氣旋流動(dòng)產(chǎn)生原理

氣旋流動(dòng)潮汐

中越合作北部灣海洋綜合調(diào)查資料，日本氣象廳(JODC)的溫、鹽資料，北部灣兩個(gè)常規(guī)斷面1997～2004年夏季的溫、鹽資料，結(jié)合QuikScat衛(wèi)星風(fēng)場(chǎng)資料，以及Topex/Poseidon衛(wèi)星高度計(jì)資料，應(yīng)用三維河口、近岸海洋模式Ecom—si對(duì)北部灣潮致余流、風(fēng)生環(huán)流及密度環(huán)流進(jìn)行了數(shù)值診斷計(jì)算。著重討論了具有代表性的北部灣冬季、夏季環(huán)流結(jié)構(gòu)特征，分析了潮余流、風(fēng)、溫鹽等因子對(duì)該區(qū)環(huán)流的貢獻(xiàn)，首次就北部灣地形、瓊州海峽入流對(duì)北部灣潮汐、環(huán)流結(jié)構(gòu)的影響以及南部灣口外海流動(dòng)對(duì)灣內(nèi)流場(chǎng)的影響等進(jìn)行了數(shù)值實(shí)驗(yàn)和初步的探討。

研究表明北部灣潮汐、潮致余流的分布有如下特征:北部灣海區(qū)全日分潮波在灣內(nèi)形成一個(gè)左旋的獨(dú)立潮波系統(tǒng)，由于淺水摩擦效應(yīng)，無(wú)潮點(diǎn)偏于入射潮波的左側(cè)，振幅由南向北增加。潮致余流從瓊州海峽和灣口海南島南部傳入，沿等深線形成多個(gè)氣旋型彎曲，并在灣西北形成一反氣旋環(huán)流，在灣頂形成一氣旋型環(huán)流;沿岸受復(fù)雜岸界影響，流速較大，灣東側(cè)瓊州海峽口和海南島西岸流速最大可達(dá)6～7cm/s，灣西側(cè)越南沿岸流速相對(duì)較小，灣內(nèi)區(qū)流速大多不及1cm/s。北部灣這種余流分布與其特殊的地形、強(qiáng)潮流慣性和海岸線密切相關(guān)。

氣旋流動(dòng)季節(jié)環(huán)流

季節(jié)環(huán)流的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)余流符合較好，其主要特征為:冬季海水在強(qiáng)而穩(wěn)定的東北季風(fēng)作用下垂向混合均勻，斜壓性很弱，主要表現(xiàn)為氣旋型正壓風(fēng)生流，平均流速約為5～6cm/s。灣中部107.5°E、18.5°N位置被一大范圍逆時(shí)針環(huán)流控制，南部灣口也存在一不閉合的逆時(shí)針型環(huán)流，外海水由海南島南部和瓊州海峽進(jìn)入，順越南沿岸流出。夏季的正壓風(fēng)生流結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，平均流速約為3～4cm/s，灣西北形成一個(gè)扁長(zhǎng)的橢圓形反氣旋環(huán)流，內(nèi)含兩個(gè)小范圍反氣旋渦，灣頂和灣中均形成小氣旋型環(huán)流，灣口處則形成不閉合的反氣旋型環(huán)流，并不能形成傳統(tǒng)觀點(diǎn)中所提到的大范圍反氣旋環(huán)流。此時(shí)，隨溫度躍層的形成，溫度的水平，垂直梯度都增大，加之沿岸徑流淡水的注入，越南沿岸的鹽度梯度也隨之增加，灣內(nèi)斜壓性很強(qiáng)。

