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氣旋

氣旋（cyclone）是指北（南）半球，大氣中水平氣流呈逆（順）時(shí)針旋轉(zhuǎn)的大型渦旋。在同高度上，氣旋中心的氣壓比四周低，又稱低壓。它在等高面圖上表現(xiàn)為閉合等壓線所包圍的低氣壓區(qū)，在等壓面圖上表現(xiàn)為閉合等高線所包圍的低值區(qū)。氣旋近似于圓形或橢圓形，大小懸殊。小氣旋的水平尺度為幾百公里，大的可達(dá)三、四千公里，屬天氣尺度天氣系統(tǒng)。氣旋中，天氣常發(fā)生劇烈的變化，是人們最關(guān)心和最早研究的天氣系統(tǒng)。

氣旋 - 研究史

氣旋現(xiàn)象
早在19世紀(jì)60年代，人們就發(fā)現(xiàn)并開始研究溫帶氣旋的結(jié)構(gòu)和活動規(guī)律。英國氣象局首任局長R.菲茨羅伊，根據(jù)H.W.多沃的見解和自己在航海過程中所積累的資料，于1863年首次提出溫帶氣旋和反氣旋地區(qū)的地面氣流結(jié)構(gòu)。1878年，R.艾伯克龍比結(jié)合氣壓場給出了一個(gè)氣旋天氣圖模式，將氣壓形勢和天氣結(jié)合在一起。20世紀(jì)初期，英國氣象學(xué)家N.肖提出了反映氣旋中氣流切變和風(fēng)暴特征的氣旋模式,并將降水分布同氣流聯(lián)系起來。1918年和1921年，挪威學(xué)者J.皮耶克尼斯和H.索爾貝格提出了新的氣旋模式和氣旋生命史模式，首次將氣團(tuán)、鋒、氣壓場和天氣分布有機(jī)地結(jié)合在一起。挪威學(xué)派的這些成果，一直被氣象界廣泛采用。30年代，J.皮耶克尼斯和芬蘭學(xué)者E.H.帕爾門等，根據(jù)高空探測資料，對溫帶氣旋和鋒面的三維結(jié)構(gòu)作了很多研究。40年代末至50年代初，帕爾門進(jìn)一步將氣旋族和長波聯(lián)系起來，確定了溫帶氣旋和高空大氣長波的關(guān)系。這些結(jié)論，已為60年代的衛(wèi)星云圖所證實(shí)。
氣旋分類的方法很多，通常按氣旋形成和活動的主要地區(qū)或熱力結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。按地區(qū)不同，可分為溫帶氣旋、熱帶氣旋和極地氣旋性渦旋（見極地氣象學(xué)）等；按熱力結(jié)構(gòu)的不同，可分為冷性氣旋和熱低壓等。溫帶氣旋大多數(shù)屬鋒面氣旋。熱帶氣旋和地方性熱低壓屬暖性低壓。發(fā)生在熱帶洋面上強(qiáng)烈的氣旋性渦旋，當(dāng)其中心風(fēng)力達(dá)到一定程度時(shí)，就稱為臺風(fēng)或颶風(fēng)；當(dāng)其移入溫帶后，將逐漸具有溫帶氣旋的特色。

氣旋 - 鋒面氣旋

鋒面氣旋是由鋒面上的波動產(chǎn)生的，多發(fā)生于溫帶的極鋒（極地氣團(tuán)和熱帶氣團(tuán)的交界面）之上，這種波動也稱氣旋波。溫帶地區(qū)的降水大部分同鋒面氣旋有關(guān)，氣旋活動的頻次、強(qiáng)弱對人類最密集的溫帶地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和社會活動有重要的影響，因此它是最受重視的天氣系統(tǒng)之一。

