大气科学概论-第五讲(气旋与反气旋

1、大气科学概论,第一讲 概述以及大气的基本知识 第二讲 大气运动的基本规律 第三讲 气候变化与全球变暖 第四讲 关于气团和锋的介绍 第五讲 气旋与反气旋（热带气旋） 第六讲 海气相互作用的产物厄尔尼诺 第七讲 台风（热带气旋） 第八讲 天气预报简介,课程内容,第五讲 气旋与反气旋,第一节 气旋与反气旋 第二节 涡度的概念,大气的涡旋运动,龙 卷 风,第一节 气旋与反气旋,各种尺度的气旋与反气旋是造成大气中千变万化的天气现象的重要天气系统。 气旋一般对应辐合上升运动，而反气旋一般对应辐散下沉运动，所以气旋通常象征阴雨天气，而反气旋象征晴好天气。,大尺度低压中三力的平衡 G：气压梯度力；A：科氏力；

2、C：惯性离心力,大尺度高压中三力的平衡,梯度风,风在运动时，除气压梯度力、地转偏向力作用外，还要受到惯性离心力的作用，当三个力作用平衡时，有效分力为零，风沿等压曲线作惯性等速曲线运动，这就是梯度风。,0=气压梯度力+地转偏向力+惯性离心力,1. 定义： 气旋：气旋是占有三度空间的，在同一高度上中心气压低于四周的大尺度涡旋。气旋中的空气在北（南）半球逆（顺）时针旋转。 反气旋：反气旋是占有三度空间的，在同一高度上中心气压高于四周的大尺度涡旋。反气旋中的空气在北（南）半球顺（逆）时针旋转。,definition of cyclone and anticyclone,气旋示意图,低气压和气旋是同一种

3、天气系统的两种不同称谓。,地面天气图示意图，箭头表示风的去向,高空天气图示意图，箭头表示风的去向,地面天气图模式,气压梯度力的作用下，空气由高压流向低压。,上 升,北半球的气旋,逆时针辐合,云雨天气,低压（气旋）,下 沉,北半球的反气旋,晴朗天气,高压（反气旋）,顺时针辐散,高气压与低气压,北半球气旋和反气旋图示意图，箭头表示风的去向,2、气旋和反气旋的水平尺度 气旋、反气旋的水平尺度以最外围的闭合等压线的直径长度来表示。 气旋：10003000km，小的也有数百千米。 反气旋：水平尺度一般比气旋大。大的占据整个亚洲大陆的3/4，小的直径仅数百千米。,3、气旋和反气旋的强度： 一般用其中心气压

4、值来表示； 气旋中心气压值越低，气旋越强 反气旋中心气压值越高，反气旋越强 气旋：9701010hPa；反气旋：10201030hPa 平均而言，海上的气旋强于陆上的，陆上的反气旋强于海上的。,4、气旋和反气旋的分类 气旋,地理：,热力：无锋气旋 锋面气旋,反气旋,热力：冷性和暖性反气旋,地理：极地、温带和副热带反气旋,热带气旋 地方性气旋 锋前热低压,热带气旋 (Tropical Cyclone) 温带气旋 (Extra-tropical Cyclone),Frontal Cyclone,锋面气旋,地面天气图,850hPa (hecto-Pascal )高空图,5. 低压（气旋）和高压（反气

5、旋）系统 （1）低压、高压与气旋、反气旋的区别,低气压中心气压值低于四周 高气压中心气压值高于四周 气旋象江河中的旋涡，气流由四周向中心旋转运动 反气旋与气旋相反，气流由中心向四周旋转流出。,请问：低气压、高气压与气旋、反气旋的区别 ？,低气压、高气压 是对天气系统气压状况的描述,气旋、反气旋 是对天气系统气流状况的描述,为什么说低压或气旋、高压或反气旋分别是对同一个天气系统的不同描述呢？,低,高,水平气压梯度力,根据水平气压梯度力、地转偏向力、摩擦力，画出实际风向。,气旋,反气旋,低,高,气旋,反气旋,高低压系统的垂直平面,高、低层之间，辐散和辐散的配置情形,在低层大气里，特别是在近地面附近

6、，风向与等压线斜交，所以气旋在北半球是一个按逆时针方向旋转向中心汇集的气流系统；在南半球是按顺时针方向旋转向中心汇集的气流系统。,由于气流从四面八方在气旋中心相汇，必然产生上升运动，气流升至高空又向四周流出，这样才能保证低层大气不断地从四周向中心流入，气旋才能存在和发展。所以气旋的存在和发展必须有一个由水平运动和垂直运动所组成的环流系统。因为在气旋中心是垂直上升气流，如果大气中水汽含量较大，就容易产生云雨天气。所以每当低气压（或气旋）移到本区时，云量就会增多，甚至出现阴天降雨的天气。,在低压层大气里，特别是在近地面附近，因为反气旋的气流是由中心旋转向外流动。所以，在反气旋中心必然有下沉气流，以