它的直徑：小的有幾十公里，大的有幾千公里。熱帶氣旋的氣流受科氏力的影響而圍繞著中心旋轉(zhuǎn)。在北半球，熱帶氣旋沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，在南半球則以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。熱帶氣旋的強(qiáng)度、移動(dòng)速度和最大風(fēng)速半徑均會(huì)對(duì)海洋上層的響應(yīng)產(chǎn)生影響，研究它們對(duì)海洋上層響應(yīng)的影響既有助于更準(zhǔn)確的對(duì)熱帶氣旋過(guò)后海洋水文狀況進(jìn)行預(yù)報(bào)，又可以提高對(duì)熱帶氣旋本身強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)等預(yù)在夏季季風(fēng)爆發(fā)前 (IOP1期間 )南海北部以氣旋式流動(dòng)為主 ,并在此氣旋式環(huán)流的東部鑲嵌著一個(gè)較小的氣旋型渦 ;南海中部和南部以反氣旋式流動(dòng)為主 ,其中越南以東海域存在著兩個(gè)南北對(duì)峙分布的反氣旋型渦 ,在它們的東側(cè)伴隨一氣旋型渦。季風(fēng)爆發(fā)后 (IOP2期間 ) ,南海北部仍然以氣旋式流動(dòng)為主 ,黑潮水越過(guò)巴士海峽南北中線 ,一部分可能入侵南海北部 ,另一部分向東北折回黑潮主干 ;南海中部和南部仍以反氣旋式流動(dòng)為主 ,越南以東海域北部的反氣旋型渦消失 ,但南面的反氣旋型渦加強(qiáng) ,與IOP1類似 ,仍伴隨有一個(gè)氣旋型渦?？傮w而言 ,強(qiáng)流區(qū)出現(xiàn)在巴士海峽西北側(cè)和南海西部 (尤其是越南東南沿岸 ) ,南海東部和東南部為弱流區(qū)更多報(bào)的質(zhì)量。

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。在北半球右偏，反之，左偏。在同高度上，氣旋中心的氣壓比四周低，又稱低壓。氣旋近似于圓形或橢圓形，大小懸殊。

渦旋有時(shí)也稱旋渦。是指一種半徑很小的圓柱在靜止流體中旋轉(zhuǎn)引起周圍流體作圓周運(yùn)動(dòng)的流動(dòng)現(xiàn)象。一般旋渦內(nèi)部有一渦量的密集區(qū)，稱渦核，其運(yùn)動(dòng)類似剛體旋轉(zhuǎn)。在它的外部，流體的圓周速度與半徑成反比；在它內(nèi)部，則與半徑成正比，在渦心上圓周速度為零。旋渦是飛行器繞流中的重要流動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)飛行器的空氣動(dòng)力特性有重要影響。 一般來(lái)說(shuō)，流水形成的渦旋被稱做漩渦，大氣形成的渦旋則有可能形成熱帶氣旋或者龍卷風(fēng)。

大氣中有類似江河里的渦旋運(yùn)動(dòng)，有順時(shí)針?lè)较蚝头磿r(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)兩種：氣旋和反氣旋，都是大氣中大型的水平渦旋運(yùn)動(dòng)。氣旋，在北半球，空氣是反時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，中心氣壓最低，逐漸向外遞增，空氣不斷流入中心，

