高空冷渦作用下臺風的形成 高空冷渦形成原因

導語：在氣象學中，高空冷渦是一個關(guān)鍵的天氣系統(tǒng),，其獨特的氣象條件對臺風的形成起著決定性作用，高空冷渦通常表現(xiàn)為高空大氣中的一個低溫、高壓的氣旋性環(huán)流系統(tǒng),，當這種冷渦與低層暖濕氣流相遇時，便會形成強烈的垂直切變和不穩(wěn)定的大氣層結(jié),，為臺風的形成提供了必要的環(huán)境條件,，下面就一起去看看高空冷渦形成原因吧！

高空冷渦作用下臺風的形成

高空

夏季太平洋中部高空槽內(nèi)的冷渦,，其中有一些勢力較強的可以伸達地面,，誘生出東風波和低壓擾動來。這些擾動以后在有利的環(huán)境條件下可以發(fā)展,，有些能達到臺風強度,。所以有人認為高空冷渦是形成太平洋臺風的一種重要熱帶擾動。

但是在西太平洋上,，由這種方式形成的臺風每年并不多,。1977年5號臺風(vera臺風)是高空冷渦發(fā)展成臺風的一個例子,1977年7月21日在日本以東洋面有高空槽加深，結(jié)果在對流層上部切斷出一個冷渦,。這個冷渦主要在200毫巴和150毫巴表現(xiàn)明顯,，22—25日冷渦在29°N,136°E附近少動。25日以后向西南方向移動,，27日到達26°緯度時折向偏西方向移動,。28日14時加強成臺風，中心附近最大風力有8—9級,，29日14時加大到12級,，31日08時達最強，中心最低氣壓為925毫巴,，最大風速達55米/秒,。17—18時在我國臺灣省基隆市登陸，21時進入臺灣海峽。8月1日11時前后在福建省惠安再次登陸,。由7月22日08時150毫巴,、500毫巴、850毫巴流線圖可以看到,，冷渦在150毫巴很明顯,。500毫巴和850毫巴看不出來，在冷渦相應位置是副熱帶高壓南側(cè)的偏東氣流,。

22日以后,，冷渦勢力開始向下伸展，23日到達300毫巴,，26日到達500毫巴,、850毫巴和地面(圖略),成為一個深厚的低渦。由于低層渦旋環(huán)流的出現(xiàn),，云量大量增加,，原來冷渦內(nèi)部的無云區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榉e云發(fā)展區(qū)。通過積云對流,，凝結(jié)潛熱在高層釋放,，這使高空冷渦逐漸減弱和趨于消失，最后轉(zhuǎn)變?yōu)榕缘姆礆庑h(huán)流,。在7月29日08時150毫巴圖可看到,，臺風上空已轉(zhuǎn)變?yōu)榉礆庑h(huán)流。這時臺風得到強烈發(fā)展,，28日20時,，中心最大風速為22.5米/秒，29日20時達到40米/秒,，幾乎增強了一倍,。下面我們再說明大洋中部槽與低空赤道槽相重疊時，高空冷渦在赤道槽中會觸發(fā)臺風形成,。由于這時低空條件很有利于擾動的發(fā)展,，臺風的形成非常迅速。1973年10月1日以后,，在200毫巴上有一個高空槽發(fā)展,，并向南延伸，同時大洋中部高空槽也不斷西退,，4日兩個槽合并在菲律賓以東形成寬廣的橫槽,。西太平洋許多熱帶測站風向都轉(zhuǎn)成西風。5日高空槽中有冷渦生成,，西面一個冷渦位于15號臺風附近,。

