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热带波动是什么现象 热带的原理是什么

2024-07-11  来源:天气网  【字体:  

导语:热带波动是什么现象?热带波动的产生与其所处的地理环境密不可分,而且热带地区由于太阳辐射强烈,地表温度高,大气对流旺盛,这为热带波动的形成提供了有利条件,当大气中的暖湿气流与冷干气流相遇时,就会产生不稳定的气象条件,进而引发热带波动,下面就去看看热带的原理是什么吧!

热带波动是什么现象

热带波动是什么现象 热带的原理是什么

热带波动

在热带地区,除台风外经常发生许多热带扰动,热带波动是其中之一。过去,热带波动主要指的是东风波。近十年来,热带波动概念有了一些改变,认为除了东风波以外,还包括所有热带地区形成的波动。

热带波动可能有六种来源:(1)东风波,(2)赤道波,(3)对流层上部冷涡势力向下伸展,在低空东风气流中诱生的波动,(4)由中纬度延伸或切断在低纬地区的低槽转变成的波动,(5)赤道附近东风区中风速辐合区,(6)热带低层涡旋向北伸出的倒槽。虽然热带波动包括的范围很广,但主要的是前三种。

由表可以看出一个事实:波长较长的扰动主要位于高层,波长较短的扰动主要在低层。在热带大气中存在着很复杂的波谱,从10000公里以上的开尔文波到中小尺度波动(表中只给出天气尺度和行星尺度波动)。模式的主要特点是波轴随高度向东倾斜。在低层在波轴以西是辐散下沉区,出现好天气,波轴以东是辐合上升区,出现坏天气。后来Merrit[51根据加勒比海的资料和卫星云图对Riehl模式作了重新评价。他指出,经典东风波模式虽然存在,但云系分布范围要小,次数也不象以前认为的那样多。另外东风波云系中经常具有涡旋状外形,可能在其中已有闭合环流出现,而不是单纯的波动。所以他认为应用东风扰动的概念代替东风波概念。

之后Riehl⁵21也对其早年提出的模式作了补充,认为东风波至少有两种结构,其主要差别在于辐合区(或天气区)位于波轴以西,还是以东。这与风场的垂直结构有关,如果东风波在低层移动得比基本气流慢,波轴以西是辐散区,以东是辐合区。如果移动得比基本气流快,在波轴以西是辐合区,以东是辐散区。但不论辐合区或云雨区分布在那一边,对波轴都是不对称的,所以东风波模式是一种不对称模式。大致与Riehl东风波模式提出的同时,Palmerl⁵3提出了太平洋的赤道波模式。有人从理论或统计上对赤道波进行过研究[54]。Frank[55]根据大量卫星观测资料结果,提出倒“V”型对称式的东风波模式。

其中云带大体上与低空风切变方向一致。波轴正好位于倒“V”云带的平分线上。这种东风波起先在大西洋中部和西部发现,每天连续向西移动。其中有些波动起源于非洲。由卫星云图总结出的第二个东风波模式是涡旋模式[561.这种东风波常有较明显的天气,并且地面或低层有涡旋环流出现,云带或雨区出现在波轴之后,它是一种较强的东风波,这与Merritt指出的事实一致。从Riehl,Merritt,Frank等人研究结果可以得出,倒“V”型模式代表较弱的或早期的东风波模式,主要出现在大西洋中部和东部;不对称模式代表较强或发展的东风波,主要出现在大西洋西部和加勒比海地区。在东、中太平洋上也可以经常发现一些倒“V”云型西移,而在西太平洋上少见,这里以涡旋状云系为多,这与大西洋的分布情况十分相似。最近Fett57等对倒“V”模式提出异议。

他认为东风波不应呈东西对称分布,槽线应定在倒“V”云带平分线以西5°的地方,此处都能分析出一个涡度中心。整个倒“V”型云系位于槽后,成为波系的一部分。实质上Fett模式强调了不对称性的重要性。近年来,不少人利用波谱分析和综合法对中、西太平洋热带波的平均结构进行了研究.提出了一些热带波的模式,在低层,波区的温度比周围空气冷,高层比周围空气暖。暖区与最强的对流活动区一致,这个事实表明,潜热释放是波动高层增暖的重要原因。波轴的倾斜很小,主要对流区就在波轴附近。Chang和Nita也得到类似的模式,差别在于在他们的模式中冷、暖区位于波轴之东。波轴随高度向东倾斜。

