关于气旋介绍

[拼音]：qixuan

[外文]：cyclone

北（南）半球，大气中水平气流呈逆（顺）时针旋转的大型涡旋。在同高度上，气旋中心的气压比四周低，又称低压。它在等高面图上表现为闭合等压线所包围的低气压区，在等压面图上表现为闭合等高线所包围的低值区（见天气图）。气旋近似于圆形或椭圆形，大小悬殊。小气旋的水平尺度为几百公里，大的可达三、四千公里，属天气尺度天气系统。气旋中，天气常发生剧烈的变化，是人们最关心和最早研究的天气系统。

研究史

早在19世纪60年代，人们就发现并开始研究温带气旋的结构和活动规律。英国气象局首任局长R.菲茨罗伊，根据H.W.多沃的见解和自己在航海过程中所积累的资料，于1863年首次提出温带气旋和反气旋地区的地面气流结构图（图1）。1878年，R.艾伯克龙比结合气压场给出了一个气旋天气图模式，将气压形势和天气结合在一起。20世纪初期，英国气象学家N.肖提出了反映气旋中气流切变和风暴特征的气旋模式，并将降水分布同气流联系起来（图2）。1918年和1921年，挪威学者J.皮耶克尼斯和H.索尔贝格提出了新的气旋模式（图3）和气旋生命史模式（图4），首次将气团、锋、气压场和天气分布有机地结合在一起。挪威学派的这些成果，一直被气象界广泛采用。30年代，J.皮耶克尼斯和芬兰学者E.H.帕尔门等，根据高空探测资料，对温带气旋和锋面的三维结构作了很多研究。40年代末至50年代初，帕尔门进一步将气旋族和长波联系起来，确定了温带气旋和高空大气长波的关系。这些结论，已为60年代的卫星云图所证实。

气旋分类的方法很多，通常按气旋形成和活动的主要地区或热力结构进行分类。按地区不同，可分为温带气旋、热带气旋和极地气旋性涡旋（见极地气象学）等；按热力结构的不同，可分为冷性气旋和热低压等。温带气旋大多数属锋面气旋。热带气旋和地方性热低压属暖性低压。发生在热带洋面上强烈的气旋性涡旋，当其中心风力达到一定程度时，就称为台风或飓风；当其移入温带后，将逐渐具有温带气旋的特色。

锋面气旋

锋面气旋是由锋面上的波动产生的，多发生于温带的极锋（极地气团和热带气团的交界面）之上，这种波动也称气旋波。温带地区的降水大部分同锋面气旋有关，气旋活动的频次、强弱对人类最密集的温带地区的经济和社会活动有重要的影响，因此它是最受重视的天气系统之一。

锋面气旋由锋面上的波动沿着锋面传播发展而生成，其生命史可分为四个阶段：

（1）初生阶段。当冷锋移动缓慢或趋于静止时(图4a)，锋上出现小波动（图4b），即气旋波，在波动前方（图中东北方）暖空气向冷空气方向移动，形成暖锋；在波动的后方（图中西南方）冷空气向暖空气方向移动，形成冷锋，故围绕着波动产生了气旋型的环流，环流中心气压下降，形成低压中心。

（2）成熟阶段。随着气旋性环流的加强，中心气压不断下降，且气旋的暖区越加明显（图4c）。在此阶段，由于暖空气沿冷锋和暖锋上升，水汽因膨胀冷却而凝结，出现系统性的云系和降水（图3）。

（3）锢囚阶段。通常由于冷空气中的风速较强，冷锋比暖锋移动得快，最后冷锋赶上了暖锋，这时冷锋后和暖锋前的冷空气相合，而冷锋前和暖锋后的暖空气则被抬升到高空。这种过程称为锢囚过程。在锋的北段，冷锋和暖锋相合的锋面，称为锢囚锋（图4d）。此时的气旋环流最强，中心气压最低，称为锢囚气旋。

（4）衰老阶段。当气旋中心被来自各方的冷空气所占据时，气旋就进入衰老阶段，这时气旋的环流减弱，气压升高，范围扩大，在对流层下部变成温差较小的大冷涡（图4e）。当暖空气被抬升到更高层之后，上升运动减弱，云雨也随着减少。气旋的发展过程，除最后的衰老阶段比较缓慢之外，一般在一两天之内就可完成。

在中国，还有一种与上述典型的气旋生命史稍不同的气旋。在气旋出现之前，地面先有暖性倒槽或热低压，冷锋从其西北方逐渐移入槽中，同时在倒槽中由于锋生作用产生暖锋，当冷锋进入倒槽与新生暖锋衔接时，在接合处，气压下降，有气旋性闭合环流生成，形成锋面气旋。

在气旋发展过程中，地面气旋始终处于高空气压槽的前方，同高空锋区和急流相对应。在气旋发展的初期，高空槽、高空锋区和急流轴的波幅都很小，气旋位于高空槽前部、锋区和急流的南侧。随着气旋的发展，高空槽加深，高空锋区和急流轴的波幅增大，气旋位置向高空槽、锋区和急流接近。到气旋的锢囚阶段，高空槽发展成冷低压，急流轴的波幅更大，地面气旋中心也从急流轴的南方移到北方，和高空冷低压重合。