廣東省熱帶氣旋災(zāi)害分析與風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

廣東省地處我國(guó)南部沿海，是熱帶氣旋災(zāi)害多發(fā)省份。熱帶氣旋給廣東造成的損失居于各種自然災(zāi)害之首，約占全省全年自然災(zāi)害損失總值的60%。本文基于60年登陸和影響廣東的熱帶氣旋路徑數(shù)據(jù)和歷史氣象災(zāi)害數(shù)據(jù)等，分析了廣東省熱帶氣旋災(zāi)害的時(shí)空分布特征；研究表明，廣東全年都有可能遭受到熱帶氣旋，但影響和登陸廣東省的熱帶氣旋主要集中在7-9月份，占了全年登陸數(shù)量的72%；以登陸粵西沿岸的熱帶氣旋最多，占全省的45%?；谧匀粸?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)分析原理，采用強(qiáng)風(fēng)和暴雨兩個(gè)指數(shù)分析了廣東省熱帶氣旋災(zāi)害的致災(zāi)因子危險(xiǎn)性：以地形、水系、植被三個(gè)指數(shù)為指標(biāo)，分析了孕災(zāi)環(huán)境敏感性；采取地均國(guó)民生產(chǎn)總值(億元/平方公里)、人口密度(人/平方公里)、耕地面積占土地面積比重(%)、65歲以上老年人口比重(%)、14歲以下人口幼兒比重(%)、流動(dòng)人口占戶籍人口的比重等6個(gè)因子作為指標(biāo)分析了熱帶氣旋災(zāi)害承災(zāi)體的脆弱性；選取人均可支配收入水平、每萬(wàn)人擁有醫(yī)生數(shù)、社會(huì)保險(xiǎn)平均參保率作為指標(biāo)分析了廣東省熱帶氣旋災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)能力。綜合考慮以上因素，建立了熱帶氣旋風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，對(duì)廣東省熱帶氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，并基于GIS技術(shù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，將廣東省熱帶氣旋災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、次低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的五級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。區(qū)劃結(jié)果表明：廣東省熱帶氣旋風(fēng)險(xiǎn)呈沿海至內(nèi)陸逐漸減小的趨勢(shì)，風(fēng)險(xiǎn)最高的區(qū)域主要分布在沿海的三大地區(qū)：粵東惠來(lái)——惠東一帶、粵西臺(tái)山——電白一帶、雷州半島南端，該區(qū)域受熱帶氣旋影響次數(shù)多，且熱帶氣旋所造成的大風(fēng)和降雨強(qiáng)度大，孕災(zāi)環(huán)境也使強(qiáng)風(fēng)和暴雨更易成災(zāi)，再加上沿海各縣市人口、經(jīng)濟(jì)密度高，脆弱性水平偏高，因此其熱帶氣旋風(fēng)險(xiǎn)也偏高。同時(shí)針對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域，提出合理的防災(zāi)減災(zāi)措施，從而為廣東省熱帶氣旋災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理提供決策依據(jù)。

1998年夏季季風(fēng)爆發(fā)前后南海環(huán)流的多渦特征

利用南海季風(fēng)實(shí)驗(yàn) (SCSMEX IOP1、IOP2 )期間 ( 1 998年 4月底～ 7月初 )所獲得的溫鹽深 (CTD)、聲學(xué)多普勒流速剖面儀 (ADCP)資料及TOPEX/POSEIDON衛(wèi)星高度計(jì)遙感資料 ，分析了南海表層、1 .0MPa層和 3.0MPa層重力勢(shì)異常場(chǎng)的分布格局 ，探討了夏季季風(fēng)爆發(fā)前后南海的環(huán)流特征。結(jié)果表明 :在夏季季風(fēng)爆發(fā)前 (IOP1期間 )南海北部以氣旋式流動(dòng)為主 ，并在此氣旋式環(huán)流的東部鑲嵌著一個(gè)較小的氣旋型渦 ;南海中部和南部以反氣旋式流動(dòng)為主 ，其中越南以東海域存在著兩個(gè)南北對(duì)峙分布的反氣旋型渦 ，在它們的東側(cè)伴隨一氣旋型渦。季風(fēng)爆發(fā)后 (IOP2期間 ) ，南海北部仍然以氣旋式流動(dòng)為主 ，黑潮水越過(guò)巴士海峽南北中線 ，一部分可能入侵南海北部 ，另一部分向東北折回黑潮主干 ;南海中部和南部仍以反氣旋式流動(dòng)為主 ，越南以東海域北部的反氣旋型渦消失 ，但南面的反氣旋型渦加強(qiáng) ，與IOP1類似 ，仍伴隨有一個(gè)氣旋型渦?？傮w而言 ，強(qiáng)流區(qū)出現(xiàn)在巴士海峽西北側(cè)和南海西部 (尤其是越南東南沿岸 ) ，南海東部和東南部為弱流區(qū)。

氣旋影響時(shí)常常出現(xiàn)陰雨天氣和大風(fēng)

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(guò)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(wú)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(huì)產(chǎn)生云、雨甚至造成暴雨、雷雨、大風(fēng)天氣。

