天原笔记（3）气旋与反气旋

2023-08-20 19:47| 来源: 网络整理| 查看: 265

天原笔记（3）气旋与反气旋

根据《天气学原理和方法》课本总结，边复习边记下来，仅供参考，有缺漏或错误的请联系我改正，谢谢！用最人话的人话讲天原，侧重经验性结论，公式推导部分较少，结构清晰，看着轻松

超链接有系列文章的链接，每一个对应一章

文章目录天原笔记（3）气旋与反气旋系列文章链接汇总第一章：大气运动的基本特征第二章：气团与锋第三章：气旋与反气旋第四章：大气环流第五章：天气形势及天气要素的预报方程汇总篇一、气旋反气旋的特征1.定义2.强度3.分类气旋反气旋二.涡度和涡度方程1.涡度涡度表达式绝对涡度和相对涡度地转风涡度推导逻辑结论和性质 2.涡度方程相对涡度平流项地转涡度平流项涡度垂直输送项力管项（还不是很理解）散度项相对涡度*水平散度地转涡度*水平散度涡度方程的简化三.位势倾向方程1.相对涡度平流项物理解释 2.温度（厚度）平流项物理解释出现冷暖平流的位置 3.非绝热加热随高度变化项4.综述四.ω方程1.涡度平流随高度变化项2.温度平流的Laplace项3.非绝热加热的Laplace项4.综述五.温带气旋和反气旋1.温带气旋的发展动力因子（涡度因子）热力因子非绝热加热因子综述 2.温带气旋生命史波动阶段成熟阶段锢囚阶段消亡阶段 3.气旋再生定义副冷锋加入后再生气旋入海后增强两个锢囚气旋合并加强 4.气旋族定义六. 热低压1.形成机制2.活动规律3.深厚，浅薄系统七.东亚气旋和反气旋1.气旋南方气旋北方气旋路径和移速 2.反气旋范围路径和移速 3.蒙古气旋暖区新生类冷锋进入倒槽类（不是特别理解）副气旋族类（不是特别理解）蒙古气旋天气综述 4.江淮气旋静止锋波动生成气旋（经典气旋）倒槽锋生气旋（还不是很理解）经典气旋和倒槽锋生气旋的区别江淮气旋天气八. 爆发性气旋

系列文章链接汇总第一章：大气运动的基本特征

大气运动的基本特征

第二章：气团与锋

气团与锋

第三章：气旋与反气旋

气旋与反气旋

第四章：大气环流

大气环流

第五章：天气形势及天气要素的预报

天气形势及天气要素的预报

方程汇总篇

一、气旋反气旋的特征 1.定义气旋：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，北半球气旋做逆时针旋转反气旋：占有三维空间的，在同一高度上中心气压高于四周的大尺度涡旋，北半球气旋做顺时针旋转 2.强度气旋反气旋的强度一般用其中心气压值表示，气压值越低（高），则气旋（反气旋）越强平均而言，温带气旋和反气旋，冬强夏弱海上温带气旋强于陆地，海上温带反气旋弱于陆地 3.分类气旋按地理位置分为：温带气旋，热带气旋按热力结构和形成分为：无锋气旋，有锋气旋热带气旋属于无锋气旋，又称为台风或者飓风地方性气旋属于无锋气旋——由于地形的加热作用形成的热低压，基本不移动反气旋按地理位置分为：极地反气旋，温带反气旋，副热带反气旋按热力结构分为冷性反气旋（冷高压），暖性反气旋（暖高压）二.涡度和涡度方程 1.涡度涡度表达式

涡度表示质块速度的旋度在这里插入图片描述

绝对涡度和相对涡度

涡度>0——气旋式旋转涡度0,反气旋流场中R0,涡度>0,反气旋相反切变项：气旋式切变涡度>0,反气旋相反行星涡度的方向与地球自转方向一致，大小为自转角速度两倍地转参数f，北半球f>0,南半球f0,因此辐合——气旋性涡度产生；辐散——反气旋性涡度产生涡度方程的简化

