温带气旋教学课件

温带气旋教学课件什么是温带气旋？温带气旋是指形成于中纬度地区（主要是30°～60°纬度之间）的低压性天气系统它具有以下基本特征•低气压中心，周围气压逐渐升高•空气向中心辐合，中心有上升气流•水平范围大，直径可达1000-3000公里•生命周期一般为3-7天•常伴随明显的锋面系统温带气旋与反气旋对比温带气旋•低气压系统•北半球逆时针气流方向•南半球顺时针气流方向•气流向中心辐合，中心上升•多云、降水天气反气旋•高气压系统•北半球顺时针气流方向•南半球逆时针气流方向•气流从中心辐散，中心下沉•晴朗、干燥天气温带气旋的地理分布温带气旋主要分布在中纬度地区，具体表现为北半球主要分布区域•北太平洋东部和北美西海岸•北美五大湖区及东海岸•北大西洋及欧洲西部•地中海区域•东亚（包括中国东北、华北地区）南半球主要分布区域•南大洋40°S～60°S纬度带•南美南部•澳大利亚南部结构剖析水平结构温带气旋的水平结构主要表现为•中心为封闭的低气压中心•等压线呈椭圆形或不规则圆形闭合•等压线间距在锋面附近较密，表示气压梯度大•北半球气流逆时针旋转向中心辐合•南半球气流顺时针旋转向中心辐合•锋面系统（冷锋、暖锋）附着于气旋结构剖析垂直结构低层结构（近地面-850hPa）中层结构（850-500hPa）•气旋倾斜结构开始显现•明显的气压梯度和温度梯度•向冷气团方向倾斜•气流向中心辐合，产生上升运动•最强上升运动区域通常位于暖锋•锋面结构明显，冷暖气团交界前方高层结构（500-200hPa）•与高空槽配合，形成有利的辐散环境•高空急流提供能量支持气压梯度与风场分布气压梯度力地转偏向力与风场形成气压梯度力方向从高压指向低压，大小在气压梯度力和地转偏向力共同作用下与等压线密度成正比在温带气旋中•等压线越密集，气压梯度力越大，风•北半球风向与等压线大致平行，低速越大压在左•锋面附近等压线最密集，风速最大•南半球风向与等压线大致平行，低压在右•气旋中心附近等压线较稀疏，风速较小气旋水平方向风的判别北半球温带气旋风向逆时针旋转辐合特征风向偏离等压线，向中心偏转约20°-30°记忆口诀北低压，逆时针，手心向下南半球温带气旋风向顺时针旋转辐合特征风向偏离等压线，向中心偏转约20°-30°记忆口诀南低压，顺时针，手背向下温带气旋与锋面关系温带气旋通常伴随着明显的锋面系统，主要包括•冷锋冷气团推动，锋面向暖气团推进•暖锋暖气团推动，锋面向冷气团推进•锢囚锋冷锋追上暖锋形成的闭合锋锋面附近通常出现•剧烈的气压和温度变化•明显的云系和降水带•较强的风速和风向突变挪威锋面气旋理论挪威锋面气旋理论是由比约克内斯学派于20世纪初提出的经典温带气旋理论模型，解释了温带气旋的形成和发展过程温带气旋的生命周期初生阶段1锋面波动开始，等压线出现微弱弯曲冷暖气团交界处形成温度梯度，气压开始下降此时降水较弱，主要沿锋面带状分布2成熟阶段锋面波动加剧，形成明显的暖锋和冷锋低压中心加深，闭合等压线增多暖气团被抬升，形成暖心结构降水范围扩大，强度增强锢囚阶段3冷锋追上暖锋，形成锢囚锋暖气团完全脱离地面，被抬升至高空此阶段气旋强度最大，中心气压最低，降水最强4消亡阶段气旋能量逐渐耗散，中心气压回升锋面结构模糊，降水减弱最终温度梯度减小，整个系统消散温带气旋分类锋面气旋无锋面气旋与锋面系统直接相关的气旋，是最典型不伴随明显锋面系统的气旋，通常规模的温带气旋类型较小•具有明显的冷锋、暖锋结构•热力性气旋由地面加热形成•冷暖气团交界明显•地形气旋由地形影响产生•云系呈典型的逗号形状•切变线气旋在风场切变线上发展•降水分布与锋面位置密切相关•云系结构不如锋面气旋明显典型温带气旋云系温带气旋云系具有显著的特征，通过卫星云图可以清晰识别主要云系特征•逗号形云系结构，头部位于气旋中心•云带呈螺旋状围绕低压中心分布•冷锋处云系窄而密集，常有对流云团•暖锋处云系宽而层状，以层云和高层云为主•成熟气旋的云系可覆盖数千公里范围云系发展演变•初生阶段云系开始呈波状分布•成熟阶段形成典型逗号形•锢囚阶段云系最为发达，覆盖面积最大•消亡阶段云系逐渐松散，结构不明显温带气旋与天气变化降水分布风场变化温度变化暖锋前方大范围稳定性降水，持续时间长锋面通过前风向多为南风或东南风暖锋通过温度明显上升，湿度增大冷锋附近带状强降水，常有对流性降水锋面通过时风向急剧变化暖区温暖潮湿，常有雾或低云锢囚阶段中心附近降水最强锋面通过后转为西风或西北风冷锋通过温度急剧下降，湿度降低气压梯度大区域大风或暴风冷区气温低，天气转晴但寒冷环流系统与温带气旋高空槽脊系统高空急流影响温带气旋的发展与高空槽脊系统密切相高空急流对温带气旋的影响关•急流入口右侧上升运动区，有利于•高空槽前方辐散区，有利于地面气气旋发展旋发展•急流出口左侧上升运动区，有利于•高空槽后方辐合区，不利于地面气气旋发展旋发展•急流中心风速越大，对气旋发展越有•500hPa高度场槽区通常位于地面气利旋上游•急流波动可触发锋面波动，引发气旋•气旋发展强度与高空槽深度成正比生成生成条件温度梯度条件气流条件冷暖气团交界处存在显著的水平温度梯度，锋面波动需要适当的气流扰动这是锋面形成的基础一般要求•锋面两侧气流速度差异•1000公里范围内温度差异达8-10°C以上•风向切变提供涡度•锋面区温度梯度维持稳定或增强•地形或其他因素引起的气流扰动高空配置有利的高空环流配置•高空槽与地面系统位相匹配•高空急流提供能量支持•500hPa高度场有明显槽线爆发性气旋发展（爆发低压）主要发生区域爆发性气旋发展是指温带气旋在短时间内快速加深的现象，通常定义为中心气•北大西洋东部沿岸压24小时内下降超过24hPa（或不同纬度下的修正值）•北太平洋西部（日本以东海域）•美国东北部沿海地区主要特征形成条件•气压骤降24小时内下降24hPa以上•风速剧增短时间内风速可增加20-•强烈的斜压性不稳定30m/s•强大的高空急流支持•结构快速调整云系和锋面结构急剧•较高的海表温度提供潜热变化•有利的高低空配置•天气灾害严重可造成风暴潮、暴雨等温带气旋的年际变化冬半年（10月-3月）活动频繁，强度大，平均每月可有5-8个气旋影响中纬度地区主要原因•冷暖空气交汇频繁•温度梯度大•高空急流强夏半年（4月-9月）活动减少，强度减弱，平均每月约2-4个气旋影响中纬度地区主要原因•南北温差减小•锋面带北移•高空环流减弱北半球温带气旋活动最活跃的时期通常为12月至次年2月，而最不活跃的时期为6月至8月南半球则相反，6-8月为活动高峰期温带气旋对中国的影响季节性影响特点主要影响区域•冬季蒙古气旋频繁，影响东北、华•东北地区四季均有影响，冬春最强北•华北地区春秋影响明显•春季华北、江淮气旋活跃，影响中•江淮流域春季影响较大东部•长江中下游主要在春季和梅雨期•夏季活动北移，主要影响东北地区•秋季气旋活动逐渐南移，影响范围扩大影响中国的温带气旋主要有三类蒙古气旋、华北气旋和江淮气旋，它们按照生成位置和移动路径命名，对中国不同地区产生不同程度的影响影响中国的典型温带气旋2023年1月华北暴雪事件2023年1月21-22日，一次强蒙古气旋南下，导致华北地区出现大范围暴雪•北京降雪量达