熱帶氣旋各個(gè)要素對(duì)于海洋上層響應(yīng)的影響

熱帶氣旋的強(qiáng)度、移動(dòng)速度和最大風(fēng)速半徑均會(huì)對(duì)海洋上層的響應(yīng)產(chǎn)生影響，研究它們對(duì)海洋上層響應(yīng)的影響既有助于更準(zhǔn)確的對(duì)熱帶氣旋過(guò)后海洋水文狀況進(jìn)行預(yù)報(bào)，又可以提高對(duì)熱帶氣旋本身強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)等預(yù)報(bào)的質(zhì)量。在進(jìn)行海洋對(duì)于熱帶氣旋響應(yīng)的數(shù)值模擬時(shí)，選取準(zhǔn)確的風(fēng)應(yīng)力摩擦系數(shù)是保證模擬結(jié)果質(zhì)量的前提。通過(guò)對(duì)比選用不同風(fēng)應(yīng)力摩擦系數(shù)時(shí)颶風(fēng)卡特琳娜（Kartrina（2005））造成的海洋上層響應(yīng)得出，在高風(fēng)速（≥33m/s）區(qū)域用Largeand Pond（1981），Donelan et al.（2004）和Powell et al.（2003）摩擦力系數(shù)模擬的海表面流動(dòng)和降溫幅度依次減小，而且減小的百分比隨著當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)速的增加而變大，但摩擦系數(shù)的不同并不會(huì)改變二者的空間分布。與衛(wèi)星遙感海數(shù)據(jù)算得的海表面降溫的對(duì)比表明，使用Powell et al.的風(fēng)應(yīng)力摩擦系數(shù)時(shí)所得的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果最為接近。通過(guò)對(duì)比不同熱帶氣旋引起的海洋上層響應(yīng)得出：熱帶氣旋造成的海表面降溫的幅度以及各條等降溫線的面積隨著氣旋強(qiáng)度和最大風(fēng)速半徑的增大而增大，隨著氣旋移動(dòng)速度的增大而減小。熱帶氣旋引起的海表面降溫的空間分布主要受到氣旋移動(dòng)速度的影響，移動(dòng)速度越小的氣旋引起的海表面最大降溫越靠近軌跡。海表面降溫與熱帶氣旋三個(gè)要素的擬合結(jié)果表明：在氣旋移動(dòng)速度較慢（小于4.5m/s）時(shí)，熱帶氣旋造成的海表面降溫主要受到氣旋強(qiáng)度和移動(dòng)速度的影響；在氣旋移動(dòng)速度較快（大于4.5m/s）時(shí)，氣旋移動(dòng)速度的影響作用減弱，海表面降溫主要受氣旋強(qiáng)度的控制，而氣旋最大風(fēng)速半徑的影響作用始終很小。熱帶氣旋引起的海洋內(nèi)部的混合與上升流都能造成海表面降溫，模擬結(jié)果的對(duì)比表明，混合造成的降溫幅度隨著氣旋強(qiáng)度和最大風(fēng)速半徑的增大而增大，隨著氣旋移動(dòng)速度的增大呈現(xiàn)先變大后減小趨勢(shì)。上升流造成的降溫所占總降溫的百分比主要受到熱帶氣旋移動(dòng)速度的影響，而且是隨著熱帶氣旋移動(dòng)速度的增大而減小的。移動(dòng)速度較慢的熱帶氣旋經(jīng)過(guò)時(shí)，由于上升流可以將大量的冷水輸運(yùn)到較淺的水層，所以即使這時(shí)氣旋造成的混合較弱，混合發(fā)生的深度較淺，氣旋依然能引起比較大的海表面降溫。而在氣旋移動(dòng)速度較大時(shí)，上升流對(duì)于海表面降溫的貢獻(xiàn)非常小，海表面降溫基本由混合控制。在最大降溫點(diǎn)處，隨著移動(dòng)速度的增加，上升流造成降溫的迅速減小掩蓋掉了混合造成降溫的先增大后減小的趨勢(shì)，所以氣旋造成的海表面最大降溫的幅度是隨著氣旋移動(dòng)速度的增加而減小的。