由于地面擾動周圍風速垂直切變減小(高低層都是西風)以及氣旋性環(huán)流的下傳,，促使原來發(fā)展十分緩慢的15號臺風擾動迅速加強。在36小時內(nèi),，氣壓下降95毫巴,，其中50毫巴是在5日20點—6日.02點6小時內(nèi)下降的。這個下降速度比1971年30號臺風下降還快(51毫巴/小時),。臺風中心最低氣壓為875毫巴,。可以看到在西太平洋120°—170°E有高空槽存在,。西部的一個冷渦正位于15號臺風的附近,，而在此以東，赤道槽內(nèi)沒有渦旋存在,。偏東氣流與西南氣流在關(guān)島附近交匯,。6日高空槽的南半部迅速向東南移動，其中有一個高空冷渦移到關(guān)島附近,，位于低層輻合區(qū)東端上空,。由于高空冷渦的加強和向下伸展，迅速在地面赤道槽中觸發(fā)擾動生成,。擾動又在一天內(nèi)加強成臺風,，即17號臺風。由于15號臺風的發(fā)展,，原來的高空冷渦第二天(6日)消失，代之高空出現(xiàn)弱的輻散氣流,。

到7日逐漸發(fā)展成明顯的反氣旋環(huán)流,，這是臺風中對流增強的結(jié)果。在7日的圖上,，高空槽仍很明顯,，位置略有后退。一個冷渦與17號臺風相迭置,，臺風繼續(xù)發(fā)展,。到8日，高空槽迅速東移到150°E以東,，17號臺風上空也為一個高壓脊代替,。臺風是暖心的渦旋，而高空冷渦是冷心渦旋,，其轉(zhuǎn)變機制怎樣呢?由于缺乏足夠的資料對這種過程進行詳細的分析和研究,，目前對這種過程并不了解。有人根據(jù)一些個例分析提出了下述看法：在冷心環(huán)流伸透到地面之后,，高空部分減弱和衰亡,，結(jié)果只在地面附近留下一個弱的氣旋性渦旋。這個殘留的渦旋與其它低層渦旋一樣，只要環(huán)境條件有利就可以獲得發(fā)展和加強,，進而形成暖心系統(tǒng),。高空冷渦消失的主要原因可能是由高空緩慢的增暖作用造成。

一方面,，當冷渦西移進入對流層上部暖脊區(qū)時,，暖平流可造成增暖;另一方面通過冷渦內(nèi)部深對流釋放的潛熱產(chǎn)生增暖。如果這個看法是正確的,。高空冷渦本身并不能直接形成臺風,，而只起到一種啟動或觸發(fā)作用，使低層擾動得以發(fā)生,。一旦低空擾動生成,，高空冷渦的作用也就完成。至于誘生的低空渦旋是否會發(fā)展,，與其它渦旋一樣,，決定于當時的環(huán)境條件。當西風帶環(huán)流經(jīng)向度發(fā)展時,，高空槽南端有時被切斷出冷性渦旋,，并進入副熱帶或熱帶地區(qū)。這種冷性的渦旋在熱帶海洋環(huán)境條件下會逐漸變性為暖性的臺風,。大振幅的延伸到低緯的高空槽又叫延伸槽,。切斷的冷渦只有到達熱帶海洋上才能轉(zhuǎn)變?yōu)榕_風，如果是在陸地上被切斷,，則會在熱帶氣流中消亡,。

在北太平洋上，這種切斷過程冬季和夏季都會發(fā)生,。東太平洋上冬季有一部分副熱帶氣旋就是由這種過程形成,。在夏季，冷渦切斷過程不多見,，其中能發(fā)展成臺風的更少,，即使能發(fā)展成臺風，所處的緯度也比較高(20°—25°N),生命期一般不長,。近幾年由切斷冷渦形成臺風的才見到3—4次,。例如1971年11號臺風是從日本東部一個向南延伸的高空槽南端切斷冷渦發(fā)展而成的。由于高空槽上游在日本地區(qū)高壓脊十分穩(wěn)定,，脊前西北氣流很強,，使高空槽不斷向南延伸，這時兩側(cè)高壓脊逐漸在較高緯度反氣旋打通,，把冷渦切斷在副熱帶東風氣流中,。原來向東運動現(xiàn)轉(zhuǎn)為向西運動,，并且逐漸變性為暖心臺風的結(jié)構(gòu)(溫度場和云型)。這種臺風的擾動并不發(fā)生在熱帶地區(qū),，是由中緯度低指數(shù)環(huán)流時期的冷渦演變成的,。如果延伸槽位于東亞沿岸，則在南海北部甚至中部可出現(xiàn)切斷冷渦,，這種冷渦也會在南海海面變成臺風,，其中有一部分在東風氣流牽引下向西或向偏北方向運動，登陸廣東或廣西等地,。

