高度槽时，北半球槽前盛行暖湿的西南气流，通常地面有低压对应出现；槽后盛行干冷的西北气流，地面常对应出现冷高压。因此每次短波槽的活动均可引起低层大气中冷暖空气的南北交换，并带来相应的阴雨、降温或大风天气过程。3、季节和地理特征短波槽一年四季均有出现，以春季最为频繁。在东亚上空，冬半年在20N以北地区都有西风带短波槽活动；夏季，主要在35N以北地区。二、切变线（ShearLine）1、定义――指在700hPa或850hPa低空风场中风向或风速的不连续线。在其两侧温度梯度很小，但风的气旋式切变很明显（图17－5），因而水平气流辐合强，利于上升运动发生，易产生云雨天气，甚至可产生强烈的雷阵雨和阵性大风。切变线大多发生在中、低纬地区，近于东西走向（少数南北走向）。多数是由于西风带中的短波槽在东移过程中，南北段移速不一蜕变而成，或在两个高压之间形成，如北侧是西风带小高压，南侧是副热带高压脊，它们之间在风场上构成切变线（图17－6）。2、江淮切变线江淮切变线活动在青藏高原以东、25～35N之间，一年四季均可出现，春末夏初最多，它是造成初夏6、7月份我国江淮流域到日本的“梅雨”天气的主要系统，对我国东部地区以及渤海、黄海和东海的天气都有较大影响。江淮切变线北侧一般是偏东风，南侧是偏西风，两种气流之间构成明显的气旋式风切变；在切变线南侧地面图上，常有准静止锋或冷锋配合。切变线西段有利于低涡的生成，低涡常沿切变线东传。因此江淮切变线有利于云和降水的产生，雨区常分布在700hPa切变线与地面锋后之间的地带。大多数的江淮切变线过程都能带来暴雨。受副高和冷空气季节性移动的影响，江淮切变线的活动纬度有明显的变化。4月份切变线主要活动在长江以南，5月份徘徊于长江两侧，6月进至长江与淮河之间，7月到达淮河以北，8月上、中旬常向北越过35N，8月下旬至9月份，又返回到江淮流域。三、低涡（一般性了解）在中纬度的中、低层大气中，还常出现由西风带中的短波发展而成的一种强度较弱、范围较小的冷性低压，一般称为低涡（LowVortex）或冷涡。它们在850hPa和700hPa等压面图上比较明显。在我国通常按其产生地区分别称为西南涡、西北涡、华北涡等。出现在我国西南地区上空700hPa或850hPa图上，直径为300～500km，具有气旋性环流的小低压，称为西南涡。在地面图上西南涡有时表现为一个闭合低压，有时表现为一个向西或向西南开口的倒槽。西南涡生成后，大多在原地消失，只在源地附近引起阴雨天气。但当它发展东移时，雨区扩大，降水强度增加，还常诱导地面气旋（江淮气旋）的发生、发展，造成长江中下游地区大范围的暴雨天气，东移入海后会使海上出现恶劣天气和海况。