7.1 热带气旋生成与发展在线视频

同学们

大家好

我是袁俊鹏老师

欢迎大家来到《天气学》课堂

热带气旋是一种破坏力非常强的热带天气系统

往往可以造成狂风

暴雨天气

为人类生活

生产带来严重的危害

热带气旋是形成在热带或副热带洋面上

具有暖中心结构的强烈气旋性旋转的涡旋

它是由温暖洋面上的热带扰动发展起来的

但是

并不是所有的热带扰动

都能发展成为热带气旋

请大家来看下全球热带气旋活动的分布图

热带气旋活动的洋面主要包括

西北太平洋

西南太平洋

东北太平洋

北大西洋

南印度洋和北印度洋这6个洋面区域

而在南大西洋和东南太平洋

则很少热带气旋发生

其中

西北太平洋是世界上出现热带气旋最多的地方

约占全球热带气旋发生数的30％左右

热带气旋的生成活动

似乎很有规律的出现在某些特定的海域

那么

热带气旋的生成应该是需要满足一些条件的

我们先来一起学习

热带气旋生成的必要条件

首先

需要有广阔的暖洋面

广阔的暖洋面提供热带气旋需要的热力条件

高温高湿的洋面

是热带气旋形成的物质和能量基础

暖洋面一般要大于26℃才会有热带气旋的发生

另外

广阔的洋面下垫面的摩擦力也较小

这张图填色部分

是全球热带气旋生成的区域

蓝色虚线是26.5 °C海温等温线

可以看到

热带气旋的生成位置

均位于在26.5 °C海温等温线之内的区域

热带气旋形成于温暖的热带水域

其中80％以上在赤道两侧20个纬度以内

在西北太平洋和西北大西洋

高于20纬度的海域

有时也有热带气旋形成

这是因为这两个海域的海温较高

高海温区域更加向北扩展

由于热带气旋是逆时针旋转的涡旋

旋转的话还需要一定的地转偏向力的作用

地转参数的作用有利于气旋性涡旋的生成

它能使辐合气流

逐渐形成为强大的逆时针旋转的水平涡旋

之前我们已经学习过涡度方程

知道了对给定的辐合值

涡度随时间的变化正比于绝对涡度的大小

在离开赤道一定纬度的地区

地转参数f不为0

辐合能引起涡度的增大

并且对相同的辐合

离开赤道越远涡度的产生率越高

所以

生成位置一般距赤道5个纬距以外

以保证能够形成旋转的涡旋

有了海温

能够旋转的这些条件之外

还需要有能够触发对流的初始扰动

相当于是种子扰动

这是位势不稳定大气要启动对流必须的条件

热带气旋都是从一个原先存在的热带低压小扰动

逐渐发展而形成的

西太平洋—南海地区热带气旋的种子扰动

主要来源于四种初始扰动

热带辐合带中的扰动

占70％～80％

东风波中的扰动

约占10％

来源于中高纬长波槽中的切断低压

或高空冷涡扰动

约占5％

此外

还有一小部分来源于斜压性扰动

来源于赤道辐合带中的扰动最多

在赤道辐合带中

经常有水平范围大于7个纬距

生命史1天以上的亮度很大的

大范围热带云团生成

这些热带云团是赤道辐合带云带的主要组成部分

在合适的环境条件下时

一些热带云团可以发展成为台风

这是因为

赤道辐合带中南北半球气流强烈的相互作用

容易产生大范围的对流云团

云系主要表现为一条连续的东西向的对流云带

其间常有几个热带扰动

同时或者相继发展成为台风

在卫星云图上

热带云团发展加强的主要标志

是云团的东南象限

有西南方向的大范围对流云带

云团的边缘有向四周流出的卷云羽

这表示低空有充沛的水汽输送

同时高空伴有明显的高空辐散

非常有利于云团扰动继续发展强大

热带气旋是一个深厚的对流系统

要形成这样的系统

就要求垂直风切变要小

对流层风速垂直切变的大小

决定着一个初始热带扰动中

分散的对流释放的潜热

能否集中在一个有限的空间之内

如果垂直切变小

上下层空气相对运动很小

则凝结释放的潜热

始终加热一个有限范围内的同一些气柱

而使之很快增暖形成暖中心结构

初始扰动迅速发展形成了热带气旋

反之

如果上下切变大

潜热将被很快输送出扰动区的上空

不能形成暖性结构

也不可能形成热带气旋

需要提醒大家注意的是

这些条件仅是必要条件

不是充分条件

在热带洋面上

满足以上条件的时间和海域很多

但相比较而言

热带气旋发生得较少

根据这些条件来预报热带气旋的发生

是很难成功的

热带气旋在热带洋面上

从弱的低压扰动发展为一个强大的气旋性涡旋

必然要通过某种途径

持续不断地获得能量

能量的来源是什么

形成的物理机制是什么

这是关于热带气旋发生发展的一个基本问题

早在1964年

Charney等人就提出了第二类条件不稳定机制

CISK理论来解释这个问题

CISK理论描述的是这样一个过程

一个弱的热带低压扰动

通过边界层的摩擦作用

造成热带潮湿空气的大量辐合流入和抬升

通过这样的Ekman抽吸作用

形成积云对流

积云释放的潜热

使低压中心上空大气的温度升高

高层等压面抬高形成辐散流出

结果使地面气压降低

出现指向地面低压中心的更大流入

低层的气旋性环流增强

结果导致低层的辐合上升运动加强

积云对流发展更加旺盛

凝结潜热释放更多

加热更大

地面气压更低

如此循环

造成积云对流对低压环流间的正反馈

使得低压扰动不断发展

在积云对流和热带低压的相互作用过程中

边界层摩擦不只是消耗能量的因子

而且通过Ekman抽吸

和积云对流成为能量的制造者

Charney等还通过模拟证实了该过程

在模拟的初始时刻

对流层低层和高层分别有

一弱的气旋性环流和反气旋性环流

Ekman边界层辐合

对积云活动提供水汽和启动动力

凝结潜热加热大气

出现增暖和相伴的厚度变化

最后产生了较强的高空反气旋和低空气旋

Ekman边界层辐合进一步加强

积云对流活动也进一步加强

CISK理论突出了积云对流的作用

抓住了水汽凝结释放潜热

是热带气旋发展的主要能量来源这一本质

因此它对热带气旋的发展过程

作出了较为合理的解释

但是

对于低层原先存在的

低压扰动本身是如何产生的

CISK理论没有给出解释

这是一个需要进一步研究的问题

这节课我们主要给大家介绍了两个主要内容

一个是热带气旋生成问题

热带气旋生成的必要条件

另一个有了初始种子扰动以后

热带气旋是如何发展强大起来的

这是热带气旋发展的问题

好了

今天的课

就到这儿了

同学们

下节课再见