5、 消亡期:
随着温带气旋进入囚锢阶段,槽后冷平流已经不在加强,系统斜压能逐渐被消耗,暖锋也开始进入锋消阶段。
随着暖锋的减弱消失,系统的抬升柱开始减弱,除了东南侧外其他地区逐渐被冷气团控制,同时因为中心依然惯性维持低压辐合,于是系统整体转为冷心辐合结构,中心气压开始快速回升,进一步加强了暖平流的减弱,逐渐进入恶性循环。
当水汽图上的干舌控制中心时,则可以认为系统已经转为冷心结构,从而判定系统不再属于温带气旋类别,此后弱冷平流减弱,则系统将回归锋面性质,而如果冷平流依旧,则系统将成为一冷性气团,逐渐转化为地面非*典型的冷高压态势(高空槽)。
第五部分:温带气旋的底层结构和近地面影响
(温带气旋实例解析)
温带气旋,顾名思义既有温带的特征又有气旋的特征,这在其结构上表现为:
1、 温带性:冷锋和暖锋并存、高空西风带槽线
2、 气旋性:冷暖平流气旋性卷入、中心有辐合上升气流
《大气科学(第二版)》中提到的1998年11月10日左右在北美地区形成的寒带性温带气旋为例。
该系统的发展,始于1998年11月8日左右,阿拉斯加和欧洲形成两条阻塞高压脊强烈经向发展,并在北极地区反气旋打通,阻隔极涡南下,其中一部分形成长波槽进入美国大平原,10日00Z开始诱生底层温气系统。
从10日00Z的500Hpa层面等高图上可以看见,当时北支槽的槽底位于新墨西哥州中部到德克萨斯州交界,在对应的海平面气压场上,槽前的堪萨斯州中部有一个气旋性中心产生,南侧冷锋位于俄克拉荷马州-德克萨斯州西部一线,此时位于堪萨斯的系统中心气压为998Hpa,而冷暖峰之间的夹角为140°,可见目前系统还位于温带气旋发展的前期,斜压结构正在建立,此时的底层系统中心并没有特别强烈的上升气流,1000-500厚度场上维持相对平直的纬向状态,但是暖流一侧已经有暖湿增温区域的雏形出现。
9个小时以后,也就是10日09Z,高空槽线槽底已经停止南下并逐渐东移叠加到底层系统中心的上方,相对涡度显示出向底层中心靠近的趋势,同时底层的冷锋已经追上暖锋,系统中心开始建立囚锢锋结构。云图上系统的逗号形态愈发的明显,且冷流的进入使得系统中心南侧出现云带空缺,也就是囚锢锋锋后的云系空缺带。另外值得一提的是,该时次后部的第二冷锋已经并入主冷锋内部,导致系统的水平温度梯度剧烈增强,使得锋面坡度愈发平缓,底层渗透加强,云图上可以看到冷锋云系的宽度略有增加,同时气旋性曲率更加的明显,云带向冷方向的边缘非常平滑。厚度场上,随着暖流带动整体气流的上升幅度加强,系统中心的辐合抬升也呈现增强态势,导致厚度场开始扭曲,系统东南侧可以见到明显的相对较厚区域,对应于平均温度的高值区,这是一个温带气旋逐渐进入其成熟期的标志。
到了10日18Z,温带气旋囚锢的特性已经有明显的体现,同时500Hpa层面的槽线断流形成切断低涡,高层环流条件的变化非常明显得正向导致了底层温带气旋的加强,18Z时地面实测得到其中心气压为968Hpa,位置位于明尼苏达州东南,也就是高层急流轴的向气旋中心一侧,略微偏于低涡的中心。此时冷锋长度的40%都已经和暖锋囚锢,中心附近有中高层云系发展,涡管抬高加厚。而底层的风场显示冷锋锋后的云系已经将中心隔离于西南暖湿气流的西北侧,由此确认系统达到其巅峰,因为暖流的缺失说明了科氏力已经无法将暖流带入系统的中心,未来中心辐合气流将逐渐转为冷心结构,斜压能仅仅退在东南象限残余冷锋的锋前区域,已经无法有效的参与中心附近的加强。
整个温带气旋发展的过程,主要取决于冷流的强度和控制范围,而这点可以说可以从高度场和1000-500厚度场直观的看出,当高度场等位势线和厚度场等值线的夹角愈发偏大时,气团的移动表现为速度增快,由此导致了系统中心附近该夹角的进一步增大。而当高度场出现闭合位势线,则此时温度平流达到最强值,从而逐渐环绕底层的低压中心。导致了暖湿气流被“边缘化”,较厚的区域被排除出系统的中心,并逐渐将中心附近转为冷心环流中心,最后将残余的水汽和暖气团都抬升至高空后系统开始减弱,中心涡管下降,冷锋云带出现断裂,最后逐渐的散乱,最后是冷锋的减弱和水平气压和温度梯度减弱,冷暖空气混合,形成温气形成前的态势。
从一个温带气旋对于地面附近的影响来说,主要取决于其温度平流和水汽通道的位置变化。在一个气旋的初期,冷流位于系统的西侧,冷流常呈现偏向东南的状态,而暖平流在冷锋锋前呈现偏西气流,经过系统中心后转向西北方向补充进入暖锋后部。当系统进入发展期后,冷锋进一步南下进入西南象限,后侧的冷平流沿着冷锋的推进方向由向南转为向东南最后转为向东,而暖平流则呈现完整的西南气流,有时会在末端转为偏南气流,到达暖锋后抬升量两侧延伸发展。当系统进入成熟期时,冷暖峰已经部分囚锢,导致冷流逐渐环绕底层低压中心做逆时针环流运动,同时在锋后始终存在向锋区的分量,导致锋区切变线依然维持,此时暖锋和发展期基本相同,主要差别在到达暖锋前端后向外扩散的部分比例明显开始增大,向中心的部分比例减小,最后在囚锢后期完全消失,此时中心附近只剩冷平流,进而系统开始减弱。在整个过程中,冷锋区域始终存在一条切变线,两侧切变方向随着温带气旋所处阶段的不同而改变,但如果以锋面为东西向基础轴线,则冷流在其北侧呈现西北向东南推进的状态,且随着温带气旋强度的增大,风矢量和锋面线之间的角度逐渐变小,当系统到达囚锢期时该角度达到最小值,而后锋面开始崩溃,暖平流则和锋面平行,呈现自西向东的状态,区别只在暖湿气流的强度。
从海平面气压场来说,一般冷锋锋后有一条冷高压系统存在,但是其强度一般不强,特别是当系统逐渐发展到成熟期后该高压逐渐的变得不再可见,而暖锋锋后常常呈现背景恒压场,其水瓶气压梯度只随着温带气旋中心气压的下降而加强,对于一个成熟的温带气旋来说该值可以稳定维持在5-10Pa/1km,故一个成熟的温带气旋中心常常有着TS-STS的强度,部分温带气旋甚至可以达到TY的强度,这取决于冷暖流对冲的强度,也就是中心气压的强度。
从垂直气流来说,冷高压因为热力学成因一般盛行下沉气流,但在冷锋锋区因为暖湿气流受到抬升的影响有一片比较强大的上升流区域。而温带气旋中心和暖锋附近作为辐合的最中心区域,该地区的上升气流可以达到一个比较强大的程度,故中高纬度的温带气旋中心附近以降雪和锋面强对流过程居多。