16.5厘米，为近十年最大•河北多地积雪深度超过20厘米•山西、山东等地也受到明显影响成因分析这次暴雪事件的典型成因•蒙古气旋快速南下，携带强冷空气•江淮气旋北上，输送暖湿气流•冷暖气流在华北地区交汇，形成强锋面•高空槽与地面系统配合良好温带气旋带来的灾害70%60%30m/s3-5m暴雨洪涝暴雪灾害大风灾害风暴潮气旋系统带来的持续性强降水可导冬季温带气旋可带来大范围暴雪，强温带气旋中心气压低，周边气压海上强温带气旋可在沿海地区引发致河流水位上涨，引发城市内涝和影响交通、电力和通信系统近年梯度大，常伴随大风或暴风天气风暴潮，威胁沿海城市和基础设施山区滑坡中国东部地区春季温带来华北、东北地区多次出现因温带大风可导致建筑物损坏、树木倒伏渤海、黄海沿岸冬季常受温带气旋气旋常引发流域性洪水气旋引发的极端暴雪事件和电线断裂引发的风暴潮影响温带气旋可预报性观测手段预报准确率•卫星遥感云系结构和发展温带气旋预报准确率较高，主要原因•雷达探测降水分布和强度•尺度大空间范围大，变化相对缓慢•地面气象站气压、温度、湿度等•理论成熟机理研究深入•高空探测垂直结构和环流特征•观测充分全球观测网络覆盖良好预报技术•模式优化针对中纬度系统的模式发展成熟•数值预报模式GFS、ECMWF等全球模式目前7天内路径预报平均误差约300-500公里，强度预报误差约3-5hPa•集合预报多模式、多初始场预报•人工经验天气学原理和经验判断温带气旋与热带气旋区别温带气旋•分布中纬度地区（30°-60°）•能量来源水平温度梯度势能•结构不对称，有明显锋面•规模直径1000-3000公里•移动速度较快，20-30公里/小时•生命周期3-7天•季节性冬半年更活跃热带气旋•分布热带和副热带地区（5°-25°）•能量来源海洋潜热释放•结构对称，有明显眼壁结构•规模直径300-1000公里•移动速度较慢，10-20公里/小时•生命周期7-14天•季节性夏秋季更活跃全球气候变化下的温带气旋近30年观测趋势未来预测全球气候变化对温带气旋的影响已有所体现基于气候模式的模拟预测•北半球温带气旋总数量略有减少•北半球中纬度温带气旋数量可能继续减少•强温带气旋（爆发低压）频率增加•强温带气旋比例将增加•活动轨迹北移趋势明显•路径将继续北移•季节分布更加极端，冬季更集中•与极端降水的关联更加紧密•季节变化更加明显气候变暖背景下，虽然温带气旋总数可能减少，但强烈温带气旋可能增多，这与极地地区增温幅度大于低纬地区，导致经向温度梯度变化有关模拟实验等压线演示气流实验准备将学生分成4-5人小组，每组准备•透明塑料板一块•不同颜色记号笔（红、蓝、黑）•等压线模板（北半球和南半球各一张）•指南针和小纸片实验步骤•在透明板上绘制气旋等压线（封闭圆形）•标记气压值（中心最低，向外递增）•应用左手/右手定则判断风向•在等压线上绘制风向箭头•观察风向与等压线的关系观察记录•记录北半球和南半球气旋中风向差异•分析等压线疏密与风速关系•讨论风向与等压线夹角的原因•总结温带气旋的风场特征互动左右手定则演示北半球左手定则南半球右手定则左手伸开，手心向下右手伸开，手心向下•手指弯曲方向=气旋气流方向（逆•手指弯曲方向=气旋气流方向（顺时针）时针）•手心朝向=低压中心方向•手心朝向=低压中心方向•手背朝向=高压中心方向•手背朝向=高压中心方向左手伸开，手心向上右手伸开，手心向上•手指弯曲方向=反气旋气流方向•手指弯曲方向=反气旋气流方向（顺时针）（逆时针）•手心朝向=高压中心方向•手心朝向=高压中心方向•手背朝向=低压中心方向•手背朝向=低压中心方向课堂练习请同学们跟随老师一起做手势，交替练习判断北半球和南半球的气旋、反气旋风向，直到熟练掌握课后题一画出温带气旋剖面图作业要求请在A4纸上绘制一幅温带气旋垂直剖面图，要求包含以下内容

