西风带高空天气系统课件.ppt

第十六章西风带高空天气系统,1.西风带中的大型扰动GO2.西风带中的中型扰动GO,1.西风带的大型扰动,由大气环流知识我门已经知道，在中高纬地区上空大气基本上是自面向东运行，称为盛行西风带、西风带中的气流并不是笔直的，常常产生南北方向的扰动。西风带上存在着大型扰动和中型扰动。大型扰动包括行星锋区、急流、大气长波、阻塞高压和切断低压等大型天气系。中型扰动包括短波槽、切变线和低空急流等天气尺度系统、这些扰动的发生、发展和消失，构成了中高纬度地区不同的环流形式，从而产生了各种天气过程地区。,一、行星锋区,在对流层中上层的等压面上。经常有弯弯曲曲地环绕着半球、宽度为几百公里、等温线密集的带状区域，通常称它为高空锋区（Upper-airFrontalZone），也称行星锋区（PlantaryFrontalZone）。行星锋区的北边，经常是并列着的若干个冷性气旋中心，它的南边则是几个分裂的暖性反气旋中心。所以，行星锋区实际是中高纬度冷气团与较低纬度暖气团之间的过渡区域。气旋和反气旋的活动与行星锋区有密切关系。它们的发生、发展一般都是在锋区上进行的。它们出现的最大频数、主要路径均与锋区的平均位置有关。,二、急流急流（JetStream）是风场的一个突出特征。它是一支范围狭窄的强风，带其中心轴向是准水平的，具有很大的风速以及风速的水平切变与垂直切变。按规定急流区的风速下限为30ms。通常急流长几千公里，宽几百公里，厚几公里。凡出现在对流层上层、对流层顶附近的平流层内的，称高空急流、高空急流与对流层低层的气旋与反气旋的生成、发展和移动有密切的关系；出现在700hp以下低层的，称为低空急流它与雷暴、飑线、龙卷等天气的发生有密切联系低空急流的风速较小，常达不到30ms的标准。西风带急流和行星锋区关系密切，通常两者是同时存在的在急流区下方是水平温度梯度很大的区域，即锋区的所在，也可以说急流是锋区在高层风场上的表现。图92表示极锋急流轴与气旋族的配置情况。,三、大气长波,大气长波是西风带行星锋区中的大型波动。在中高纬度地区的高空大气中，表现为大型的高空槽脊形式，称为长波它是组成大气环流的重要成员。大气长波活动在对流层中、上部和平流层下部，波长较长、振幅较大，具有移动慢、维持时间长的特点。长波波长)一般为50007000km，约60120个经距。围绕整个北半球常出现36个长波，以出现45个长波的情况为最多。长波振幅(波峰到波谷的南北距离的一半)一般为1020个纬距。长波的平均移动速度小于每日10个经距。有时很慢，呈准静止状态，甚至会向西倒退。其移动速度可根据长波波速公式计算：c=U-(L/2)2,式中c为长波移速(向东为正，向西为负)，U为平直西风速度，L为波长，=2cos/R(f=2sin为地转参数,为地球自转角速度，为纬度，R为地球半径)。长波一般可维持35天。由于长波的水平尺度可与地球半径相比，故亦称行星波。长波是对流层中、上部及平流层下部(700200hPa)的深厚系统，在等压面图上，等高线与等温线均呈波状形式，通常等温线的位相稍落后于等高线，有时二者重合，少数情况下等温线位相可超前些。由此可见，长波具有明显的“冷槽暖脊”的水平结构。一般来说，槽前为暖平流，对应着大范围辐合上升运动和降水区。槽后为冷平流，对应着大范围的辐散下沉运动，天气晴好。,大气长波与地面天气系统的关系,高空长波槽前对应地面气旋或气旋族，而气旋族中的每个气旋则分别与叠加在长波上的一个短波槽相对应。槽后则对应地面冷高压。这些对应的地面系统的移动多受高空大气长波气流的引导。实际天气分析表明，长波和短波可以相互转化。长波稳定时，天气过程变化较小。长波调整时，天气过程将发生剧烈变化，易导致预报失败。,四、阻塞高压和切断低压,1.阻塞高压(BlockingHigh)在西风带长波槽脊的演变过程中，当长波脊不断北伸时，高空暖脊与南方暖空气的联系会被冷空气切断，在脊的北边出现闭合的暖高压中心，称为阻塞高压。阻塞形势是整个大气环流演变过程中的特殊阶段，它的建立和崩溃，对其所控制的地区及其下游广大地区，甚至全半球的环流和天气过程，都会产生巨大影响阻塞形势的长时间维持会带来大范围的反常天气,具备以下三个条件的暖高压称为阻塞高压：具有闭合的暖高压中心，中心位置一般位于50N以北的较高纬度。闭合暖高压中心移动很慢，呈准静止状态，或向西倒退。即使向东移动，移动速度每日也不超过78个经距。同时，暖高压中心至少要维持3天以上。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，绕过高压后再重新会合，其分支点和会合点之间的距离一般要大于4050个经距,阻塞高压天气由于阻塞高压的存在，阻塞或抑制了上游系统的向东移动，这样就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，因此西来的高空波动或地面气旋被阻停滞并逐渐消弱，或者波动重新加强，新生，沿两分支急流移动。这样，在阻塞高压维持期间，可形成长时间的单调天气在阻塞高压直接控制地区的天气，一般是晴朗少云。阻塞高压的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，天气时阴时晴高压东部常有冷平流和下沉运动，天气以晴为主。