热带天气动力学期末复习

1.低纬大尺度大气运动的特点（Whatarethecharacteristicsoflarge-scaleatmosphericmotionsonthelowlatitude?）从动力学角度而言，由于低纬度地区柯氏参数很小甚至趋于零，那里的大气必然会强烈地反映出f趋于零时的运动特征。从大气的热状况而言，大气的实测温度分布也有其纬度特点：中高纬地区存在着较强的经向温度梯度，大气是斜压的；在低纬度地区温度分布均匀，其径向梯度很小，大气近于正压。热带低纬度地区，潜热释放是驱动热带地区环流系统的主要能源。故：控制或影响低纬度大气动力学的基本因子中，有两个较为重要的因子：β效应和凝结潜热释放低纬度：f很小,不能满足地转风关系,天气尺度系统具有非地转特征,行星尺度运动具有准地转特征.科里奥利参数很小,气压场的水平梯度比在中、高纬度地区要小,流场的水平差异却十分明显.一个天气系统的发生,往往先出现流场的涡旋,辐合和辐散,以及风的水平切变和铅直切变,气压场则只有当产生强烈的对流运动后,特征才逐渐明显.同中,高纬地区相比,热带流场的变化显得更为重要.凝结潜热效应：对垂直运动和散度场具有显著影响.热带大气中凝结潜热的释放对大尺度运动系统的水平散度和垂直速度有显著的影响.2.ENSO?ENSO的几种理论机制及其优缺点。（1）定义厄尔尼诺：表示在南美西海岸（秘鲁和厄瓜多尔附近）延伸至赤道东太平洋向西至日界线（180。）附近的海面温度异常增温现象。南方涛动：指南太平洋副热带高压与印度洋赤道低压这两大活动中心之间气压变化的负相关关系。即南太平洋副热带高压比常年增高（降低）时，印度洋赤道低压就比常年降低（增高），两者气压变化有“跷跷板”现象，称之为涛动。发生厄尔尼诺/南方涛动合称为ENSO。（2）理论机制①延迟振子理论：延迟振荡机制假设：海洋东半部的动力调节影响海水表面温度，相对的改变随后输送至表面混合层的水温。缺点：该理论模拟出的ENSO周期要比实际低；优点：可以解释ENSO不同阶段的转化②皮叶克尼斯假说（正反馈图）缺点：没有解释两者之间的转化；优点：解释了暖ENSO和冷ENSO事件的发生③随机理论（不稳定理论）（3）特点①周期2-7年，主要是4年②厄尔尼诺具有锁相性，冬夏强③在东、中太平洋准静止的海水表面温度距平④ENSO开始时，和正的海水表面温度距值相关的信风减弱的了⑤沿着赤道，东太平洋斜温层thermocline)加深，西太平洋斜温层变浅。⑥在ENSO事件达到最强之前，东、中太平洋深斜温层开始回到正常气候值。3.热带大气波动开尔文之波：向东传播Kelvin波扰动位势和风场的水平结构特征：①Kelvin波的经向速度0’=0②u’,Φ’关于赤道对称，高斯分布③，地转平衡关系④高低压中心南北侧风矢量与等压线平行，地转，东北侧风矢量与等压线垂直，非地转4.CISK机制热带气旋发生发展的CISK理论，即第二类条件不稳定理论。一个弱的热带低压扰动，通过边界层的摩擦作用，造成潮湿空气的大量辐合流入和抬升(即埃克曼抽吸)，形成积云对流发展，积云释放出的凝结潜热使低压中心气温升高，高层辐散流出，结果使地面气压降低，出现指向中心的更大流入，由于绝对角动量守恒关系，切向风速增大，低层气旋性环流增强。其结果导致低层辐合流入更强，积云对流发展更旺，凝结加热更大，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，使低压扰动不稳定发展。在整个反馈过程中，边界层摩擦不只是消耗因子，而且通过埃克曼抽吸和积云对流，成为能量的制造机制。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。因此该理论能对热带气旋的形成过程，特别是其发展过程作出较为合理的解释，也得到了人们的普遍承认。优点：较好解释了台风的形成和发展。缺点：对中尺度环流系统没有重视，只强调了小尺度积云对流和天气尺度的气旋性环流之间的相互作用，而且CISK不能解释初始扰动和形成机制。