中国气旋是指在中国境内发展起来或从境外移入中国,对中国大陆及海域天气有影响的温带气旋。中国气旋全年均可发生,以春季最为频繁,有明显的地域性和季节性。中国气旋的生成位置遵循以下规律:淤由于在中国上空存在着南北两支对流层锋区(或急流),因此中国气旋也分为南北两带,北带主要集中在贝加尔湖东南方的蒙古到中国大兴安岭东侧一带(北纬45°~50°),南带在长江中下游和淮河流域(北纬28°~35°)。
生成位置随锋区的季节性位移而相应变化,当冬季南支锋区位于东海上空时,东海气旋多发。春季和春夏锋区位于江淮流域时,江淮气旋多发。盛夏锋区北跃到黄河以北时,则形成黄河气旋。于由于气旋多数生成于西风带高空槽前下方,从青藏高原移出的高空槽或高原东侧的西南涡向东移动时,在中国的中部和东部常有气旋生成。因此,黄河以北的气旋活动则与高原北部的高空槽有关。盂由于地形低气压槽和山脉背风坡容易产生气旋,因此这些地方往往是气旋的源地。
根据气旋生成的源地和移动路径,通常把中国气旋分为蒙古气旋、东北低压、渤海气旋、黄河气旋、江淮气旋和东海气旋等。它们的活动对东北、华北地区和江淮流域的天气有很大的影响。
(1)蒙古气旋发生或发展在贝加尔湖东南方的蒙古中部和东部高原一带,在北纬40°~50°,东经100°~115°范围内。蒙古气旋大多是由西伯利亚移来的锢囚气旋暖区里新生的气旋,在这个地区的西部和西北部多高山,蒙古中部和东部处于背风坡,有利于气旋的生成和发展。此外,蒙古气旋也可是冷锋进入蒙古西部的倒槽或相对低压区里形成的气旋。春秋季节,冷暖空气活动频繁,气旋出现次数最多,冬季次之。夏季,锋区北移,暖空气活动占优势,故气旋显着减少。气旋形成后东移进入中国,常在东北地区发展加深,造成内蒙古和东北地区大风、沙尘暴、吹雪和降温等天气,降水量一般不大。
(2)东北低压亦称东北气旋,是我国气旋中发展最强的一类,它一年四季都可出现,以春秋季为最多,天气主要是大风、风沙、降水、雷阵雨等。东北低压与蒙古气旋相似,绝大多数是从外地移来的,主要来自:淤由蒙古气旋东移到东北地区发展而成,这类占东北低压的大部分,造成的天气主要是大风和扬沙,其中最突出的为春季西南大风,几乎可以影响到整个东北地区,极大风速甚至可达40米/秒以上。于黄河下游、渤海和长江中游、淮河上游地区产生的气旋,在向北偏东方向移动进入东北地区,多发生在夏季,秋季也有,是东北地区夏季重要的降水天气系统,常造成东北南部的大雨或暴雨。盂东北地区本地发生的低压较弱小,生命短促,移动也不规则,仅在夏季产生一些雷阵雨天气。
(3)在渤海中偶尔也有气旋新生,通常在12小时之内突然产生,后迅速加深造成大风,常称为渤海低压。渤海低压一般可持续12~24小时,然后移向东北地区。目前对渤海的这种新生气旋的预报还有一定的困难,因此活动在此的船舶必须多加注意。
(4)黄河气旋是在黄河流域生成的气旋,主要生成于河套、黄河下游及以东的海面上,常常影响黄河下游、辽东半岛、山东半岛、渤海、黄海北部和中部的海面。黄河气旋常出现较强的大风,风力可达8级以上,当其向渤海移动时,渤海和辽东半岛一带常出现5~7级的大风。若水汽充沛,还可出现大到暴雨。黄河气旋沿东北方向经渤海进入东北地区,常常会得到发展。
黄河气旋一年四季均可发生,但以夏半年(6~9月)为最多,约占全年总数的80%。黄河气旋可分为三个源地:淤发生于河套北部,是北支锋区上有高空槽经过河套北部并加强时,在地面静止锋上产生的气旋波,向东北或偏东方向移动,夏季此类气旋可给内蒙古中部和华北北部地区带来较大的雨量。于发生于晋陕地区,是黄河上游缓慢东移的暖性倒槽中有急速南下的冷锋进入后形成的,仅能产生一些零星降水。盂发生于黄河下游华北平原地区,这类气旋占黄河气旋总数的一半以上,多出现在夏半年,常由于冷锋移入由西南向华北的低压倒槽内或从东北伸向华北的“V”形低压槽中而形成。这类气旋约有30%能在中国境内发展加深,当气旋东移或进入东北地区时,往往造成渤海和辽东半岛大风,风力一般为6~7级,气旋中心所经之地常有大雨或暴雨。
(5)江淮气旋主要指发生在西起宜昌,东至长江口的长江中下游地区产生的气旋,是长江中下游、湘赣地区及淮河流域气旋的总称。江淮气旋均属南支锋区上的波动,一般都由西风带高空槽或西南涡向东移动时,在地面静止锋上诱发而成。或是地面冷锋进入暖性低压槽后,锋面发生波动形成。气旋生成后,绝大多数向东北偏东方向移动入海。有时气旋西部或北部会有6~8级偏北或偏东大风,气旋东部有5~7级的偏南大风。
