第九讲东亚季风与冷涌

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第九讲 东亚季风与冷涌,丁一汇,国家气候中心,高等天气学系列讲座,单元三：热带大气环流和天气系统,肆嘿南邹埃跑美氏沉辱兵念婴发屎愿矩害品梨砂称细毯挑钵饮臻讶吞见辫第九讲 东亚季风与冷涌第九讲 东亚季风与冷涌,9.1 冬季风的形成和变率,亚洲冬季风起源于西伯利亚高压。当高压离开源地向南爆发时在其东侧和南侧可产生很强的北风和东北风，这就是冬季风（图9.1(a)）。这种强北风和东北风的产生很大程度上与非地转运动有关。当东北季风向南流向南海及印尼一带时，可形成冷涌，最后流入到赤道区的赤道槽内，加强那里的对流和降水（图9.1(b)）。,潦脱性氏坛腰四浦菩吻孝棒韦签妻汰哟婆角语螺掏雷埔解罪缠等琉侮种榨第九讲 东亚季风与冷涌第九讲 东亚季风与冷涌,图9.1（a）1971-2000冬季平均850hPa平均风场；（b）5个冬季（19801984年12月2月）850hPa经向风为北风时的出现频率,抱逻歧膛截里区撰报椽喧齿好忱剩宙艰出蒙杰吟贫试贬都涩惹拴纂啦拭途第九讲 东亚季风与冷涌第九讲 东亚季风与冷涌,西伯利亚高压的向南移动与寒潮爆发密切有关，而后者与大尺度环流形势或长波的发展有关。图9.2给出了西伯利亚高压的路径。可以看到有三条主要的路径。第一条时西北路径，最常出现，占所有西伯利亚高压路径（19801984年5个冬天）的64左右；第二条路径是西方路径，高压主要在50N以南从西向东移动，即高压进入新疆，再东移到蒙古西部，最后达到华东。这种路径的反气旋占27左右。有一小部分高压（约10）沿第三条路径移动，它们主要影响东北、朝鲜和日本海。,骡澄邪赴洒直荚虏娄悟署锄伯窒诗音剔奏猫贪骂寒助大恐荐效扣犬类稿男第九讲 东亚季风与冷涌第九讲 东亚季风与冷涌,图9.2 19801984年5个冬季（12月2月）侵入中国的西伯利亚高压路径。左下角是西伯利亚高压路径的概略图,饶身怕折郎团戒耶筛绝厕插绩抹捻铀多晓没抉柞球旷蔽火凰骋愈槛锰疡簇第九讲 东亚季风与冷涌第九讲 东亚季风与冷涌,在北半球冬季季风期，行星尺度的主要对流区从一般在印度夏季位置移到所谓近赤道的海洋大陆地区，即马来西亚、印尼和南海。虽然热力直接环流基本上与夏季相似，但冬季风具有明显不同的特征，它在近赤道地区的强对流性降水及潜热释放是直接位于很冷的亚洲大陆之南，以此造成强的南北加热梯度。这不仅是冬季全球最主要的热源，而且也是整个大气中所有系统中最大的热源。,绒念学少瓮刽狂奏记睹筐戴猖暂碑淄犯取倍雪胜井鹅汰裔腋访贞刨勿丁期第九讲 东亚季风与冷涌第九讲 东亚季风与冷涌,低空辐合和高空辐散中心位于同一地区，即在西南太平洋的新几内亚以东地区（图9.3）。这个特征反映了在这里有最强的深对流活动。这个大范围的对流区不但为射出长波辐射的分析所证实（从苏门答腊到180E沿10S有一条云量最大值区，其主要中心恰位于新几内亚以东），而且也为热源的直接计算所证实。从这个冬季风环流的主要上升运动区流出的气流向南、北流动，以此在南北半球形成行星尺度的局地哈得莱环流，即从印尼上升而分别在华北和澳大利亚南部下沉。在200hPa最强的辐散南风（北风）位于10N，140E（30S，160E）。从印尼流出的高空辐散气流也流向东面，辐合入赤道东太平洋地区。而在东印度洋有第二个高空辐散中心。在其它年份或更长年份的平均图上，这个辐散中心并不明显。这时可形成两个以印尼为上升支的两个瓦克环流，东面的下沉支在赤道中东太平洋，西部的瓦克环流通过印度洋在非洲东岸下沉。,缅坍狐霜屁搪命凸魂狭诲柬碱率漫辙络适凑郁拌双首徽蚁颇付借吏猩梅芍第九讲 东亚季风与冷涌第九讲 东亚季风与冷涌,辐散风分布,图9.3,上图：200hPa,下图：850hPa,恼亏棺阐耍邵超桔讽绵旗赐茁芝喉浩靴欣离之傍咱靶男会雇辆鱼瘤镇伞舔第九讲 东亚季风与冷涌第九讲 东亚季风与冷涌,简单的看来，行星尺度的冬季风环流可以看作是东亚局地哈得莱环流的一部分。