7、补充向四周外流的空气。否则，反气旋就不能存在和发展。 所以反气旋的存在和发展必须具备一个垂直运动与水平运动紧密结合的完整的环流系统 。,由于在反气旋中心是下沉气流，不利于云雨的形成。所以，在反气旋控制下的天气一般是晴朗无云。若是在夏季，则天气炎热而干燥。如果反气旋长期稳定少动，则常出现旱灾。我国长江流域的伏旱，就是在副热带反气旋长期控制下造成的。冬季，反气旋来自高纬大陆，往往带来干冷的气流，严重者时成为寒 流。,在低压层大气里，特别是 在近地面附近，因反气旋 的气流是由中心旋转向外 流动。所以，在反气旋中 心必然有下沉气流，以补 充向四周外流的空气。否 则，反气旋就不能存在和发展。 所以反气旋

8、的存在和发展必须具备一个垂直运动与水平运动紧密结合的完整的环流系统 。,由于在反气旋中心是下沉气流，不利于云雨的形成。所以，在反气旋控制下的天气一般是晴朗无云。若是在夏季，则天气炎热而干燥。如果反气旋长期稳定少动，则常出现旱灾。我国长江流域的伏旱，就是在副热带反气旋长期控制下造成的。冬季，反气旋来自高纬大陆，往往带来干冷的气流，严重者时成为寒 流。,气旋（低压）,反气旋（高压）,气压状况,气流状况,天气状况,天气实例,示意图,中心气压低于四周,中心气压高于四周,从四周流入中心，中心空气被迫上升（上升气流）,由中心向四周流出，高层空气下沉补充（下沉气流）,上升空气容易凝云致雨，多阴雨天气,下沉气

9、流因升温不易冷凝，天气晴朗,台风,副热带高压,由于地面气旋往往和锋面联系在一起，所以称为锋面气旋,低,低压槽,分析ABC三地风的性质,AB偏北风，C偏南风,冷气团,暖气团,冷暖气团相遇，形成锋面,冷锋,暖锋,分析DE两地天气状况，并分析C未来的天气过程。,锋面气旋,低,低压槽,冷气团,暖气团,冷锋,暖锋,D处为比较狭窄的冷锋云系和降水天气；E为宽阔的暖锋云系和连续性降水天气；C先受暖气团控制，未来将受冷锋影响，出现降水天气，冷锋过后，将受冷气团控制，降温，升压,1. 下列天气系统示意图中， 表示在北半球的反气旋是（ ）,2. 关于北半球反气旋的叙述正确的是（ ）,A 受其控制的地区天气常为阴雨

10、 B 其中心有下沉气流 C 它是形成冬季降雪的主要天气系统 D 它是形成梅雨的天气系统,欧洲,赤壁位于长江中游典型的季风 区内，冬季盛行偏北风，为什 么会出现局部地区的东南风？,如果将赤壁设定在气压图(上图) A、B、C中的相应位置，请从气旋活动的角度分析东南风的形成。,赤壁处于长江中游，冬季以偏北风为主， 但由于气旋、反气旋、锋面活动的影响， 局部地区会出现其他风向。如果赤壁处 在上面气压图中的B处，受气压梯度力、 地转偏向力及摩擦力的作用，就会形成 东南风。,二、涡度的概念,从天气分析实践与理论中发现，在大尺度天气系统的演变过程中，大气基本上是作涡旋运动，这种涡旋的变化直接关系着天气系统的

11、发生、发展和移动。,小河中树叶的旋转,上半部： 逆时针；下半部： 顺时针,1. 涡度的定义： 涡度就是用来描述大气旋转程度（旋度）的一个物理量（矢量）。 涡度流体质点块的涡旋特征，微观 涡旋运动大尺度环流的旋转特征，宏观 涡旋运动是流体的一种基本运动形式，它表示了流体的转动性质。,当水平速度分布不均匀时，就有水平涡旋运动存在，也就是说空气质块在运动过程中存在着绕垂直轴的旋转运动。因此，旋转速度可以用水平速度的切变来加以描述。 由于大气基本作水平运动，所以在气象上着重讨论水平面上的旋转，即研究指向垂直方向上的涡度分量。,图c中：当 逆时针；当 顺时针,2 垂直涡度的表达式,如果z 0 ，空气质块作逆时针旋转， 如果z 0 ，则表示空气质块作顺时针旋转。 由上说述， z 是描写水平速度场旋转特性的物理量。它表示了空气质块绕垂直轴的旋转速度。,涡度的大小和单位,单位：风速/距离=(m/s)/m=s-1,大小：U/L=10-5s-1,对于大尺度运动： 水平尺度为几千km L106m； 水平速度