由尺度分析，得到在这里插入图片描述

如果考虑大气是水平无辐散的，则又可以简化在这里插入图片描述

水平无辐散的大气中绝对涡度守恒

三.位势倾向方程倾向——就是局地变化涡度方程的水平辐散项不容易从天气图的位势高度上直观判断，因此需要把他转换成易于判断形势发展的位势倾向方程推导略在这里插入图片描述

Laplace算子处理后正比于原来的相反数，因此为了定性讨论，可以简化为在这里插入图片描述

1.相对涡度平流项

绝对涡度平流项为：相对涡度平流+地转涡度平流（短波而言相对涡度平流影响更大，这里只讨论相对涡度平流）在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

物理解释槽前：西南风——正涡度平流——气旋性增加——逆时针运动增强——地转偏向力向外——导致高层辐散——空气上升冷却——高层负变高——地面气流上升——地面减压脊前：东北风——负涡度平流——反气旋增加——顺时针运动增强——地转偏向力向里——高层辐合——空气下沉加热——高层正变高——气流下沉到地面导致加压槽脊线上：涡度的梯度为0，涡度平流为0，因此没有正负变高相对涡度平流项只能让槽脊系统移动，对强度没有改变 2.温度（厚度）平流项

第二项经过变换后等价于——温度平流随高度的变化在这里插入图片描述

暖平流随高度减弱——正变高冷平流随高度减弱——负变高一般温度平流随高度升高都是减弱的，因此不讨论温度平流随高度增强的情况物理解释

在这里插入图片描述

暖平流使气柱膨胀，气柱升高，高层正变高——高层辐散——地面减压冷平流使气柱收缩，气柱降低，高层负变高——高层辐合——地面加压出现冷暖平流的位置

在这里插入图片描述

槽上风向随高度逆转——冷平流脊上风向随高度顺转——暖平流温度平流主要作用于槽脊线上，使槽脊发展温度平流项改变槽脊系统强度，不能使其移动 3.非绝热加热随高度变化项

变换后等价于在这里插入图片描述

和冷暖平流随高度变化的物理意义相似

非绝热加热随高度减弱——下层加热强强——气柱升高——高层辐散——地面减压非绝热加热随高度增强——上层加热强——向下膨胀——气柱降低——高层辐合——地面加压因此当低压伴随强烈降水，潜热释放可以让上层持续辐散，低压更快地发展 4.综述

本人简化后用来定性判断的式子，更好记在这里插入图片描述

正相对涡度平流，高层有负变高，地面减压负相对涡度平流，高层有正变高，地面加压冷平流，高层负变高，地面加压暖平流，高层正变高，地面减压非绝热加热随高度减弱，高空正变高，地面减压非绝热加热随高度增强，高空负变高，地面加压结合那几张图理解记忆！相对涡度平流能使槽脊系统移动，不改变强度温度平流能使槽脊系统发展，不能使其移动，冷平流加强槽，暖平流加强脊当低压伴随强烈降水，潜热释放可以让上层持续辐散，低压更快地发展四.ω方程推导略在这里插入图片描述

1.涡度平流随高度变化项

在这里插入图片描述

正/负涡度平流一般随高度都是增加的，则随p增大，高度降低，正/负涡度平流是减小的涡度平流随高度增加（逆时针旋转程度增加），地转偏向力作用下辐散随高度增强，低层为了补偿，产生上升运动负涡度平流随高度增加（顺时针旋转程度增加），地转偏向力作用下辐合随高度增强，低层为了补偿，产生下沉运动在这里插入图片描述

槽前脊后有正涡度平流，涡度平流随高度增加——高层辐散——上升运动槽后脊前有负涡度平流，涡度平流随高度减少（负涡度平流随高度增加）——高层辐合——下沉运动 2.温度平流的Laplace项

