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第25章 元大气(11)

1.冷锋

冷锋是我国最常见的一种锋,它活动于全国各地。但由于冷锋和高空槽的配置,移动快慢等不同,冷锋附近云和降水的分布也有明显的差别,有的主要出现在锋后;有的则主要出现在锋前。

根据天气学家分析,冷锋的天气状况大体可分为两种类型:

第一类:冷锋移动较慢,坡度也较小,处于空中700hpa槽前,通常称为第一型冷锋。这一类型的冷锋,由于冷气团一方面向前移动,使得锋前的暖气团一方面向前移动,一方面被迫沿锋面向上滑行,在水汽条件充分时,便在锋上产生了云系和降水。

由于这类冷锋处于高空中槽前,利于空气的上升运动,在锋面未到时,暖气团并非碧空无云,随着冷锋的来临,空气中常先有卷云,卷层云随锋线的接近而逐渐加厚,锋线过时为雨层云,雨区宽度约150~200公里。

第二类:冷锋移动较快,坡度较大,处于高空中700hpa槽后或槽线附近,常称为第二型冷锋。这类冷锋上面冷平流较强,气流下沉,仅地面锋线附近暖空气被抬升,但锋面坡度大,有较强的气流上升运动。其冬、夏天气状况有明显的不同,夏季暖气团比较湿润,本来就不稳定,加上上空强烈的冷平流,变得更加不稳定。故锋线附近常形成强烈的积雨云,排列在锋线附近,像一座云堤,冷锋来临时,出现雷暴和阵性降水,但降雨区仅数十公里。冬季,锋前的暖空气位于槽前,气流上升形成卷层云、高层云、雨层云,在地面锋线附近,有不宽的连续性降水区。降水止后,常出现大风,人们也称这种锋为乾冷锋。

由于冷锋移动速度有快有慢,因此当冷锋移动较慢时,暖空气上升会较慢且平稳,因此较易出现层状云,同时降雨也较缓和;当冷锋移动较快时,由于暖空气会被冷空气快速抬升,因此往往容易造成浓厚的积雨云,同时有雷电交加的大风雨。

出现时间:西北地区一年四季均有冷锋活动,冬季强,夏季弱,而出现的频数相近。其形状和移速受地形影响极大。

冷锋活动的一般特点:在东亚地区都有冷锋活动。冷锋的活动频数,北方多于南方,西南地区冷锋出现的频率最小;冬半年多于夏半年,春季最多,秋季最少。

出现地点:冷锋的强度,冬季最强,常能直驱华南及南海,而造成寒潮天气。夏季,冷锋较弱,主要活动在北方,夏季的冷锋常带来雷阵雨天气。

华北地区是中国境内冷锋活动的必经之地。东北地区则是一年四季都有冷锋活动,尤其是春秋季节,冷锋活动频繁。这两个地区的冷锋来源都有西路、西北路、北-东北路三种。冬天,冷锋主要引起降温和大风,夏天都能产生雷雨天气。春季,冷锋在东北常易造成大风和降水,而在华北往往只引起风沙天气。

冷锋过后会:

1.气温:下降;

2.气压:先降后升;

3.降水:锋后会下雨。

锋面在移动过程中,若暖气团起主导作用,推动锋面向冷空气一侧移动,这种锋面称为暖锋。在我国暖锋常出现于气旋中心的东侧,而且多与冷锋成对出现,暖锋过境时一般除伴有阴雨外,气压也降低,气温将升高。

2.暖锋

锋面在移动过程中,若暖空气起主导作用,推动锋面向冷气团一侧移动,这种锋面称为暖锋。暖锋过境后,暖气团就占据了原来冷气团的位置。暖锋多在中国东北地区和长江中下游活动,大多与冷锋联结在一起。暖锋过境后,气温上升,气压下降,天气多转云雨天气,与冷锋相对。

暖锋天气模型:

