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解码地理:系统视角观天气系统既复杂又不复杂


直击问题:

1大气运动的形成

2气象要素

3气旋和反气旋

4天气系统的组合影响

5我国东部雨带的移动

引言:

天气系统中都有哪些气象要素?

气象要素之间到底是怎样的关系?

天气系统的威力?

2016623日下午1430分左右,江苏省盐城市阜宁县遭遇的强冰雹龙卷风双重灾害,造成当地严重的人财物损失,本次灾害之所以严重一是与它来得快有关,二是与它风力大有关。龙卷风是一个小尺度(有时间和空间概念)的超低压天气系统,说它小,因为它的影响范围在几公里到几十公里半径内。地球上最大尺度的天气系统为行星风系系统,台风、飓风、锋面等属于中尺度天气系统。那么到底何谓天气系统呢?天气系统通常指引起天气变化和分布的高压、低压和高压脊低压槽(类似于地形的谷地部分)等具有典型特征的大气运动系统,整个系统主要有气象要素构件、动力因子和要素组合变化构成。

研究天气系统首先就好像去超市买菜,你得知道那里有哪些菜?,带着这种思考,我们先了解一下天气系统的构件之一——主要气象要素:气压和风。气压从量上来说有高、低之分,

按成因来分有动力和热力气压,前者是由大气挤压造成的,后者是由冷热造成的,气压若按照性质分,分为冷性高压(如极地高压)、暖性高压(如副高),辨别以上这些内容,才算初步了解了气压。一般所指的风就是大气水平运动,风从量上来说有大、小之分,风按性质分为冷的、暖的、干的、湿的,两两组合形成多种性质的风。如我国夏季为来自太平洋的具有暖湿性质的东南季风。气压与风的关系紧密,上述热力原因造成的气压差异就会产生风,大致的过程是这样的:太阳辐射的纬度差异就会导致冷热不均(气温差异),而冷热不均(产生大气的上升和下沉运动)会造成气压差异,两地之间就会产生水平气压梯度力,促使大气从高压运动至低压(大气水平运动),形成风,而风

一旦形成,地转偏向力和摩擦力就随之而来,这就像购买了股票后,兴奋、沮丧、担忧等总有一种心情随之而来。风越大,后两种力也越大。这里有两个概念我们再强调一下,那就是“直接原因”和“根本原因”。风产生的直接原因是水平气压梯度力的存在,而风形成的根本原因是太阳辐射的纬度差异。这还指的是大尺度具有全球性的风,水陆之间也会由于水陆热容量不同而引起气温差异(局地冷热不均),形成不同尺度的局地风(如海陆风)。

气压与风的多种组合就会形成比较复杂的天气系统,何况,代表大气物理状态的气象要素还有降水、辐射、能见度、湿度、日照、云量等等。系统能将零散的东西进行有序的整理、编排形成的具有整体性的整体,要素之间彼此关联,牵一发而动全身,因此现实中的天气系统及其变化极为复杂。我们化繁为简,通过大气上升,来看看各气象要素的变化。与大气上升正相关的是,云量增多,降水增加,阴天也增多,大气逆辐射增强,空气湿度也会增大;而与之负相关的是大气上升过程中气温下降(近地面大气的直接热源为地面)、太阳辐射减弱、能见度下降、晴天减少。大气上升触发的要素变化一旦分为正负相关两方,则清晰多了,更重要的是掌握其中的原理和规律。以后如果哪一位学友出现“副高——大气上升——晴天”这样的不合逻辑的推理组合,就需要再来看看这张图,重温一下“大气上升系统”。再分析大气上升的缘由可以获悉:如果近地面气压越低,则大气上升越快,近地面风力也越大。因此,作为低压系统的台风中心气压越低,台风中心风力越大、降水也越猛,登陆后威胁也越大。2016年第1号台风“尼伯特”登陆台湾前中心气压达到910百帕,中心最大风力有17(65米/秒),形成超强台风。