氣旋 - 生命史

熱帶氣旋
鋒面氣旋由鋒面上的波動沿著鋒面?zhèn)鞑グl(fā)展而生成，其生命史可分為四個(gè)階段：①初生階段。當(dāng)冷鋒移動緩慢或趨于靜止時(shí)，鋒上出現(xiàn)小波動，即氣旋波，在波動前方暖空氣向冷空氣方向移動，形成暖鋒；在波動的后方冷空氣向暖空氣方向移動，形成冷鋒，故圍繞著波動產(chǎn)生了氣旋型的環(huán)流,環(huán)流中心氣壓下降,形成低壓中心。②成熟階段。隨著氣旋性環(huán)流的加強(qiáng)，中心氣壓不斷下降，且氣旋的暖區(qū)越加明顯。在此階段，由于暖空氣沿冷鋒和暖鋒上升，水汽因膨脹冷卻而凝結(jié)，出現(xiàn)系統(tǒng)性的云系和降水。③錮囚階段。通常由于冷空氣中的風(fēng)速較強(qiáng)，冷鋒比暖鋒移動得快，最后冷鋒趕上了暖鋒，這時(shí)冷鋒后和暖鋒前的冷空氣相合，而冷鋒前和暖鋒后的暖空氣則被抬升到高空。這種過程稱為錮囚過程。在鋒的北段，冷鋒和暖鋒相合的鋒面，稱為錮囚鋒。此時(shí)的氣旋環(huán)流最強(qiáng)，中心氣壓最低，稱為錮囚氣旋。④衰老階段。當(dāng)氣旋中心被來自各方的冷空氣所占據(jù)時(shí)，氣旋就進(jìn)入衰老階段，這時(shí)氣旋的環(huán)流減弱，氣壓升高，范圍擴(kuò)大，在對流層下部變成溫差較小的大冷渦。當(dāng)暖空氣被抬升到更高層之后，上升運(yùn)動減弱，云雨也隨著減少。氣旋的發(fā)展過程，除最后的衰老階段比較緩慢之外，一般在一兩天之內(nèi)就可完成。
在中國還有一種與上述典型的氣旋生命史稍不同的氣旋。在氣旋出現(xiàn)之前，地面先有暖性倒槽或熱低壓，冷鋒從其西北方逐漸移入槽中，同時(shí)在倒槽中由于鋒生作用產(chǎn)生暖鋒，當(dāng)冷鋒進(jìn)入倒槽與新生暖鋒銜接時(shí)，在接合處，氣壓下降，有氣旋性閉合環(huán)流生成，形成鋒面氣旋。

在氣旋發(fā)展過程中，地面氣旋始終處于高空氣壓槽的前方，同高空鋒區(qū)和急流相對應(yīng)。在氣旋發(fā)展的初期，高空槽、高空鋒區(qū)和急流軸的波幅都很小，氣旋位于高空槽前部、鋒區(qū)和急流的南側(cè)。隨著氣旋的發(fā)展，高空槽加深，高空鋒區(qū)和急流軸的波幅增大，氣旋位置向高空槽、鋒區(qū)和急流接近。到氣旋的錮囚階段，高空槽發(fā)展成冷低壓，急流軸的波幅更大，地面氣旋中心也從急流軸的南方移到北方，和高空冷低壓重合。

氣旋 - 機(jī)制

在

圖中所見是熱帶氣旋的典型
地面氣旋中心及其前方,低層氣流輻合,高層輻散,盛行上升運(yùn)動。當(dāng)高層輻散大于低層輻合時(shí),氣壓下降,氣旋加深；反之，氣壓上升，氣旋就被填塞。因此對流層上部的強(qiáng)烈輻散，是氣旋發(fā)生和發(fā)展的重要條件。對流層上部低壓槽的槽前為輻散區(qū)，槽后為輻合區(qū)，特別是當(dāng)有一支急流由槽后流向槽前時(shí)，輻散量、輻合量將加大，在急流軸上，氣塊的渦度變化尤為強(qiáng)烈，輻散量和輻合量更大。這可用渦度方程(見大氣動力方程)加以說明：槽前的氣塊由南向北移，由氣旋式渦度變到反氣旋式渦度，渦度減小，氣塊產(chǎn)生水平輻散；槽后的氣塊由北向南移，由反氣旋式渦度變到氣旋式渦度，渦度增加,氣塊產(chǎn)生水平輻合。所以在氣旋發(fā)展初期，當(dāng)伴有急流的高空短波槽移到地面鋒區(qū)上方時(shí)，對應(yīng)于槽前位置的鋒面往往出現(xiàn)顯著降壓現(xiàn)象，并有氣旋生成。隨著高空槽發(fā)展，地面氣旋和反氣旋也得到發(fā)展。當(dāng)高空槽加深而形成冷低壓時(shí)，則沿高空氣流方向的空氣塊就具有同等大小的氣旋式渦度。這時(shí)，氣塊在移動過程中渦度變化很小，因此不會產(chǎn)生大量的輻散，地面氣旋也就減弱衰老以至消亡。在高空槽后，也由于渦度變化很小而不產(chǎn)生大量的輻合，使地面反氣旋的生成發(fā)展也減弱。
氣旋發(fā)展的能量來源于溫度對比很大的鋒區(qū)所積蓄的位能（見大氣能量），在暖空氣上升和冷空氣下沉過程中，位能釋放而轉(zhuǎn)換為動能，這有利于氣旋的發(fā)生和發(fā)展。由于氣旋區(qū)域的空氣和周圍空氣發(fā)生交換，所以能量轉(zhuǎn)換過程是非常復(fù)雜的。

