六 天氣系統及特徵(一)

氣旋及反氣旋

氣旋有很多種──鋒面氣旋(高緯)、非鋒面氣旋(熱帶);極地、溫帶、熱帶、赤道低壓;大尺度低壓、熱帶氣旋、微型氣旋、龍捲風。氣旋都是低氣壓,氣壓通常在1010百帕以下,帶來大風和不穩定的天氣。典型的低壓為颱風。

反氣旋也有很多種──冷心和暖心;極地、溫帶、熱帶,但它們都被認為是非鋒性。反氣旋通常是高氣壓,氣壓通常在1020百帕以上,帶來微風及良好的天氣。東亞典型的高壓是冬天的冷高壓。在阻塞的情況下,與這高壓的冷空氣不易南下。但在高空槽影響下,冷空氣便會越過高原南下,帶來寒冷的天氣。

此外,也有夏季影響東亞的副熱帶高壓。它的軸線隨月份變化:

時間

副高軸線位置(北緯)

中國天氣

六月

20

長江為梅雨

七月

25

黃淮為梅雨

七月尾至八月初

>30

華北有雨;熱帶氣旋影響華南

九月初

25

淮河有雨;江南轉晴

十月初

<20

江南轉陰雨天氣;熱帶氣旋影響華南季節結束

在副高籠罩下,通常是晴天;但在副高邊緣,輻合運動活躍,常有驟雨。

反氣旋有氣壓梯度限制,因此,等壓線在反氣旋中心不會過密;相反,靠近氣旋中心的氣壓梯度沒有限制,故低壓發展後,可在磨擦力容許之下使中心氣壓變得很低(因此,高壓中心不可能出現颶風)。

在氣旋/反氣旋中心,風速均會偏離地轉風得出風力:

vg/v = 1 + v/fR

其中v為風速,vg為地轉風,f為科氏力,R是半徑:氣旋時為正數,反氣旋時為負數。

地轉風高估氣旋內風力,卻低估反氣旋內風力。

氣旋伴隨上升和輻合運動,使水氣在高空凝結,帶來不穩定天氣;反氣旋的空氣下降途中變乾,著地後輻散,故帶來良好天氣。

大氣穩定性

大氣有數種導致不穩定的途徑:

慣性不穩定:氣團被橫向轉移,原有速度使氣團不再返回原有位置。在低緯度,科氏力弱,比較易出現慣性不穩定

靜水壓不穩定(Hydrostatic instability):當氣團因天氣因素轉變時(空氣浮力改變),氣團向上加速。

切變不穩定(Shear instability):垂直風切變引致的氣團活動不穩定。此效應隨著風切增強而作二次方增強(加速變得不穩定)。

對稱不穩定:在鋒面上,重力和科氏力的合力,使氣團在向特定位置抬升,造成氣團的不穩定及降雨。此現象出現在等溫線和等壓線不重合時。

條件性不穩定:不同高度的空氣隨高度下降率有不同,造成某些高度氣團可以抬升,另外一些高度則不利空氣抬升。

第二類條件性不穩定(CISK):由條件性不穩定引起。但因上述原因形成的積雲對流難以持續。在熱帶氣旋形成時,持續的擾動將可抵銷對流爆發後減弱的效應,造成氣旋持續的增強。但持續的擾動形成有條件:良好的低層輻合,使空氣匯聚;良好的高空輻散,使中心氣壓不致因空氣累積而上升;有上升氣流,使潛熱得以持續釋放;氣壓梯造成中心附近風力增強,增加近地阻力(和速度大致成正比),使更多空氣流入中心,加強輻合;高海水溫度,提供潛熱(過往未有熱帶氣旋在24.5度以下海溫形成)。

大氣的正壓和斜壓

在溫度風方程,風向、氣壓在大氣不同高度的差別與溫度差有密切關係。可得出以下結果:

當高層向低層走時,風向為順轉(如高層吹西北風,低層吹北風),表示有冷空氣入侵(在冬季出現);同樣情況,如風向為逆轉(如高層吹東南風,低層吹東風),表示有暖空氣入侵(在春季出現)。

通常地面溫度隨距離變化大的環境,其高空也是斜壓;地面溫度隨距離變化小的地方為正壓區。