由于這種臺風位于我國近海附近,，從生成到登陸常只有2—3天，有時會因預防不及造成意外的損失,。因而做好這一種臺風的發(fā)生發(fā)展的預報具有特別的意義,。這種臺風主要形成在過渡季節(jié)，以春季為最多,。因為這時沿岸仍是平均槽的位置,，高空槽在這里加深的機會較多;另一方面熱帶的季風開始活躍起來，副熱帶高壓北推和西伸的機會也增多,。1974年由這種方式生成的臺風有4個,，是近25年最多的一年。在一般情況下,，平均每年只有一個,。這種臺風開始時在對流層中層較明顯，表現(xiàn)為閉合的低壓渦旋,，向上逐漸不清楚,。在對流層低層常常也有渦旋存在，它位于一條明顯的氣流切變線上,。在地面常表現(xiàn)為冷鋒或靜止鋒上的一個低壓，所以有時也認為這種臺風是在冷切變線上發(fā)展的臺風或由氣旋波轉(zhuǎn)變成的臺風,。

在50年代中就有人注意到這種臺風的發(fā)生過程,。廣東氣象臺)和趙可隆2)曾分析1955年6月2日—12日登陸臺山縣的一個強臺風(中心最低氣壓986毫巴，最大風速35米/秒),。這次臺風的生成與東亞沿岸的高空槽發(fā)展有關(guān),，這時冷空氣到達較低緯度，在華南低空維持偏東北氣流,。在南海南部地區(qū)則有較強的西南風(風力在700毫巴達24米/秒),。在地面圖上，臺風的前身是在日本高壓和太平洋高壓之間一個氣旋族中的最后一員,，它位于南海偏北部,。趙亞民3又分析1958年5月底一次類似的臺風發(fā)展過程,，他把這個由溫帶氣旋演變成的臺風形成過程分為四個階段，并且指出,，臺風發(fā)展的一個重要標志是南海上空的冷性低壓變?yōu)榕缘蛪?，中心溫度升高，外圍降低?/p>

Simpson也給出美國東南沿海這種類似臺風的發(fā)展模式,。第一階段,，在副熱帶形成鋒面波動。在低層有暖濕空氣從熱帶進入系統(tǒng),。在波動以北有一個移動性高壓東移,。在第二階段，隨著斜壓性減弱,，波動消失,，氣壓下降主要由潛熱釋放造成。低壓北面500毫巴高度升高,。最后斜壓性進一步減弱,，接近正壓狀態(tài)，出現(xiàn)熱帶氣旋性質(zhì)的閉合風暴環(huán)流,，潛熱釋放使氣壓迅速下降,。Simpson還指出，在過去20年中,，大西洋上每5個熱帶氣旋中就有一個是斜壓性熱帶氣旋,，即能源最初由斜壓場供給(位能轉(zhuǎn)換為動能)。盡管這類風暴后期逐步轉(zhuǎn)變?yōu)檎龎涵h(huán)境中發(fā)展的熱帶風暴,，以潛熱能源為主,，但其初期發(fā)展條件肯定是不同的，整個發(fā)生發(fā)展過程要復雜一些,。

最近幾年,，衛(wèi)星云圖，尤其是同步衛(wèi)星云圖清楚地顯示出由溫帶氣旋云型演變成熱帶風暴云型的過程[31-33.例如1971年大西洋上Arlence颶風的生成就是一個明顯的例子,，近年來隨著近海臺風發(fā)生發(fā)展問題研究的開展,，這類臺風受到了更多的注意。中央氣象臺和大氣物理研究所4.5)等對臺風的前期大尺度環(huán)流條件,，臺風轉(zhuǎn)變前后的溫壓結(jié)構(gòu),，云型演變等進行了研究。根據(jù)1958年以來十幾個個例的分析,，這種臺風的生成和發(fā)展具有一定的大尺度環(huán)流條件,。