在暖锋锋下的冷气团中,由于空气比较潮湿,在气流辐合作用和湍流作用下,常产生层积云和积云。如果从锋上暖空气中降下的雨滴在冷气团内发生蒸发,使冷气团中水汽含量增多,达到饱和时,会产生碎积云和碎层云。如果这种饱和凝结现象出现在锋线附近的地面层时,将形成锋面雾。以上是暖锋天气的一般情况,但是在夏季暖空气不稳定时,也可能出现积雨云、雷雨等阵性降水。在春季暖气团中水汽含量很少时,则仅仅出现一些高云,很少有降水。

明显的暖锋在我国出现得较少,大多伴随着气旋出现。春秋季一般出现在江淮流域和东北地区,夏季多出现在黄河流域。

三、热带气旋

热带气旋(TropicalCyclone)是一种低气压天气系统,于热带地区离赤道平均3~5纬度外的海面(如南北太平洋,北大西洋,印度洋)上形成,其他移动主要受到科氏力及其他大尺度天气系统所影响,最终在海上消散、转化为温带气旋或在登陆陆地后消散。登陆陆地的热带气旋可以造成严重的财产或人命伤亡,是由天气引发天灾的一种。不过热带气旋亦是大气循环中的一个组成部分,能够将热能及地球自转的角动量由赤道地区带往较高纬度。

热带气旋的最大特点是它的能量来自水蒸气冷却凝固时放出的潜热。其他天气系统如温带气旋主要是靠冷北水平面上的空气温差所造成。热带气旋登陆后,或者当热带气旋移到温度较低的洋面上,便会因为失去温暖而潮湿的空气供应能量,而减弱消散或转化为温带气旋。

热带气旋的气流受科氏力的影响而围绕着中心旋转。在北半球,热带气旋沿逆时针方向旋转,在南半球则以顺时针旋转。

不同的地区习惯上对热带气旋有不同的称呼。西太平洋沿岸的中国、台湾、日本、越南、菲律宾等地,习惯上称当地的热带气旋为台风。而大西洋则习惯称当地的热带气旋为飓风。

热带气旋是发生在热带或副热带洋面上的低压涡旋,是一种强大而深厚的热带天气系统。

1.我国沿海的热带气旋气候概况

热带气旋也是影响我国的主要灾害性天气系统之一。在其活动过程中,伴随有狂风、暴雨、巨浪和风暴潮。因此,热带气旋对经过的地区虽有解除伏旱的作用,但也会造成人民生命财产的巨大损失。我国北起辽宁,南至两广的沿海一带,每年都有可能遭受热带气旋的袭击,其中又以登陆广东、福建和台湾三省的热带气旋次数为最多。

2.热带气旋的结构

一个成熟的热带气旋有以下的部分:

①地面低压

热带气旋的中心接近地面或海面部分是一个低压区。地球海平面上所录得最低的气压(870hPa)是在有纪录以来最强的热带气旋台风泰培中心所录得的。

②暖心

热带气旋的暖湿空气环绕着中心旋转上升过程中,水汽凝结释放大量潜热,热能在中心附近垂直分布。热带气旋内各高度(接近海面例外)的气温都比气旋外为高。

③中心密集云层区

围绕热带气旋中心旋转的密集云层区,通常是卷云。

④风眼

强烈的热带气旋的环流中心是下沉气流,将形成一个风眼。眼内的天气通常都是平静无风、无云,甚至时有阳光(但海面仍可能波涛汹涌)。风眼通常都是呈圆形,直径由2公里至370公里不等。较弱的热带气旋的风眼可能被中心密集云层区遮蔽,甚至没有风眼结构。

⑤风眼墙(或称眼壁)

包围风眼的是圆桶状的风眼墙,风眼墙内对流非常强烈,其云层的高度在热带气旋内通常是最高的,降水的强度和风力的强度在热带气旋内也是最大的。强烈的热带气旋有眼壁置换周期,产生新的外眼壁替代内壁。其成因为热带气旋眼壁外围的螺旋雨带重组,然后渐渐向内移动,窃取了眼壁的湿气与能量。在这阶段,热带气旋进入了一个减弱的过程。在外围新的眼壁完全取代旧眼壁,如果环境许可,热带气旋会重新增强。透过多频微波扫描和雷达可以清楚观测到眼墙更新周期中的热带气旋出现双重眼壁;如果热带气旋眼壁置换的过程较为明显,更可从可见光和红外线卫星云图上观测到。