变换后等价于在这里插入图片描述

冷平流有下沉运动暖平流有上升运动因此槽线上有冷平流——下沉脊线上有暖平流——上升物理意义还是这张图在这里插入图片描述

3.非绝热加热的Laplace项

变换后等价于在这里插入图片描述

非绝热加热区——上升运动非绝热冷却区——下沉运动 4.综述

本人简化的用于定性判断的式子在这里插入图片描述

正涡度平流使高层辐散，有上升运动负涡度平流使高层辐合，有下沉运动冷平流有下沉运动暖平流有上升运动非绝热加热上升非绝热冷却下沉五.温带气旋和反气旋 1.温带气旋的发展动力因子（涡度因子）

在这里插入图片描述

槽前脊后：有西南风——正涡度平流输送——逆时针旋转加强——向外的地转偏向力——高空辐散——气流上升冷却——高空负变高——地面减压——地面气流辐合——地面气旋加深槽后脊前：有东北风——负涡度平流输送——顺时针旋转加强——向内的地转偏向力——高空辐合——气流下沉加热——高空正变高——地面加压——地面气流辐散——地面反气旋加深高空是流场改变导致气压场改变地面是气压场改变导致流场改变涡度因子（动力因子）使地面系统发展，使高空系统移动热力因子

在这里插入图片描述

槽线上——冷平流输送——空气收缩下沉——高空等压面降低——气压梯度力作用下辐合——地面加压辐散脊线上——暖平流输送——空气受热膨胀——高空等压面升高——气压梯度力作用下辐散——地面减压辐合气旋中心处没有温度平流，温度平流对于地面系统的发展不起直接作用气旋后部，反气旋前部（槽线处）加压；气旋前部，反气旋后部（脊线处）减压——使得地面系统移动虽然热力因子不对地面系统强度大小有直接作用，但是可以使得高空槽脊系统发展，间接加强地面系统热力因子使地面系统移动，使高空系统发展，间接使地面系统发展非绝热加热因子

对于气旋如果有充足的水汽——凝结潜热释放——抵消一部分因为上升冷却的温度降低——气柱收缩减少——高层维持辐散——地面持续减压——地面上升运动增强

综述动力因子使高空移动，地面发展热力因子使高空发展，地面移动，间接使地面发展 2.温带气旋生命史波动阶段开始出现低压中心，比周围气压低2-3hpa，移动较快，地面摩擦小温度场落后于高度场气旋位于高空槽前，前方为暖平流，后方为冷平流热力因子使气旋移动动力因子使气旋加强气旋一边移动一边发展成熟阶段闭合等压线增多，比周围气压可以低10~20hpa，移动减速，地面摩擦加大温压场配置和波动阶段类似，但温度场与高度场有所接近锢囚阶段摩擦影响已成为主要因子暖空气被抬离地面，降水强度和范围加大，移速大大减慢，低压中心可以比周围低20hpa以上等高线和等温线夹角已经减小，温度平流减小气旋发展到最深阶段，移动缓慢，开始减弱气旋底层被冷空气控制，高层的温度对比仍然明显消亡阶段温压场接近重合地面气旋变为一个冷低压由于摩擦辐合使气旋填塞而消亡 3.气旋再生定义

再已衰亡的锋面气旋内如果有新的温度差异重新出现，锋面气旋又会重新发展起来，这个过程叫做气旋再生

副冷锋加入后再生气旋后部偏北气流将高纬度地区的新鲜冷空气带入，使气旋重新活跃起来气旋入海后增强海上的摩擦力影响小，同时暖海上非绝热加热影响——入海后发展两个锢囚气旋合并加强一个气旋锢囚后，移速变慢，开始减弱；后面的气旋也开始锢囚，但移速较快追上第一个，两者合并，气旋就可再度发展 4.气旋族定义