在地面气旋中心及其前方，低层气流辐合，高层辐散，盛行上升运动。当高层辐散大于低层辐合时，气压下降，气旋加深；反之，气压上升，气旋就被填塞。因此对流层上部的强烈辐散，是气旋发生和发展的重要条件。对流层上部低压槽的槽前为辐散区，槽后为辐合区，特别是当有一支急流由槽后流向槽前时，辐散量、辐合量将加大，在急流轴上，气块的涡度变化尤为强烈，辐散量和辐合量更大。这可用涡度方程(见大气动力方程)加以说明：槽前的气块由南向北移，由气旋式涡度变到反气旋式涡度，涡度减小，气块产生水平辐散；槽后的气块由北向南移，由反气旋式涡度变到气旋式涡度，涡度增加，气块产生水平辐合（图5）。

所以在气旋发展初期，当伴有急流的高空短波槽移到地面锋区上方时，对应于槽前位置的锋面往往出现显著降压现象，并有气旋生成。随着高空槽发展，地面气旋和反气旋也得到发展。当高空槽加深而形成冷低压时，则沿高空气流方向的空气块就具有同等大小的气旋式涡度。这时，气块在移动过程中涡度变化很小，因此不会产生大量的辐散，地面气旋也就减弱衰老以至消亡。在高空槽后，也由于涡度变化很小而不产生大量的辐合，使地面反气旋的生成发展也减弱。

气旋发展的能量来源于温度对比很大的锋区所积蓄的位能（见大气能量），在暖空气上升和冷空气下沉过程中，位能释放而转换为动能，这有利于气旋的发生和发展。由于气旋区域的空气和周围空气发生交换，所以能量转换过程是非常复杂的。

在发展完善的锋面气旋的极锋上，当受到扰动时，会产生新的气旋波，它将继续按锋面气旋生命史发展。同样，在新产生的气旋的冷锋上，又可产生气旋波。这样，在一条极锋上出现的气旋波往往可达三四个之多，它们形成一串气旋，即称气旋族。气旋族的东南方为副热带高压，其西北方为极地冷高压，整个气旋族位于高空长波槽的前部，并受长波气流的引导，由西南向东北方向传播。环绕整个半球的高空西风带上，一般有4～5个长波，对应于地面也有4～5个气旋族。

热低压

对流层下部的暖性气旋。按静力学关系(见大气运动的平衡状态)气压随高度而减小，但暖性气旋中心的气压递减率远远比四周大气的小，因此热低压随高度迅速减弱，热低压的上空，即对流层中部已为暖高压所取代，所以热低压是较浅薄的天气系统。热低压主要于夏季发生在大陆上，是由于日照强烈，使对流层下部空气变暖而形成的，所以热低压具有地方性的特点。例如：夏季在印度北部对流层下部的南亚低压以及在土耳其和中国西部经常出现的准定常热低压。

切断低压

对流层中部和上部的冷性气旋。按静力学关系，冷性气旋中心气压随高度减小的程度，远比四周为大，所以冷性气旋随高度而加强，是比较深厚的系统。它是在对流层中上部低压槽南端的冷空气堆急速南下的过程中，被两侧暖空气从北面的冷区主体中切断而形成的冷低压，有时简称冷涡。在发展完善的冷低压区，锋区和急流都环绕着低压中心，呈闭合形式。低压的低层一般为冷高压，当低压发展得很强时，低层也可出现气旋。切断低压区盛行上升气流，最强上升运动在其东部，一般东部多雨，西部晴好。切断低压比较稳定，可持续几天，有时甚至可维持十几天，在此期间有向西南方缓慢移动的趋向。一旦低压区出现较强下沉运动，或因和四周暖空气混合，失去了冷堆结构，就迅速消失。切断低压具有地区性和季节性的特点，多出现在美洲和欧洲地区，春秋较多，这些都同该时该地的暖空气较为活跃有关。中国典型的切断低压比较少见，唯在东北地区，夏季常见一种冷涡，很类似于切断低压。这种冷涡虽然环流弱，范围小，但常产生暴雨天气。

大气中的冷、暖空气被切断的过程往往相互进行，冷空气可以为暖空气切断，暖空气也可为冷空气切断。在切断低压的东北部和西北部，常有被切断出来的闭合暖高压，这就是阻塞高压。切断低压和阻塞高压均稳定少动，对上游东移的天气系统起着阻塞的作用。

参考书目

1. E.帕尔门、C.W.牛顿著，程纯枢等译：《大气环流系统》，科学出版社，北京，1978。(E.Palmén，C.W.Newton，Atmospheric Circulation Systems， Academic Press，New York，1969.)

参考文章

• 中国的气旋（cyclone of China)中国地理
• 热带气旋Cyclone，Tropical地球科学
• 气旋Cyclone地球科学
• 反气旋Anticyclone地球科学