江淮气旋是造成江淮地区暴雨的主要天气系统之一,是长江流域梅雨天气的主要形式。另外,冷锋后和暖锋前常因暖的雨滴蒸发而形成很低的碎雨云和锋面雾,入夏前的春季,一般大陆比海洋冷,在气旋东部,东南风把海上的暖湿空气输送到沿海及大陆,常常冷却而形成平流雾或低云,甚至出现毛毛雨,使得海面能见度十分低,这种恶劣天气随着气旋移动,海上航行的船舶要特别注意。江淮气旋一般在陆上风速不大,而入海后常常能迅速发展成较强的大风,暖锋前为偏东大风,暖区为偏南大风,冷锋后则为偏北大风,主要影响黄海南部和中部海面,有时也会影响到黄海北部及渤海一带。
(6)东海气旋主要是指发生、发展于东海海域的气旋或从江淮气旋移入东海后的气旋,常常会影响东海和黄海南部海域。东海气旋多发生在春季,其次为冬季,夏季最少。冬春季节中国东南沿海受大陆冷高压控制,当南支锋区上有低压槽东移时,位于东海的地面静止锋会诱发成气旋波,这类气旋波基本上都向东北方向移动,在日本附近海上发展成熟,而在中国近海发展加深的仅占东海气旋总数的10%左右。东海气旋水汽充沛,因而多阴雨天气,降水区主要分布在气旋中心附近。气旋后部常有偏北大风,大风发生往往很突然,如气旋在近海北上发展时,大风可影响至黄海南部,持续1~2天。值得注意的是,台湾海峡由于地形的影响,当冷锋过境时风力更大。东海气旋生成后先是向东北偏东方向移动,到达日本南部海面后常会强烈发展,其移向转为东北,因此对朝鲜、日本一带海区的天气影响很大,常带来大风、降水和低能见度等恶劣天气,影响范围也不断扩大。
关于爆发性气旋,人们发现,海上有些气旋会在短时间内气压急速下降,有时24小时内中心气压可降24hPa以上,瞬时风速迅速增至30米/秒以上,风浪汹涌,并伴有暴雨等剧烈天气,有些甚至能形成类似于台风的风云结构,称这类气旋为爆发性气旋,又称“炸弹气旋”。爆发性气旋对海上运输、渔业生产和海上作业构成严重威胁。由于爆发性发展,对其预警能力有限,因此危害程度可能甚于热带气旋。
关于爆发性气旋的标准,不同学者提出了不同的定义。1980年,Sanders提53出:24小时内气压下降达到或超过24sin渍/sin60°hPa(渍为气旋中心所在的纬度),称为气旋的爆发性发展。我国学者齐桂英提出:气旋中心不论在哪一纬度上,其中心气压的下降值只要24小时内达到24hPa或12小时达到12hPa,就认为是爆发性气旋。据研究,使用两者的定义分别统计爆发性气旋,其结果基本一致。据统计,爆发性气旋冬季最多,主要出现在冬半年暖海洋上海温梯度较大的海域附近,大部分位于北太平洋和北大西洋的西北部。在数量上西北大西洋多于西北太平洋,且前者更强。东北太平洋是爆发性气旋的第三个多发区。
热带气旋
概述
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。
热带气旋通常在热带地区离赤道平均3~5个纬度外的海面(如西北太平洋,北大西洋,印度洋)上形成,其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,或者变性为温带气旋,或在登陆后消散。登陆的热带气旋会带来严重的财产损失和人员伤亡,是自然灾害的一种。
不过热带气旋亦是大气循环其中一个组成部分,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;另外,也可为长时间干旱的沿海地区带来丰沛的雨水。
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、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。其他地方对热带气旋亦有不同称呼,在澳大利亚,被称为“威力”。气象学上,则只有风速达到某一程度的热带气旋才会被冠以“台风”
“飓风”等名字。
生成的条件
热带气旋的能量来自水蒸气凝固时放出的潜热。对于热带气旋的形成条件,至今尚在研究之中,未被完全了解。一般认为热带气旋的生成须具备六个条件,但热带气旋也可能在这六个条件不完全具备的情况下生成。
(1)海水表面温度不低于26.5益,且水深不少于50米。这个温度的海水造成上层大气足够的不稳定,因而能维持对流和雷暴。
(2)大气温度随高度迅速降低。这容许潜热被释放,而这些潜热是热带气旋的能量来源。
(3)潮湿的空气,尤其在对流层的中下层。大气湿润有利于天气扰动的形成。