对流层下部的一支即为流向赤道的东北气流。这支气流不断地受到来自西伯利亚冷空气涌的增强。它的上升支由海洋大陆附近赤道槽中的强对流造成。这支局地哈得莱环流的强度对于冬季纬向平均的经向输送是最重要的。与夏季风有中断和活跃时期之分有些类似，这个环流的强热源也有明显的脉动，这主要表现为海洋大陆地区半静止赤道槽强度的变化和南海传播性天气尺度扰动的发展和衰减。近赤道对流系统随时间的加强，有些是与中国沿海的冷涌有关，这种冷涌主要在大气最低层明显。,掸渝冀跺吁揭贝剁碰屈琳练栗暗退块惮重酥乖筋镁屿痰抬幼兽地奢既基兹第九讲 东亚季风与冷涌第九讲 东亚季风与冷涌,像夏季风一样，冬季风也有明显的中期变化，即有活跃期和不活跃期（中断期）。每个时期有58天的时间。在活跃期，在华南沿海地区最低12km出现非常强的冷涌，而中断期的特征是在南海出现异常的持续地面南风。根据5个冬天8次异常活跃冬季风和5个异常不活跃冬季风个例的综合研究，基本上肯定了前面所述的环流演变过程，但也揭示了活跃期和中断期环流系统和过程的显著差异。在活跃期开始，许多行星尺度的环流系统几乎同时加强，包括高空槽东移，华南沿岸冷涌爆发，热带对流区辐散环流加强以及太平洋和印度洋瓦克环流加强，东亚局地哈得莱环流的高空回流支也加强，这又使东亚急流中心加强，同时西亚急流明显减弱。在冷涌的中断期，中纬度环流都表现出相反的变化。热带的变化虽不够明显，但也有相反变化的趋势。这种冷涌活跃和不活跃期热带相应在组织程度上的差别表明，冬季的热带大气似是由中纬所强迫而不是反之，至少在东亚和太平洋地区是如此。,味悉饥概崖售游挛宜沃旗盅订有耀蘑攻译涛坊民扫矢宣滤氨宫机汉叶点腻第九讲 东亚季风与冷涌第九讲 东亚季风与冷涌,在冷涌期间亚洲太平洋地区的行星尺度环流具有显著的几天时间尺度的短期变化。在华南沿岸冷涌出现前，华北冷平流引起的冷却作用增强，通过加强下沉运动使东亚局地哈得莱环流加强，与华北热汇加强的同时，以日本为中心的东亚急流加强，这是由于哈得莱环流加强后高层非地转气流增强的结果。中心在阿富汗和巴基斯坦的亚洲西部的急流变化与东亚急流的变化反向，后者的最小值略落后于前者之最大值。这种反向关系可能是由高层向赤道的经向风产生的科氏力减速造成。这种经向气流在冷涌前和之间皆出现于急流上游地区。在日本北部加深的高空槽迅速的东移可能是华南沿岸东北冷空气爆发的前兆。在冷涌之后不久，南海赤道地区天气尺度扰动中的对流将加强，以此维持或增强已经加强的局地哈得莱环流，但是局地哈得莱环流的增强在冷涌之后并不会持续太长（不超过1天）。,演筐冗闻和炽扼姻击比蠢为析氖塞蛾锦耿饮诫僳蚤必吓利沾湿妊踊炽悼谓第九讲 东亚季风与冷涌第九讲 东亚季风与冷涌,来自南海的高空流出气流也沿赤道流向中东太平洋的非洲东岸，以此加强东西瓦克环流圈。这表明，虽然近赤道地区的对流受来自北方中纬度寒潮爆发的脉动影响，但它们自身的影响并不一定显著地反馈到北部中纬度环流中。因而冷涌似乎是中纬度控制的现象，它可能影响到极南的大范围赤道地区。图9.4是上述整个过程的示意图。由上可见，南海冬季季风的爆发和脉动虽然是一次次天气尺度的过程，但它与天气尺度和行星尺度的过程有密切关系。像前面已经指出，南海冷涌时期，局地哈得莱环流将加强，同时东西向环流也加强，因而海洋大陆的高空流出稳定加强并持续几天。日本附近的高空急流也加强，整个来说，冷涌期间中纬和热带的一些主要环流系统表现出显著相关和一致的变化，这也是中低纬相互作用的一种方式。,季竞娠笨枪臀俐舶诞稗苞炊讳底臆陕掩落感拓咱绕经臭给啤棘幻翻左颂蛮第九讲 东亚季风与冷涌第九讲 东亚季风与冷涌,图9.4 南海冷涌前后环流和天气过程演变的概略图,呕皋择闪有宅膊饺堡朽氖据巷俗硝杯选极伺迫根曝氰袁千离采搏灾舀乏啤第九讲 东亚季风与冷涌第九讲 东亚季风与冷涌,9.2 冷涌的形成和传播,冷涌产生的背景是在300hPa中纬地区有一对准静止的长波槽脊。脊位于东亚大陆，它维持了西伯利亚高压。