氣旋 - 氣旋族

氣旋族

在發(fā)展完善的鋒面氣旋的極鋒上，當(dāng)受到擾動時(shí)，會產(chǎn)生新的氣旋波，它將繼續(xù)按鋒面氣旋生命史發(fā)展。同樣，在新產(chǎn)生的氣旋的冷鋒上，又可產(chǎn)生氣旋波。這樣，在一條極鋒上出現(xiàn)的氣旋波往往可達(dá)三四個(gè)之多，它們形成一串氣旋，即稱氣旋族。氣旋族的東南方為副熱帶高壓，其西北方為極地冷高壓，整個(gè)氣旋族位于高空長波槽的前部，并受長波氣流的引導(dǎo)，由西南向東北方向傳播。環(huán)繞整個(gè)半球的高空西風(fēng)帶上，一般有4～5個(gè)長波，對應(yīng)于地面也有4～5個(gè)氣旋族。

在溫帶地區(qū)，有時(shí)在一條鋒上會出現(xiàn)一連串的氣旋，沿鋒線順次移動，最先一個(gè)可能已經(jīng)錮囚，其后跟著一個(gè)發(fā)展成熟的氣旋，再后面跟一個(gè)初生氣旋等等。這種在同一條鋒上出現(xiàn)的氣旋序列，稱為氣旋族。

我國境內(nèi)出現(xiàn)較少，單個(gè)氣旋入海后在海上常有氣旋族發(fā)展，歐洲單個(gè)氣旋較少，而氣旋族卻常見。在中緯度的高空，象鎖鏈一樣的氣旋一個(gè)挨著一個(gè)，首尾相接，一直延伸到高緯度地區(qū)，景色非常美麗壯觀。每一族的氣旋個(gè)數(shù)不等，多達(dá)5個(gè)，少則2個(gè)。一般北半球常有四個(gè)氣旋族同時(shí)存在。每一個(gè)氣旋族都與一個(gè)高空大槽相對應(yīng)，而氣旋族中的每一個(gè)氣旋都和大槽槽前的一個(gè)短波槽相對應(yīng)。我國東北低壓、蒙古氣旋、黃河氣旋、江淮氣旋和東海氣旋等，都屬于溫帶氣旋。它們的活動對東北、華北地區(qū)和江淮流域的天氣有很大的影響。

氣旋 - 熱低壓

對流層下部的暖性氣旋。按靜力學(xué)關(guān)系(見大氣運(yùn)動的平衡狀態(tài))氣壓隨高度而減小,但暖性氣旋中心的氣壓遞減率遠(yuǎn)遠(yuǎn)比四周大氣的小，因此熱低壓隨高度迅速減弱，熱低壓的上空，即對流層中部已為暖高壓所取代，所以熱低壓是較淺薄的天氣系統(tǒng)。熱低壓主要于夏季發(fā)生在大陸上，是由于日照強(qiáng)烈，使對流層下部空氣變暖而形成的，所以熱低壓具有地方性的特點(diǎn)。夏季在印度北部對流層下部的南亞低壓以及在土耳其和中國西部經(jīng)常出現(xiàn)的準(zhǔn)定常熱低壓。

氣旋 - 切斷低壓

對流

氣旋
層中部和上部的冷性氣旋。按靜力學(xué)關(guān)系，冷性氣旋中心氣壓隨高度減小的程度，遠(yuǎn)比四周為大，所以冷性氣旋隨高度而加強(qiáng)，是比較深厚的系統(tǒng)。它是在對流層中上部低壓槽南端的冷空氣堆急速南下的過程中，被兩側(cè)暖空氣從北面的冷區(qū)主體中切斷而形成的冷低壓，有時(shí)簡稱冷渦。在發(fā)展完善的冷低壓區(qū)，鋒區(qū)和急流都環(huán)繞著低壓中心，呈閉合形式。低壓的低層一般為冷高壓，當(dāng)?shù)蛪喊l(fā)展得很強(qiáng)時(shí)，低層也可出現(xiàn)氣旋。切斷低壓區(qū)盛行上升氣流，最強(qiáng)上升運(yùn)動在其東部，一般東部多雨，西部晴好。切斷低壓比較穩(wěn)定，可持續(xù)幾天，有時(shí)甚至可維持十幾天，在此期間有向西南方緩慢移動的趨向。一旦低壓區(qū)出現(xiàn)較強(qiáng)下沉運(yùn)動，或因和四周暖空氣混合,失去了冷堆結(jié)構(gòu),就迅速消失。切斷低壓具有地區(qū)性和季節(jié)性的特點(diǎn)，多出現(xiàn)在美洲和歐洲地區(qū)，春秋較多，這些都同該時(shí)該地的暖空氣較為活躍有關(guān)。中國典型的切斷低壓比較少見，唯在東北地區(qū)，夏季常見一種冷渦，很類似于切斷低壓。這種冷渦雖然環(huán)流弱，范圍小，但常產(chǎn)生暴雨天氣。
大氣中的冷、暖空氣被切斷的過程往往相互進(jìn)行，冷空氣可以為暖空氣切斷，暖空氣也可為冷空氣切斷。在切斷低壓的東北部和西北部，常有被切斷出來的閉合暖高壓，這就是阻塞高壓。切斷低壓和阻塞高壓均穩(wěn)定少動，對上游東移的天氣系統(tǒng)起著阻塞的作用。