(1)在臺風發(fā)生前幾天(3—5天),東南亞和南海地區(qū)西南季風有一次明顯的加強和北推現(xiàn)象，在低層出現(xiàn)20米/秒的風速中心,。由圖4.43可以看出在臺風生成前的5天(1—5日),季風從孟加拉灣東南部逐漸推進到南海北部,。最強的風速在700毫巴上達28米/秒,。

在其它年份和個例也有類似情況。如1974年5號,，17號,，19號，1958年4號,，1960年1號,，1970年3號臺風等。隨著季風的北推,，有許多季風云團或云系進入南海中部和北部,。

(2)北方有一次較強的冷空氣南下。在華南,，在中低層造成東北季風的增強,，迫使東北季風與西南季風形成的中低層切變線南壓到南海北部或中部，并在該區(qū)穩(wěn)定下來,。所以臺風大都是發(fā)生在10°—20°N海域上,。由于切變線兩側(cè)氣流的增強，切變渦度增大,，可導致切變線上一些低層渦旋發(fā)生,。在渦旋周圍可觀測到有一些積雨云發(fā)展?？梢钥吹?，在臺風生成前切變線迅速南壓到南海并穩(wěn)定下來，相應東風中心也南移,，西風中心北推,。因此切變線入海是這類臺風發(fā)生的一個基本大尺度環(huán)流條件。

臺風

(3)臺風發(fā)生前,，在500毫巴上亞洲大范圍環(huán)流為穩(wěn)定的二槽一脊型,。西西伯利亞和東亞沿岸分別為一冷槽，其間是一暖脊,。冷空氣從東亞低槽后部南侵,。由于槽后高壓脊穩(wěn)定少動，隨著冷空氣向南爆發(fā),，高空槽不斷向南延伸，500毫巴槽底可到達南海北部,。由于槽線南北段移速不同,，槽線逐漸演變成近東西向的切變線，以后在槽南端切斷出冷性氣旋性渦旋,。相應在低層為一條切變線,，其上有渦旋存在,。這種渦旋有兩種，一種是低層渦旋,，在500毫巴上已不存在,，這種低層渦旋在高空有利條件下(主要是高空輻散啟動下)可以發(fā)展成臺風。另一種渦旋由500毫巴延伸槽中切斷在熱帶的冷渦造成,。由于500毫巴以下各層切變線隨高度傾斜很小,，當冷渦勢力向下伸展時，可誘發(fā)低層切變線和地面冷鋒上有渦旋生成,。

(4)在這類臺風生成時,，由于高空延伸槽前西風在南海北部建立，處于低層西南季風之上,，風場垂直切變變小,，這對臺風的發(fā)生發(fā)展有利。根據(jù)計算,，臺風發(fā)生前和發(fā)生時200毫巴和850毫巴緯向風差一般小于5米/秒,。此外又由于高空槽槽前的輻散作用，也能促使臺風的發(fā)展,。

(5)當渦旋加強后,，其北側(cè)500毫巴上高壓區(qū)成反氣旋打通，這對渦旋轉(zhuǎn)變?yōu)榕_風起著重要作用,。這時主要注意海上副熱帶高壓西伸加強,、高空槽北縮的過程。由于渦旋現(xiàn)位于副熱帶高壓以南的東風氣流中,，有利于它逐漸變性為熱帶天氣系統(tǒng),。1974年5號臺風是一個明顯的例子。500毫巴形勢演變與圖4.45—4.47相似,。這里只給出850毫巴流場圖,。另外，渦旋在下一個高空槽前或東面副熱帶高壓西側(cè)西南氣流引導下也可向東移動,，由于它們在南海北部海域上有較長的移動路徑,，也有機會逐漸變性為臺風。7418和7419號臺風是在夏末秋初在一條冷性切變線上同時生成的兩個臺風(圖略),。1974年9月2日,，冷切變線位于廣東省南部。沿切變線有一些大面積積雨云團,，它們主要在西南氣流中,。在地面圖上冷鋒不明顯，斜壓性很弱。700毫巴以下為明顯的位勢不穩(wěn)定區(qū),。