(4)需在离赤道超过5个纬度的地区生成,否则科里奥利力的强度不足以使吹向低压中心的风偏转并围绕其转动,环流中心便不能形成。
(5)不强的垂直风切变。如果垂直风切变过强,热带气旋对流的发展会被阻碍,使其正反馈机制不能启动。
(6)一个预先存在的且拥有环流及低压中心的天气扰动。
大多数热带气旋在热带辐合带形成,热带辐合带是在全球热带地区出现的雷暴活动区。
热带气旋在海水温度高的地区生成,通常在27益以上。它们在海洋的东部产生,向西移动,并在移动的过程中增强。这些系统大部分在南北纬10°~30°形成,而有87%在20°以内形成。因为科里奥利力给予并维持热带气旋的旋转,热带气旋鲜有在科里奥利力最弱的南北纬5°之内生成。但热带气旋也有可能在这个地区形成,例如2001年的台风“画眉”和2004年的热带气旋“Agni”。
海面热力及地形因素
太阳辐射
对于发生在地球陆地、海洋和大气中的绝大多数灾害过程来说,太阳辐射是主要的能源,而来自宇宙中其他星体的辐射能仅是太阳辐射能的一亿分之一,对于来自从地球内部传递到地面上的热量也仅是一万分之一。
大气与海洋都存在着南北温差,冷热对比造成空气和海水的循环流动,产生风和海流,将热带低纬地区多余的热量输送到两极,使地球表面温度对比不致太大。我们可以把地球上的热平衡过程看做一部低效率热机,低纬和高纬地区分别是冷热源,海洋好比大锅炉,太阳辐射是燃料,大气中的水汽以及海水是媒介,热机的运作现象就是风和海流。大气中最重要的南北热交换过程是通过季风、热带气旋来完成的,海洋中则是依靠大规模海洋环流系统。在暖洋面上,海面的感热输送作用可以使冷高压入海变性。
海气能量交换
海面每时每刻都在蒸发过程中消耗热量,当水汽进入大气后,在一定条件下又会发生凝结,把热量释放出来,形成海气之间的潜热交换。潜热交换的数量主要取决于水面和空气的水汽压差以及风速的大小,而水汽压差又受气温和海气温差的制约。一般冬季最大,春秋次之,夏季最小。我国渤海、黄海水温较低,蒸发量也小,潜热交换数量也小。感热交换是指由于海面水温和气温的差异而引起的海气之间的热量交换,海洋对大气的感热输送主要发生在秋冬季。
大气和海洋间总的热量交换是辐射平衡、潜热交换、感热交换的代数和。
与陆地相比较,海洋冬暖夏凉,气团由陆地入海时就会变性,或增强或减弱。当冬季极地大陆气团爆发后,干冷空气移入暖湿的洋面时,海洋对大气供给大量感热和水汽。观测表明,海面通过潜热和感热向冷气团输送的热量要比暖气团活动时多3倍,造成气团变性特别明显,与冷空气在海上变性不同,气旋在海上的变性主要表现为加深和风速加大。
下垫面条件
表层海水与大气间的相互作用造成了地球上的气候状况。热带地区由于强烈的日照促成增暖以及蒸发,因此表层海水温度、盐度均较高。中纬度地区,表层海水特性虽然会随季节变化很大,但仍比深层海水暖和轻。高纬度极区海水本来就很冷,每当冬季来临时表层水温更为降低,海水密度增大,并与深层海水相混合,这也就是深层海水的来源。海洋对气候变化扮演了稳定作用的角色,主要是因为海洋有很大的“热惯性”,这是由于水的比热容大、混合快、有相变、潜热大,而且光线可穿入很深水体。极区海冰对全球气候影响较小,这是因为地球是球面分布,极区面积远远小于温带与热带,极区海面覆盖有冰层和冰块,隔绝了海气交互作用,另外当水温低时,海气间热交换过程亦较慢,效率不高。
热带气旋发生在暖洋面上,一旦离开暖洋面就会衰亡。海洋表面的高温和丰沛的水汽是维持台风内部对流和加热所必需的。海表温度对热带气旋的影响主要有两个方面,一是影响热带气旋的形成和强度,二是影响热带气旋的移动路径。
海陆分布地形及海陆热力差异是形成中尺度海面风场的主要因素。长江入海口的长三角洲地区,由于陆面水面交错,下垫面地形及热力性质有很大差异,夜间会出现明显的陆风,白天会出现海风及相应的垂直环流,在群岛海域,热力、动力因子的联合强迫作用十分明显。
灾害影响
成熟的热带气旋释放的功率可达6伊1014瓦,在海上的热带气旋引起滔天巨浪,狂风暴雨。有时会令船只沉没,国际航运受影响。但是热带气旋以登陆时所造成的破坏最大,主要的直接破坏包括以下三点。
(1)大风:飓风级的风力足以损坏以至摧毁陆地上的建筑、桥梁、车辆等。特别是在建筑物没有被加固的地区,造成破坏更大。大风亦可以把杂物吹到半空,使户外环境变得非常危险。
(2)风暴潮:因为热带气旋的风及气压造成的水面上升,可以淹没沿海地区,倘若适逢天文高潮,危害更大。风暴潮往往是热带气旋各种破坏中夺去生命最多的。