地球上主要的中尺度天气系统有低压(气旋)、高压(反气旋)、锋面等等。台风是低压天气系统,但低压不一定是台风。台风是热带低压,多形成于

太平洋北纬5度到20度之间,那里气温高、蒸发旺盛、大量的湿热气体膨胀变轻,急速上升,水平气流受地转偏向力影响旋转,形成强大的气旋性涡旋,故又称热带气旋,在北半球近地面逆时针辐合上升(见左图)。许多学友知道:“台风形成后,一般向西、向西北移动”,但台风为什么这么走呢?。这就引出另外一个天气系统——高压系统。在夏季,太平洋上副高盛行,被夏威夷高压“霸占”,高气压在北半球是顺时针辐散下沉的(见左图)。太平洋西部的大气受到“夏威夷高压西部北上气流”牵引而向西、向北运行。原来这里还有一个高低气压互动的“故事”——“高西牵低(台)'。你可以运用这一原理“迁移分析”澳大利亚东部“畏来风(南半球热带气旋)”的路径走向。不妨试一试。有时候,冷不丁连续问学友两个问题:“台风生成于什么纬度?”,紧跟着问“为什么台风生成于北纬5度以北,5度以南不是蒸发更旺盛吗?”。一些学友往往转不过弯来,要知道气旋形成中“地转偏向力”因子是不可或缺的,但它在赤道处有吗?。低压除了热带低压以外,还有温带低压又称温带气旋,在北半球同样是逆时针辐合上升,我国华北、东北出现比较多。

关于天气系统,经常有学友提出我国东部冬季气温下降是高压(反气旋)形成的,还是冷锋作用形成的。其实,正是冬季亚欧大陆上有了高气压系统(西伯利亚高压)以后,我国东部才盛行寒冷的西北风,西北风与南方未退走的暖空气相遇形成冷锋,导致气温下降。这就说明我国东部变冷,是冷锋直接影响下的结果,但变冷的关键还是大陆上西伯利亚高压的形成。西伯利亚高压往往和冷锋相伴,夏威夷高压、亚洲低压往往与暖锋相伴出现,天气系统往往“组合影响”着区域的天气状况,前面的“副高——台风”也是。北半球的温带低压这方面的组合影响也很复杂。(见右图),

北半球温带气旋的西部地区也受地转偏向力影响,吹偏北风,形成冷锋,而气旋东部地区吹西南风,形成暖锋,整体形成温带气旋“少部分暖空气控制、绝大部分为冷空气控制”的局面,这是“冷锋——温带气旋——暖锋”的组合,这里特别提醒,该系统的降水区域在靠近冷暖锋线的冷空气一侧。

      2016年的夏天我国东部地区气候极为异常,降水量超多,这就是继1998年中国江河洪灾后我国又一次遭遇到的严重气象灾害,这与厄尔尼诺的影响有关。如在常年,我国东部雨带的移动还是比较有序的:45月雨带移动到南岭一带,6月中旬~7月上旬雨带移到江淮地区(冷暖空气在这里交锋一段时间,形成江淮准静止锋),78月雨带移到华北、东北地区。整个北移的过程是夏季风增强的过程,也是暖锋北移的过程。在这期间,按时间依次出现华北春旱、江淮地区梅雨(6月中旬~7月上旬)、长江流域伏旱现象、华北夏涝现象。8月之后北方冷空气中心开始形成南下,9月份雨带退到江淮地区,10月份退到南岭以南,雨带南移过程冷锋影响大。这个过程中也是暖湿的夏季风、干冷的冬季风此消彼长的过程。伴随着冷锋的是降雨、大风天气,我国东部故有“一场秋雨一场寒”之称。以上观之,我国南方的雨期长、北方雨期短、降水集中。那么我国雨带移动的直接原因是夏冬季风,而根本原因则是海陆热力差异的存在。每年夏季亚欧大陆上生成亚洲低压(低压中心在印度),太平洋上存在一个夏威夷高气压(副高的残余部分),其西部(陆地低压和海洋高压之间)盛行东南夏季风,随着副高(功劳大)的强大和北移,夏季风也随之增强和北移,与冷空气相遇形成冷锋,这就是我国东部雨带移动的原由。2016年夏厄尔尼诺现象使得西太平洋大气活动不活跃,雨带滞留南方时间长,降水量大,造成江河湖水猛涨,江河大提,险情不断。

延展一下,提供下面两张图,请学友运用本篇知识解读一下:

备用图

 







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