热带气旋发生发展的基本条件(1)要有一个原先存在的扰动；(2)暖性洋面，海面水温高于26C或27C；(3)生成位置一般在离赤道5个纬距之外；(4)整个对流层风的垂直切变要小。5.Beta-planeβ平面近似：对于大尺度运动，要考虑地球曲率影响，为了既使用直角坐标系，又把科氏参数f随纬度Φ的变化考虑在内，通常选取y轴与经圈相切，f随Φ的变化用f随y的变化来表示，即为β平面近似。6.热带气旋，热带气旋的主要结构特征？影响其移动的主要因子？（1）定义：发生在热带、亚热带地区洋面上的气旋性环流。（2）结构：其半径一般为500一1000公里。其垂直范围一般到对流层顶，个别的还可伸展得更高。热带气旋的垂直尺度和水平尺度之比约为1：50到1：75，因此热带气旋是一个扁平的气旋性涡旋。热带气旋在垂直方向可以分为三层：①地面到3公里左右是气流的气旋性流入层，有强烈的向中心的辐合气流，其中尤以1公里以下的行星边界层中辐合最为强烈；②3-7.6公里左右的中层，径向气流很小或几乎为零，主要是气旋性切向气流垂直气流很强，低层辐合的暖湿空气通过这一层输向高层；③7.6公里左右到热带气旋顶部是流出层。最大辐散气流层出现在12公里左右。流出的空气逐渐和四周的空气混合下沉到低层，这样组成了热带气旋的径向垂直环流圈。热带气旋在径向可以分为三个组成部分：①眼区。在中心附近，一般范围为1-7公里。眼是热带气旋区别于温带气旋的主要特征之一；②最大风速区。围绕着眼区，有一环状的最大风速区，平均宽度为8-50公里。最大风速区一般与热带气旋眼壁的云墙相一致。最强烈的对流和狂风暴雨就发生在这里；③外区。从最大风速区外缘到热带气旋边缘。热带气旋是一个暖心的涡旋，中心温度很高。①台风起源的三类胚胎热带辐合带中的低压扰动,约占80—85％东风带扰动(包括东风波),约占10—15％斜压性扰动,包括高空冷涡和槽、低层冷低压和锋面波动,约占5％。②东风波对热带气旋形成的影响东风波可作为一种初生扰动，在适合环境条件下增幅最后发展成热带风暴。东风波的另一种作用是启动另外类型的扰动，使它发展成热带风暴，这种情况主要出现在我国台湾省以东洋面上，生成后的风暴多影响我国闽浙等省。③东风波形成台风的过程a西移阶段：西太平洋西南季风活跃。季风推至西太平洋中部。并在该处形成一条东西辐合线。这是东风波从中太平洋或东太平洋移入西太平洋地区，波动一般位于辐散环流下方。b叠加阶段：东风波达到热带辐合区时。波动和辐合区呈辐合叠加，云系合并。热带波是一个正涡度中心。气旋性涡度加大和大量的对流云系的汇合区是扰动发展的有利因素。c激发阶段：西南季风侵入波动与东风气流相互作用，切变涡度加大。促使在单一的气流中的波动发展成为两支基本气流组成的气旋性涡旋。d台风阶段：形成的涡旋继续向西移动。并由于第二类条件不稳定最后产生台风。影响强度取决于东风波和热带气旋的相对强度。通常尺度大、强度强与热带气旋距离近的东风波对热带气旋路径的影响较明显。影响热带气旋移动的主要因子：引导气流、β效应、垂直风切变、潜热加热、地形、其他天气气流（副高等）7.热带低频振荡及其特点？中纬度低频振荡的特点？一、热带大气的30~60d振荡（1）热带大气低频振荡定义：大气中的季节内振荡（IntraseasonalOscillation）,也称大气中的30~60d振荡.直接同长期天气变化和短期气候异常有密切关系;又同ElNino的发生有一定的关系.受到广大气象学家的重视，成为大气科学研究，尤其是气候变化研究的重要前沿课题之一。大气低频（主要是30~60d振荡）动力学被视为气候动力学的重要组成部分。（2）热带大气的30~60d振荡特点①低频振荡具有明显的地域特征，②在南亚季风区和赤道西太平洋地区有较强的热带大气30~60d振荡的活动。