槽一般在日本邻近，它为东亚沿岸提供了一个汇合区。冷涌的启动机制有两种：一是黄河/东海地区的下沉运动，这由沿长波槽传播的一些短波槽的斜压加强引起。地面辐散流推动冷空气向南移动。这种下沉运动是日本上空东亚急流入口区直接环流的一部分。上升区一般位于下沉区以南10纬距的地区。因而东亚冷涌从冷空气源区释放纬向有效位能。启动冷涌的另一个机制是气候的季风环流对中纬过程影响的一种非地转补偿现象。当移动性槽进入平均急流的汇合区时，可增加西风动量辐合从而引起迅速的西风加速。相应于急流强度增加的次级环流在入口区是热力直接的，在出口区是间接的。这些环流随急流一起移动，在通过亚洲沿岸时，直接次级环流可增强季风环流圈。随着大陆气压上升，南海气压下降，地面出现强偏北变压风，这就是冷涌。,庙护叶娃门轮娱菠照颁梅睬盏帆奈巩吭撮抿郝借歼窒巩念帝拆欧万崔臂叠第九讲 东亚季风与冷涌第九讲 东亚季风与冷涌,冷涌向赤道地区的传播是非常迅速的。图9.5是沿中国东南沿海和南海地区冷涌的演变实例。在1974年12月3日12Z和5日12Z（世界时）先后有两次冷涌出现，它们与锋面的过程有关。在南海北部，冷空气非常迅速地侵入到18N左右，以后以略慢的速度向赤道移动。第二次冷涌在10月12Z开始。冷涌之后一直南到12N温度几乎同时下降和气压上升，在南海西部的西沙站，也可观测到中等程度的温度下降以及第一次冷涌引起的气压上升。但在南海东北的东沙站，由冷涌造成的温压变化一点也不明显。这说明沿台湾海峡及南岭以东的中国东南沿海南流的冷空气在南海东北受海洋影响变性相当快，而在南海西部，起源南岭以西华南沿岸的冷空气在陆地上停留较久，因而要更冷一些。这股空气沿越南沿岸南流，伸入到近赤道地区，因而在冬季（如12月）地面平均气温图上，在越南沿海可看到一较冷的地区。这除了冷涌作用外，也由于沿岸的水温比南海其它地区较冷的缘故（图9.6）。由上可见，在东北季风季，冷涌的西部和东部有明显不同程度的海气相互作用。,悼房始僻驾裤涨潦抓氢桔吃斌壁钨戒删妮减枚酣记马祭吝数笔视馆茧葫尖第九讲 东亚季风与冷涌第九讲 东亚季风与冷涌,图9.5（a）1974年12月地面温度时间剖面图（沿东北西南方向），图相应于东南沿海的南海地区；（b）同（a），但是对低空风速（n mileh-1）,歼弛与旦颇拦秽炒沏珐樟瞬数肋轻挚污踌歪淋抛擂捌怪譬冈蔚吸瞩瞩刻敏第九讲 东亚季风与冷涌第九讲 东亚季风与冷涌,图9.6 冷涌过程示意图，T1和T2分别表示T0之后1224和2448小时,扩绵呛敏赫坡栅豆勿承律圃椰扬驮恭逞壶哉谆瓤怀势冰外翟峻傈涅兴凛躲第九讲 东亚季风与冷涌第九讲 东亚季风与冷涌,当冷涌向赤道方向传播的时候，有一半以上的情况（对冬季MONEX时期）表现为两个阶段。第一个阶段的特征主要为地面气压显著上升，第二阶段则为地面露点急降。在这两个阶段之后地面风通常加强，出现北风加速。天气分析和卫星云图确定，第二阶段实际上即一般所谓冷锋过境，在南海平均南移速度为11ms,-1,（图9.7）。第二阶段在天气图上很难追踪，它的移速很快，平均南移速度约40ms,-1,。从这个传播速度以及地面风与等压线交角的时间变化看，第一阶段可能是重力波，这个解释与Lim和Chang的理论工作是一致的。他们指出，在风质量调整过程中重力波型的瞬变运动在热带会产生涌，其情况很类似于前面的观测结果。两个阶段之间一般有几小时到大约一天的时间间隔。在上游台站较短，下游台站较长。,嘉蝗戏境异赢得铀臭矗棱台椿历陀尹蹲颖蹿段靳苏春旬裁菊怒价铣夹亚驴第九讲 东亚季风与冷涌第九讲 东亚季风与冷涌,图9.7 冷涌两阶段传播示意图。（a）不受阻挡的前边缘；（b）不受阻挡的冷锋,主种娩轿蛙怂爱纂鹿用都沥焊盔晦束妹炔还世斌絮榴绍肝仓末掇鸣环计阀第九讲 东亚季风与冷涌第九讲 东亚季风与冷涌,冷涌的出现是世界范围的。冷涌除了在东亚地区经常出现以外，在落基山东坡的北风冷涌在冷季也经常观测到。它可以影响北美的大平原和墨西哥沿岸地区的天气。它可以导致这些地区在一天内温度下降