上述模式虽然有一些差别,但都揭示了最强的对流活动区中低层是冷区,高层是暖区,这一重要事实的发现对于波动能量的来源和维持具有重要意义。当波动从西太平洋东端(如马朱罗岛)移到最西移时(雅浦岛),波的结构会发生系统性的变化。在最东端时,波轴随高度向东倾斜,到中间地区,波轴趋于垂直,到达西面季风区时,波轴随高度向西倾斜。相应温度、湿度、云、雨区也随之逐渐西移。在东端时,降水和主要密云区位于槽线以东,到达西端时,移到槽线以西。Reed等认为热带波在西移时这种结构上的变化是由基本气流垂直切变随经度的变化引起。Holton[63的理论分析也证实了这一点。

在西太平洋地区东西两端在一般情况下纬向风垂直剖面正好相反:在东端中低层是东风,随高度减小,到高层转为西风,与经典东风波模式中的风速分布相同,因而波动具有Riehl模式相似的特征。在西端季风区,低层是西风,高层转为东风,这与Riehl后来所提出的例子相似,波轴西倾,雨区在地面槽线附近及前方,我国华南地区的预报员遇到的有些东风波就是这种情况。在西太平洋纬度较高的副热带地区(20°—25°N),每年夏秋当副热带高压位置偏北并稳定成带状时,在其南侧较深厚的东风气流中常有东风波西传,影响我国台湾省和闽浙沿海1),2)。有些强的东风波可以带来明显的降水,有的甚至发展成低压或台风。

波动移得很快,每小时30公里左右。波动在西移中是增幅的,卫星云图上有一团云系相配合,在西移中云系逐渐演变成涡旋状。31日这一天东风波移到台湾省东北面,发展一个闭合的低压环流。在低压前方出现一条西北-东南向的跑线,长达400—500公里。在当天上午通过台湾海峡,以后登陆,造成明显的大风和降雨。当跑线通过台湾海峡时,海上造成10—12级大风,在飕线较强的南半段海上并有龙卷发生。过去普遍认为热带波是冷心结构的扰动,位于对流层低层槽后的冷区是由于气流绝热上升冷却所致(降雨蒸发冷却也可能是其因子之一),槽前的暖区由气流下沉所致。由于在这种系统中冷或凉而湿的空气上升,干而暖的空气下沉,是一个逆环流,故把动能转换为有效位能的,是消耗动能的。

因而其动能来源主要应由基本气流供给。这就表明,扰动通过正压不稳定使纬向动能转换为扰动动能。Nitta和Yanai曾根据中太平洋的实测风资料计算过正压不稳定,发现这个条件在某些月和某些层是可以满足的。此外由外界气压力做功所产生的动能也是另一种能源,主要通过与中纬度天气系统的关联由强迫作用得到能量。上述观点在1967年以后有了改变。Riehl⁶5曾在加勒比海一个东风波的雨区中,发现对流层上部为一暖区,因而热带波不能认为是一种单一冷心结构的系统,而是上暖下冷的混合结构。后来这个事实得到波谱分析和综合法研究结果的支持。很多研究都表明,在600毫巴以上为暖心。在300毫巴以上温度和垂直运动的正相关十分明显(暖空气上升,冷空气下沉)。

热带波动是什么现象 热带的原理是什么

热带波动

暖心结构表明,对于热带波动,至少对于某一类波动凝结热的释放应视为动能来源的一种。潜热释放可以产生和增加有效位能,以后通过力管环流再把有效位能转变为动能。但也有人认为,这也不能完全否定掉正压不稳定对扰动能量的作用。为此必须了解哪种能源贡献最大。据Nittal661计算,在600毫巴以上由凝结增暖产生的有效位能远远大于低层冷心破坏的有效位能。还发现,涡动动能和纬向动能间的转换和气压力做功供给热带波的能量比潜热加热项小一个量级。这说明扰动与平均气流间相互作用和与中纬度扰动之间的相互作用在波动能量平衡中可能只占次要地位,而第二类条件不稳定(CISK)对热带波动的产生和维持是非常重要的机制。

现在观测已经证明,太平洋和大西洋上都有热带波,非洲也有热带波,因而从全球看,热带波是从30°E向西经过大西洋和太平洋到135°E广大热带地区的共同天气现象。在这个地区热带波沿热带辐合区或以北的东风气流向西运动。从135°E到30°E的热带地区是亚洲季风区。人们会问热带波能越过135°E附近的东风信风和西南季风的辐合区进入季风区吗?如果能在季风区传播,到底能深入多远?热带波在亚洲季风区的传播问题是目前研究热带波运动的一个重要问题。Chang167曾利用卫星云图制成的时间经度综合图研究了热带波在北太平洋上的传播。这种图是从每天卫星云图上裁取一条固定纬带(如5°—10°N,10°—15°N)的图片,依次镶拼而成。