氣旋的影響
鋒面氣旋系統(tǒng)對原有的單一天氣系統(tǒng)控制下的天氣產(chǎn)生的影響，　　　由于氣流從四面八方流入氣旋中心，中心氣流被迫上升而凝云致雨，所以氣旋過境時(shí)，云量增多，常出現(xiàn)陰雨天氣，即氣旋雨。在鋒面天氣系統(tǒng)中，無論冷鋒還是暖鋒，鋒面上方的暖氣團(tuán)都是沿鋒面抬升的，都將形成有云和降水的天氣，即鋒面雨。當(dāng)兩種系統(tǒng)結(jié)合在一起形成鋒面氣旋后，將輻合成更強(qiáng)烈的上升氣流，天氣變化將更為劇烈，往往會產(chǎn)生云、雨甚至造成暴雨、雷雨、大風(fēng)天氣。　　在圖中，冷鋒和暖鋒的降水區(qū)域會略有不同。因冷氣團(tuán)密度大于暖氣團(tuán)，冷氣團(tuán)始終位于暖氣團(tuán)之下，鋒面始終倒向冷氣團(tuán)一側(cè)，降水區(qū)域總是位于鋒面的冷氣團(tuán)的一側(cè)，圖中在CD前方會形成寬闊的暖鋒云系和相伴隨的連續(xù)性降水天氣，在AB后方會形成狹窄的冷鋒云系和降水天氣。氣旋中部（冷鋒雨區(qū)與暖鋒雨區(qū)之間）則是單一暖氣團(tuán)控制下的晴好天氣。

鋒面氣旋的發(fā)展
鋒面氣旋也有它的發(fā)生，發(fā)展和消亡的過程。對鋒面氣旋常有兩種認(rèn)識：一種認(rèn)為是有封面（準(zhǔn)靜止鋒活冷鋒）發(fā)生擾動，逐漸形成低壓中心，演變而成鋒面氣旋，可以簡單理解成現(xiàn)有鋒面，再形成氣旋；另一種認(rèn)為是地面低壓先形成，進(jìn)而產(chǎn)生鋒面，發(fā)展成為鋒面氣旋。兩種鋒面氣旋在起始發(fā)展條件上雖然有一定的區(qū)別，但是在形成以后，發(fā)展過程卻十分相似。
相關(guān)術(shù)語
氣旋：氣旋又稱為低氣壓氣旋。占有三度空間的、在同一高度(等壓面)上，具有閉合等壓(高)線，中心氣壓(高度)低于周圍的大型渦旋。在北半球，空氣作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；在南半球其旋轉(zhuǎn)方向則相反　　反氣旋：反氣旋又稱高氣壓。氣旋和反氣旋是一個(gè)系統(tǒng)的兩個(gè)方面。氣旋
江淮氣旋：是指出現(xiàn)在江淮地區(qū)的氣旋。　　東北氣旋：又稱東北低壓。活動于我國東北地區(qū)的氣旋。是影響我國的重要天氣系統(tǒng)之一。　　鋒面氣旋：亦稱極鋒氣旋、波動氣旋、斜壓氣旋。產(chǎn)生于溫帶極鋒發(fā)展中的波動上強(qiáng)烈斜壓性氣旋。我國有由鋒面進(jìn)入低壓槽、淺低壓或臺風(fēng)后發(fā)展成為鋒面氣旋的。　　冷渦：冷性低渦的簡稱。中心冷于四周的渦，其強(qiáng)度隨高度的增加而增強(qiáng)。　　東北冷渦：活動于我國東北地區(qū)或其附近的高空大型冷渦。它是能夠維持3-4天或更長時(shí)間的深厚系統(tǒng)。　　西南低渦：亦簡稱西南渦。在西藏高原及西南地區(qū)特殊地形和一定環(huán)流共同作用下，產(chǎn)生于我國西南地區(qū)。
氣旋與反氣旋的判斷
遵守螺旋定則，南半球用左手，北半球用右手。大拇指的指向是氣旋中心空氣的上下，四指的指向是該天氣系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)方向。