⑥螺旋雨带

螺旋雨带是绕着热带气旋中心运动的雨云和雷暴。在北半球,螺旋雨带向逆时针方向绕中心运动。螺旋雨带会为地面带来大风雨,而在每条雨带之间则会较为平静。在接近陆地的热带气旋,螺旋雨带中会形成龙卷风。拥有多条螺旋雨带的热带气旋一般较强及发展成熟,但也有一些“轮状飓风”是没有螺旋雨带的。

⑦外散环流

所有低压系统均需要高空辐散以持续增强,热带气旋的辐散从所有方向流出。因为科里奥利力的作用,热带气旋的高空呈反气旋式外散环流。地面或海面的风强力向内旋转,随着高度上升减弱,最终改变方向。这个特点和热带气旋中心的暖心结构有关,所以热带气旋需要垂直风切变微弱的环境维持暖心结构,才能延续辐散。

四、全球暖化与热带气旋

气象学家认为,一个热带气旋的强度,或一个风季的活跃程度,都不能归咎于单一因素,如全球暖化或其他自然环境的变化。但热带气旋的强度和出现频率的长期趋势,却可能从统计数字中看到端倪。美国国家海洋及大气管理局地球物理流体力学实验室(GeophysicalFluidDynamicsLaboratory)曾作出一个模拟,得出这样的结论:“大气中持续增加的温室气体含量使全球气候变暖,这可能使下一世纪热带气旋的强度比现时最强的还要猛烈”。

在《自然》杂志的一篇文章中,克里·伊曼纽尔(KerryEmanuel)认为热带气旋的潜在破坏力(包括热带气旋的强度、维持时间和频率),与热带地区海平面度和全球暖化有着莫大关系。他并预计在21世纪,热带气旋所造成的损失会大幅增加。而P·J·韦伯斯特(P.J.Webster)等则在《科学》杂志上发表了一篇文章,指出过去十年除北大西洋外,其他海域热带气旋出现的次数均有所减少,但达到四级或五级飓风强度的热带气旋数目则大量增加。

伊曼纽尔和韦伯斯特都认为海平面温度对热带气旋的发展十分重要,但什么因素导致海平面温度上升,却仍为未知数。在大西洋,海平面温度的上升可能是因为全球暖化,也可能只是由于该海域水温的自然波幅(通常以50至70年为周期)。

热带气旋是发生在热带海洋上的强烈天气系统,它像在流动江河中前进的涡旋一样,一边绕自己的中心急速旋转,一边随周围大气向前移动。像温带气旋一样,在北半球热带气旋中的气流绕中心呈逆时针方向旋转,在南半球则相反。愈靠近热带气旋中心,气压愈低,风力愈大。但发展强烈的热带气旋,如台风,其中心却是一片风平浪静的晴空区,即台风眼。

五、气旋和反气旋

你一定见过水流中的各种漩涡吧!在大气中,也存在像水流中的各种漩涡。气旋和反气旋就是其中的大漩涡。

在北半球,低压区的气流作反时针方向旋转,称为反气旋。在南半球,恰好相反,气旋作顺时针旋转,反气旋作反时针旋转。

气旋的直径通常有1000千米,大的可达2000~3000千米,小的约几百千米。反气旋比气旋大得多,其直径通常为1000~2000千米,大的可以和最大的大陆或海洋相比,如冬季的西伯利亚反气旋,往往占据整个亚洲大陆面积的3/4,夏季的太平洋副热带高压则占北太平洋的大部分。

在气旋区域里,空气从四周汇合到中心,产生上升运动,称为气流的辐合上升。上升运动会使水汽凝结,形成云雨等天气现象,所以出现气旋一般是坏天气。在反气旋区域里,由于盛行下沉气流,下沉使空气增温,不利于兴云布雨,所以反气旋区域一般是晴朗少云的好天气。