積雨云的卷云輻散很明顯,。在衛(wèi)星云圖中有兩片積雨云較密集的地區(qū)，其中有些云團已開始彎曲,，似乎圍繞一中心旋轉(zhuǎn),，它們大致與地面圖上的兩個低壓環(huán)流相對應。9月3日,，切變線移入海上,，積雨云區(qū)的明顯變化是圍繞著兩個低壓環(huán)流組織起來。大面積云系主要位于低壓西南側(cè),，北側(cè)只有一些彎曲的螺旋云線,。東面的一個低壓云系發(fā)展較完整一些。到9月4日,，東面低壓云系中出現(xiàn)密蔽云區(qū),，高空卷云輻散也很明顯，南面西南氣流中有大量積雨云團卷入低壓,，西面的低壓也進一步發(fā)展,，兩條云帶圍繞一中心旋轉(zhuǎn)，但密蔽云區(qū)并沒有形成,。9月5日,，東面低壓云型與臺風云型相似，編為18號臺風,。西面低壓螺旋結(jié)構(gòu)很明顯,，范圍擴大，南側(cè)卷云輻散更清楚,，但中心密蔽云區(qū)還沒有形成,。

這一天編為19號臺風。上面的云系演變說明入海以后切變線結(jié)構(gòu)與熱帶輻合區(qū)并沒有什么明顯差別,，已不再有冷鋒的特征,，而是表現(xiàn)成一條活躍的對流帶。由氣流輻合和位勢不穩(wěn)定釋放造成的積雨云活動對臺風的發(fā)生發(fā)展和轉(zhuǎn)變起著很重要的作用,。但是上述云型變化只代表冷切變線上臺風形成的一種情況,，如果切變線有斜壓性，地面有冷鋒存在,，云型的演變與上述情況不完全相同,。低壓常常從減弱的冷鋒云帶的尾端逐漸發(fā)展起來。在開始時,，由于高空冷渦的作用,，冷渦中的云區(qū)比周圍要濃密，有積雨云發(fā)展，這是地面低壓發(fā)展的一種先兆,，以后在發(fā)展過程中，先出現(xiàn)類似溫帶氣旋的云型,，有冷舌卷入中心,，以后再轉(zhuǎn)變?yōu)橐话愕呐_風云型。

在個別情況下,，中緯度陸地上的低渦移到海上后也會變成臺風,。1974年8月中旬一個生成在南海的臺風即為一例。臺風最初是出現(xiàn)在西南地區(qū)的一個低渦,，以后迅速南移,。在此期間由于它和北上的12號臺風相互作用發(fā)生反時針旋轉(zhuǎn)，促使它迅速到達南海北部變成臺風,。這種情況雖然很少見,，但它表明生成臺風的初始擾動不一定都來自熱帶海洋，也可以是中緯度大陸上的某些中低層渦旋,，只要環(huán)境條件有利,，同樣可以發(fā)展成臺風。

高空冷渦形成原因

溫度差異：高空冷渦的形成與大氣中存在的溫度差異有關(guān),。這些系統(tǒng)通常在較高緯度地區(qū)的對流層中,、上層形成，其中心溫度低于四周,，從而形成低壓系統(tǒng),。

動力過程：高空冷渦的形成還涉及到復雜的動力過程，包括氣流的上升和旋轉(zhuǎn)運動,。這些過程導致空氣在特定區(qū)域積累,，形成低壓中心。

與低層系統(tǒng)的相互作用：高空冷渦的形成往往與低層天氣系統(tǒng)相互作用,。例如,，當高空冷渦與低層低渦系統(tǒng)相互作用時，可以產(chǎn)生更強烈的天氣現(xiàn)象,，如暴雨,。

這些因素共同作用，導致高空冷渦的形成和發(fā)展,。

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