纵坐标是时间,横坐标是经度。热带波在这种图上表现为一条条向西传播的云线。实际上它们是由逐日的个别云区或云团组成。云区的强度每天有变化,有时明显,有时几乎消失。如果不考虑这种强度变化,云团的时间连续性是很清楚的。这对追踪纬向运动的小振幅波动很有用处。Chang发现在1967年7月1日—8月14日45天中共有12个热带波越过太平洋由东向西传播到150°E附近。它们大多可以追溯到东太平洋东端或中美洲。关于热带波能否通过135°E附近西北-东南向的热带辐合区进入西南季风区中的问题过去研究得并不多。初步的结果表明,热带波在低层是不易通过季风区的。Ramage683曾指出,西太平洋的低层东风波在西移越过菲律宾后,常沿着副热带高压的气流向西北转向,这时扰动引起的风场变化已不清楚,但在地面可观测到坏天气。

这里东风波的消失可能是由于波动已受到西风前缘的影响,因而过去认为,除了南海低层盛行东风时期外,一般东风波很难在菲律宾以西出现。我国气象工作者认为,东风波在低层虽然消失,但在高层还是很活跃的。从西太平洋到南海地区的高空东风带上经常有东风波出现。每次波动通过时,在低层都出现不同程度的变化影响我国华南沿海和东南亚地区。一般在波轴前方或波轴附近有较长时期的对流天气出现。这是由于中高层东风随高度增加,因而槽前高层是辐散,槽后是辐合;而在中低层情况相反,槽前辐合,槽后辐散,天气发生在槽前。根据1965年6月西贡高空风时间剖面图分析,发现一个月中有8次高空东风波过境,平均每3—4天过一个。

在西贡及其邻近地区明显的降水出现在槽前及槽线附近。根据波长、周期看,这种波动很可能是原来东风波波系下部在季风层中消失后,在中高层的残余部分。如果这种看法是正确的,热带波在季风区的一种传播方式是:低层部分消失,上部在季风之上继续移动,辐合区移到波槽前方。这种东风波常常可以沿高层强东风向西传播到印度,在那里迭加在低空季风槽或低压上,引起它们的产生或加强。Koteswaraml⁶9曾经分析过200毫巴上一个对印度天气有重要影响的东风波,这个东风波至少是从115°E附近移来的。最近Conoverl⁷01研究了东南亚夏季季风时期每天的天气变化。

他发现与西太平洋上向西移动的赤道波有密切关系。这种影响东南亚天气的赤道波与Reed等分析的赤道波是相同的。根据一般的流线分析是不易揭示出热带波进入南海和东南亚地区的,因为波动对西南季风风场的扰动很小(当波动通过时,风向常由偏西风转偏南风),经常被更强的西南季风流场的变化所掩盖。Conover用东南亚活跃和不活跃天气日的流场分别减去该时期的平均流场,发现在活跃时期在东南亚地区有一个深厚的冷性气旋性环流形成,这个叠加在季风环流背景上的扰动流场可使上升运动增强,云量增多,造成坏天气。

从卫星云图和气压场分析也可以证明这种扰动流场的存在。这个事实表明,西太平洋的热带波既使在低层也可以伸透入季风区,但不是以明显的波动形式,而是以气旋性涡度或扰动的形式。但是现在还不了解,热带波能逆西南季风传播多远?因为愈往西,季风愈根据上面的分析,最后可以概括出热带波在太平洋到南亚季风区传播的情况如下:到达西太平洋的热带波大多数来自中太平洋或东太平洋。它们最初产生在信风辐合区的东端,然后离开辐合区进入辐合区北侧的东风中西移。

这时不少热带波呈倒“V”云型分布。在波动越过大洋中部高空槽时,云量发生增减现象。当波动移到季风区边缘即热带辐合区时,有些较强的热带波可以在辐合区中激发出气旋性涡旋,沿辐合区西移,有些可通过辐合区进入季风区转换成一片气旋性风场扰动区西移,并有明显的云系配合;而另一些东风波(例如较弱的)则低层部分消失,上部在季风层之上的东风中继续西移,它们同样也产生一片向西移动的天气区。这种高层东风波不但影响东南亚和我国华南地区,而且对印度天气也有重要影响。

热带的原理是什么

热带是指位于南北回归线之间的地带,其气候特点为全年高温,变幅很小。

热带地区的形成与地球的自转和公转有关,这些运动导致太阳辐射在地球表面的接收量随纬度的变化而不同,从而形成了不同的气候带。在热带范围内,太阳高度终年很大,一年中有两次太阳直射现象,这里正午太阳高度终年较高,变化幅度不大,因此终年能得到强烈的阳光照射,气候炎热。

此外,热带的范围和大小并不是固定的,地球的轴存在微小的变动,这导致热带的范围在逐渐变化。例如,北回归线每年会向赤道推进约15米,这意味着热带的边界在不断移动。

热带环流也是热带地区的一个重要特征,它由于地理特点及大气动力学和热力学特征而形成,与中高纬度地区的大气运动有明显差异。

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