③热带大气30~60d振荡的活动表现出强的地域性特征，既同全球大气环流的总形势有关，也同热带大气30~60d振荡的产生机制有关④积云对流加热的反馈（CISK）是激发产生热带大气30~60d振荡的重要机制⑤南亚季风区和热带西太平洋地区经常有较强的大范围积云对流的活动⑥对流层低层热带大气30~60d振荡在风场上主要表现为纬向风分量热带东太平洋地区有较强的30~60d大气振荡？1、西太平洋地区的30~60d振荡沿赤道东传的影响；2、可能同赤道东太平洋地区常出现较强的海表水温的变化有关。因为SST异常作为一种外强迫，容易在大气中激发出低频响应。3、热带东太平洋地区的较强30~60d大气振荡在对流层上层表现行尤为突出。太平洋上空洋中槽的活动，反映了北半球中高纬度环流演变的影响，对热带东太平洋热带大气30~60d大气振荡也可能有重要作用。二、中高纬度地区大气的30-60d振荡：1、中高纬度大气季节内振荡具有正压的垂直结构特征。2、在高纬度地区，30-60d大气振荡在位势高度场上主要表现为纬向波数1-3，并且在冬半年以纬向1波和2波占优势，在夏半年以纬向2波和3波更重要。3、对于中纬度地区的30-60d大气振荡，在位势场上主要表现为纬向波数3-4。4、在中高纬度地区,30~60d大气振荡在冬半年要明显地强于夏半年。在热带地区，30~60d大气振荡有极显著的年际变化，而年变化并不十分明显。三、30~60d大气振荡的全球特征在热带地区和南北半球的高纬度地区30~60d振荡动能相对很重要，是30~60d大气振荡的最强活动带；中纬度地区30~60d振荡动能的绝对值虽然最大，但在总扰动动能中占的比例并不大，相对来讲中纬度地区（30~50纬带）并不是30~60d振荡的重要活动带。对30~60d振荡的月平均扰动动能的水平分布分析发现:冬半球的振荡动能要强于夏半球；随着季节的变化，其动能大值区有向冬季极区偏移（5~10个纬度）的趋势；在冬半球，振荡动能的分布更具有纬向不均匀性；在夏半球，动能的大值区有移向大陆的趋势。研究指出:北半球大气的30~60d振荡主要存在着两个低频遥相关型:即欧亚-太平洋型（EUP）和太平洋-北美型（PNA）。这种低频遥相关型及相应的低频波列的存在，对北半球30~60d大气振荡的活动有重要的影响。四、热带大气低频(30~60d)振荡动力学热带大气30~60d振荡主要表现为纬向1波的扰动.虽然在850hPa上2波和3波扰动也有所反映。1、热带大气中水汽充沛2、经常处于条件不稳定状态3、积云对流的活动极其频繁4、积云对流加热的反馈为控制热带大气运动的重要物理过程中高纬：冬季频繁的强东亚大槽(寒潮的活动）可能是触发ENSO事件的重要机制。通过持续的寒潮活动可以不断地把欧亚中高纬地区的扰动能量通过EAP（欧亚—太平洋型）以30-60天振荡为主的形式输送到赤道中东太平洋地区。作用：1.减弱赤道太平洋信风2.增强赤道太平洋地区的对流和30-60天的季节内振荡5、热带大气30~60d振荡垂直结构:纬向风扰动随高度明显西倾，对流层上层风场和对流层低层风场呈反相特征；温度场上扰动也有明显西倾的结构，只是不及纬向风扰动那么典型；在垂直速度场上，有上下一致的垂直运动，最大垂直速度位于对流层中层（400hPa附近）。8.东风波？东风波主要特点及其经典模式？（1）东风波定义：①在副热带高压南侧对流层中、下层的东风气流中，常存在一个槽或气旋性曲率最大区，呈波状形式自东向西移动，这就是热带波动。因为这种波动出现，并活动在东风气流里，因此泛称为东风波。②夏季，随着西太平洋副热带高压的北抬，并逐渐形成稳定的东西带状，在其南侧的东风气流中，常有一些天气尺度的波动西移，这种波动称为东风波。（2）东风波出现的时间东风波是副热带高压南侧的一种从东向西移动的热带天气系统,主要发生在7～9月份,也就是夏季北半球副高最强,脊线最偏北的时段里,当副高脊线从10月份南撤后,东风波天气便不再发生。影响我国的东风波一般出现在7-8月（3）东风波可能的形成原因：台风演变型、倒槽型、幅合带型、弱冷空气型、副高西伸型（4）东风波槽附近对应的垂直运动若东风风速随高度的增加而减少,则槽前低层辐散,高层辐合,槽后低层辐合,高层辐散,使得东风波槽前为下沉运动