反氣旋

反氣旋是占有三維空間的大尺度的空氣渦旋。在北半球，反氣旋區(qū)氣流自中心向外作順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，南半球作逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。在天氣圖中，反氣旋是等壓線呈閉合、氣壓值自中心向外遞減的高壓區(qū)，故又稱高壓。反氣旋的范圍在地面天氣圖中，以最外一條閉合等壓線代表。它的水平范圍比氣旋大得多，發(fā)展強(qiáng)盛時(shí)，常常可與整個(gè)大陸或海洋相比擬，小的反氣旋只有數(shù)百公里。反氣旋的強(qiáng)度用中心氣壓值來(lái)表示。中心氣壓值愈高，則反氣旋的勢(shì)力愈強(qiáng)。地面反氣旋中心氣壓值，一般為1020～1030百帕，最強(qiáng)的反氣旋中心氣壓值可達(dá)1080百帕。反氣旋的強(qiáng)度隨時(shí)間不斷地變化。當(dāng)反氣旋中心氣壓值隨時(shí)間逐漸升高時(shí)，稱反氣旋“加強(qiáng)”；當(dāng)反氣旋中心氣壓值隨時(shí)間降低時(shí)，稱反氣旋“減弱”。反氣旋按熱力狀況分為冷性反氣旋和暖性反氣旋；按其地理位置分為溫帶反氣旋和副熱帶反氣旋。

反氣旋的近地面氣流在水平方向由中心向四周輻射，垂直方向的空氣自上而下補(bǔ)充?？諝庠谙鲁吝^(guò)程中溫度升高，水汽不易凝結(jié)，所以反氣旋控制的地區(qū)，多為晴朗天氣。我國(guó)北方廣大地區(qū)，在秋季經(jīng)常出現(xiàn)的“秋高氣爽”天氣，就是在反氣旋系統(tǒng)控制下形成的。

天氣特征

氣旋過(guò)境，低壓控制，天氣陰雨，臺(tái)風(fēng)災(zāi)害，狂風(fēng)暴雨，熱帶氣旋。

反氣旋過(guò)境，高壓控制，天氣晴朗，秋高氣爽，冬季寒潮 ，夏季伏旱。

氣旋

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，由四周向中心輻合，北半球逆時(shí)針，南半球順時(shí)針。在同高度上，氣旋中心的氣壓比四周低，又稱低壓。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百千米，大的可達(dá)三、四千千米。氣旋的垂直氣流是上升的，多陰雨天氣。夏秋季影響我國(guó)東南沿海地區(qū)的臺(tái)風(fēng)就是氣旋的一種。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)。通常按氣旋形成和活動(dòng)的主要地區(qū)或熱力結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。按地區(qū)可分為溫帶氣旋、熱帶氣旋和極地氣旋性渦旋等；按熱力結(jié)構(gòu)可分為冷性氣旋和熱低壓等。當(dāng)某地被低氣壓控制時(shí)，常常出現(xiàn)陰雨天氣；當(dāng)某地被高氣壓控制時(shí)，常常出現(xiàn)晴朗天氣。

溫帶反氣旋是指生成和活動(dòng)于中高緯、溫帶地區(qū)的高氣壓系統(tǒng)。從氣壓場(chǎng)看是中心氣壓高于四周，并有閉合等壓線的高壓系統(tǒng)。從風(fēng)場(chǎng)看，在北半球高壓區(qū)內(nèi)，風(fēng)繞高壓中心作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。因此也稱為反氣旋。溫帶反氣旋一般生成在高緯地區(qū)并由冷氣團(tuán)組成，在合適的大氣環(huán)流引導(dǎo)下，向南或東南移動(dòng)。影響中、低緯地區(qū)，成為一次冷空氣活動(dòng)。有時(shí)可達(dá)到寒潮強(qiáng)度。所以，也稱冷性反氣旋。

溫帶反氣旋的水平范圍一般達(dá)幾千公里，有時(shí)可占據(jù)我國(guó)大部地區(qū)。其生命史大體分為：

初生階段，發(fā)展階段和消亡階段。溫帶反氣旋從高緯向東南移動(dòng)時(shí)，其前部由于與暖氣團(tuán)相交，常常形成冷鋒。所以，常有云系或風(fēng)、雨天氣。但當(dāng)冷鋒過(guò)境，受溫帶反氣旋控制時(shí)，特別在反氣旋中心附近，則主要是晴好天氣。冬季常會(huì)形成霜凍。