同一个锋系上同时出现几个不同发展阶段的气旋序列，成为气旋族（气旋手拉手）在这里插入图片描述

六. 热低压

一种无锋面气旋

1.形成机制地表受到太阳照射后增温不均——增温快的地方空气膨胀大——等压面向上突起——高空由于气压梯度力作用辐散——地面减压——地面在气压梯度力作用出现闭合的气旋性环流——热低压在这里插入图片描述

2.活动规律一般很少移动，尤其是地方性热低压，多在原地消失四季均可出现，一般出现在我国西北，沙漠，盆地地区 3.深厚，浅薄系统热低压：浅薄热高压：深厚冷低压：深厚冷高压：浅薄七.东亚气旋和反气旋 1.气旋南方气旋对应东亚南支锋区范围：北纬25-35，东经70-140，我国江淮流域，东海，日本南部海面以降水为主种类：江淮气旋，东海气旋北方气旋对应东亚北支锋区范围：北纬45-55，东经70-140，在黑龙江，吉林，内蒙交界产生最多伴随大风，降温，降水量小种类：蒙古气旋，东北气旋，黄河气旋，黄海气旋路径和移速锋面气旋移动方向腌对流层气流方向移动日本以东或东南方向的洋面移动我国东北地区朝鲜，日本北部地带平均30-40km/h,夏季慢冬季快，初生阶段快 2.反气旋范围从蒙古西部到我国河套地区呈西北——东南方向的狭长地带内反气旋出现聘书最高路径和移速

在这里插入图片描述

3.蒙古气旋

四季均可出现，春秋季最多形成分为三种

暖区新生类

锋面气旋三要素：低压，冷锋，暖锋

低压：西伯利亚发展很深的气旋其南段受到地形阻挡，在背风坡暖区形成低压冷锋：西边冷空气越山后进入低压，形成冷锋暖锋：在东移的高空槽前暖平流作用下，形成暖锋冷锋进入倒槽类（不是特别理解）低压：暖性倒槽向北发展形成低压冷锋：西边冷空气越山后进入低压，形成冷锋暖锋：在东移的高空槽前暖平流作用下，形成暖锋副气旋族类（不是特别理解）低压：两股冷空气的嵌形作用冷锋：西边冷空气越山后进入低压，形成冷锋暖锋：在东移的高空槽前暖平流作用下，形成暖锋蒙古气旋天气大风——沙尘暴，吹雪降温——寒潮，霜冻，降雪降水少综述有利的地形或暖的下垫面——出现低压高空槽前暖平流——暖锋冷锋越山——冷锋三要素凑齐形成蒙古气旋 4.江淮气旋静止锋波动生成气旋（经典气旋）当江淮流域有近似东西向准静止锋，如果上空有短波槽从西部移来低压：高空槽前正涡度平流的减压作用暖锋：准静止锋东段转为暖锋冷锋：准静止锋西段转为冷锋在这里插入图片描述

倒槽锋生气旋（还不是很理解）低压：西南倒槽发展东伸暖锋：倒槽东部出现暖式风切变冷锋：小槽东移，冷锋进入倒槽经典气旋和倒槽锋生气旋的区别经典气旋开始就存在明显的锋面，由于高空有扰动发展成气旋倒槽锋生气旋起初没有明显锋面，但高空有明显的槽，由于冷锋进入倒槽，暖锋锋生，才有明显的锋区经典气旋发生在冷高压南部倒槽锋生气旋发生在倒槽中经典气旋有明显的东，西风切变倒槽锋生气旋有西南风，东南风切变江淮气旋天气强降水夏季暴雨八. 爆发性气旋中高纬度地区气旋发展到24h气压降低24hpa以上，或12h气压降低12hpa以上的气旋可以称为爆发性气旋，天气变化激烈，辐合很强，可生成灾难性天气爆发性气旋主要发生于冬春季，夏秋季极少冬春季西风急流偏南，易受青藏高原阻挡使气流分支，在东亚沿岸或日本上空汇合，急流中心位于日本附近上空绝大多数爆发性气旋形成于高空西风急流出口区左侧，少数形成于入口区右侧

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