按照气旋形成的地理位置,气旋可分为温带气旋和热带气旋。热带气旋中的强者为台风或飓风。温带气旋又可按其有无锋面分为锋面气旋和无锋面气旋。反气旋主要分为温带反气旋和副热带反气旋。

温带气旋是大气中的一种风暴,它往往带来大雨、暴雨和大风。一个气旋经过,降下几十毫米或近百毫米的降水是常事,个别的可达300~400毫米。在我国出现的许多大雨或暴雨,常常是气旋光临所致。当然,气旋带来的大范围降雨、降雪并不一定是坏事,雨水可以蓄满水库、增加土壤水分,对农作物有利。

气旋带来的大风虽没有台风强,但也有6~8级风力,并且持续时间较长。在我国北方,大风会造成严重的风沙,这在春季尤为常见。

反气旋有冷性反气旋和暖性反气旋之分,其中冷性反气旋就与“寒潮”和“冷空气南下”有关。冷性反气旋大多从蒙古、西伯利亚进入我国,其中强大者,可影响到长江流域以南地区。当强大的冷性反气旋进人我国后,冷空气也随之南下,使所经之地出现降温、大风、阴雨天气。如果24小时内降温10℃,最低气温在5℃以上,就称为“寒潮”。寒潮天气的主要特点是剧烈降温、霜冻和大风,它是一种灾害性天气。

在我国,一年四季都有冷空气活动,其中以冬季最为频繁,其势力最强,影响范围也最大。

六、“马纬度”的传说与大气环流

400多年之前,航海探险家麦哲伦带领船队穿越“麦哲伦海峡”向太平洋驶去的时候,水手们都感到非常惊奇,在长达几个月的航程中,大海表现得非常顺从人意。开始,海上吹着东南风,把船队一直推向西行,后来东南风渐渐减弱了,大海变得从未有过的风平浪静。这使已经疲惫不堪的水手们无不惊喜地感叹,这真是“太平的海洋啊!”太平洋由此得名。

但是在靠风帆航行的时代,海洋上无风并不都是件好事。16世纪初,欧洲一些国家曾组织船队装运马匹运往美洲大陆,因为美洲大陆在被发现前,那里没有马。从欧洲航行到美洲,要越过辽阔的大西洋,当船队沿着北纬30度附近的大西洋航行时,时常会遇到一点风都没有的海域,在那里大海像死一般的寂静。这时靠风推动的帆船只得停在那里,有时一停就十天半个月。

时间长了,马匹因吃不到清草、淡水而病倒、死亡。最后马都死光了,成批成批地扔到海里。这种情况在南纬30度附近的海面也曾发生过。于是,人们给这些区域起了一个比较古怪的名字:“马纬度”。那时的海员们一听到这个名字,都会面有惧色。

无论是麦哲伦还是贩运马匹的商人,当时他们并不知道为什么地球上有些地方老是吹东南风,而有的地方又总是连一丝风都没有?

现在,大气科学家已经给我们解开了这个谜。原来,这是由于大气环流所造成的。大气环流的存在使地球形成了一些固定风带。麦哲伦船队在通过太平洋时,开始遇到的是南半球的“东南信风带”,经过东南信风带后,便进入赤道无风带,难怪会风平浪静。而“马纬度”所在的恰恰是南北半球的“副热带无风带”。

那么什么是大气环流呢?大气环流一般是指地球上大规模的空气流动,这种大规模空气流动的真实情况是非常复杂的。为了使读者对大气环流有所了解,在此介绍大气环流模式。

①单圈模式。这是一种最简单的模式,它首先假定地球是不自转的,并且地球表现是均匀的。这时由于赤道地区受太阳影响气温升高,空气受热膨胀上升,使得赤道地区上空气压高于极地上空的气压,而大气总是从高压向低压处移动的。这样赤道上空的空气就向极地流动。

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