高压西部，一般为暖平流和上升运动，天气较暖，多云雨。,2019/12/15,13,可编辑,2.切断低压(CutoffLow),在西风带长波槽脊的演变过程中，当槽不断向南加深时，高空冷槽与其北方冷空气的联系会被暖空气切断，在槽的南边形成一个孤立深厚的闭合冷性低压中心，称为切断低压。切断低压有两种表现形式：一种是无明显的阻塞高压与之同时并存，在切断低压北侧是近于平直的强西风带。另一种是有阻塞高压与之同时并存。切断低压一般在700hPa以上才有明显表现。在地面图上，一般只看到个冷性高压，找不到气旋的痕迹。在切断低压内，雨区一般出现在它东南部的下方。这是因为低层有冷暖空气交汇，地面常有锋面气旋波动发生。在低压区后部，由于冷空气不断南下，常有副冷锋或切变线生成，随之带来阵性降水天气。,切断低压形成过程中温压场演变示意图,阻塞高压形成过程中温压场演变示意图,切断低压一年四季均可出现，以春秋两季为最多。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。我国东北地区5、6月常有切断低压活动，称为“东北冷涡”。夏季它可造成东北地区持续数天的降性降水天气，冬季则带来阵雪和严寒天气。切断低压出现后，一般可维持23天或更长一些时间，其移速很慢。切断低压最常见的消失过程有两种；一种是它本身逐渐填塞，并缓慢自西向东移动，以后逐渐消失。另一种是当北方另有新鲜冷空气南下时，促使切断低压很快向东南方移动，冷空气迅速下沉，切断低压便不能再维持而很快消失。,2.西风带的中型扰动-短波,在中、高纬度对流层中、下层的西风气流里，经常有波长约20003000km的中型扰动中型扰动包括短波槽脊、切变线和低涡这些系统的水平尺度比起大型扰动要小得多，但对不同纬度间冷暖空气的交换起着明显的作用，是直接引起天气发生变化的重要天气系统。,一、短波槽,1短波槽概况短波槽多出现在平直西风气流上，自西向东移动，它的移动速度比长波槽脊的移速要快短波槽往往与锋面气旋、冷高压等天气系统的活动密切相联，可产生阴雨、暴雨、大风、雷暴、冰雹等天气，它是产生短周期复杂天气最活跃的系统之一。短波槽脊的振幅可相差很大，移动速度也各不相同。较小的振幅一般小于5个纬距，移速约为1015个经度天，较大一点的中等振幅的波动，振幅约为58个纬距，移速约为515个经度天。短波槽前为暖湿的西南气流，槽后为干冷的西北气流。通常，短波槽前对应地面低压，槽后对应地面冷高压,短波槽脊活动一年四季均可出现，以春季最为频繁。据统计，经过我国北部地区的短波槽脊，冬季12月平均每月46个，春季每月69个。南支西风波动一般每月67个，其中较强的有23个。在东亚上空，冬半年西风带南北纬度宽广，在20N以北地区都有西风带短波槽脊的活动夏季因西太平洋副热带高压位置偏北，因此短波槽脊的活动主要在35N以北地区。2影响我国和东部海区的短波槽由于青藏高原和山脉的影响，在我国西部地区经常有短波槽活动。按它们出现的地理位置可分为南支槽、西北槽、青藏(高原)槽。,二、切变钱(ShearLine),切变线一般是指在700hPa或850hPa低空中的风场不连续线。它近于东西走向，其两侧的温度梯度不甚明显，但具有明显的气旋式风切变。切变线一般都发生在中、低纬地区。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，即北段移动快，南段受西伸的副热带高压阻挡而停滞不前或前进缓慢，于是逐渐变成东北一西南走向的切变线。切变线也可以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，如图99所示,我国不少地区都有切变线活动，以春末夏初出现最多，其中最著名的是江淮切变线。它是造成初夏6、7月我国江淮流域到日本“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。江淮切变线通常是指在850hPa和700hPa上活动于25N35之间的近于东西走向(亦有少数南北走向)的具有气旋式风切变的不连续线。图99是常见的江淮切变线示意图。由图中可以看出，在风场上，江淮切变线北侧一般是偏东风，南侧是偏西风，具有明显的气旋式风切变。在气压场上，江淮切变线位于西风带小高压和伸向我国东南沿海的西太平洋副热带高压脊之间的近于东西走向的弱槽内。,在切变线上不仅具有气旋式的风向辐合，而且还经常出现风速水平辐合或气旋式扰动。因而气流水平辐合作用较强，有利于上升运动。同时，切变线南侧的西南气流又带来充沛的水汽，因而有利于云和降水的产生。雨区通常分布在700hPa切变线前与地面锋后之间的地带。江淮切变线的活动具有明显的季节性特点。受副热带高压季节性位移和西风带冷空气季节移动的影响，江淮切变线的活动范围，春季主要在长江以南，初夏徘徊于长江两岸及江淮流域，盛夏在淮河以北，9月又回到江淮流域。,三、低涡,在850hPa和700hPa图上经常可以看到，在不同地区出现范围几百公里的低涡(LowVortex)，它也是西风带中的一种短波系统。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。由于所在地区的自