1.冷锋和暖锋的位置和倾斜度

2.冷暖气团的分布及特征

3.上升和下沉气流的位置

4.云系分布（各种云型）

5.降水区域标注

6.地面气压分布

7.高空环流特征图中各要素需用不同颜色标注，并附简要文字说明完成后拍照上传至课程平台课后题二华北暴雪案例分析数据收集分析要求报告格式收集2023年1月21-22日华北暴雪案例的以根据收集的数据，完成以下分析提交一份不少于2000字的分析报告，包含下数据

1.温带气旋的移动路径和强度变化•地面气象图（每6小时一张）•案例基本情况概述

2.锋面系统的发展演变过程•卫星云图序列•气象要素分析

3.高空环流对气旋发展的影响•500hPa高空图•成因机理探讨

4.降雪分布特征及成因•各地降雪量数据•灾害影响评估•预报经验总结常见误区与易混淆概念温带气旋vs龙卷风误区将龙卷风与温带气旋混淆区别•尺度温带气旋直径1000-3000公里；龙卷风直径仅数十到数百米•持续时间温带气旋持续数天；龙卷风通常只持续数分钟到数小时•形成机制温带气旋源于大尺度锋面波动；龙卷风源于中小尺度对流系统温带气旋vs热带气旋误区认为温带气旋就是弱台风区别•能量来源完全不同温带气旋依靠水平温度梯度；热带气旋依靠海洋潜热•结构不同温带气旋不对称，有锋面；热带气旋对称，有眼区•形成区域不同温带气旋在中纬度；热带气旋在低纬度总结与展望1核心知识点回顾2学科意义3未来研究方向•温带气旋是中纬度地区重要的天气系•温带气旋研究是现代气象学发展的基•气候变化背景下温带气旋变化趋势统础•温带气旋与极端天气事件关系•结构特征包括低压中心、锋面系统和•挪威锋面学派的理论奠定了天气分析•高分辨率数值模拟提高预报精度螺旋云带基础•多尺度相互作用机制深入研究•生命周期经历初生、成熟、锢囚和消•对理解中纬度天气系统至关重要亡四个阶段•为天气预报提供重要理论依据•带来降水、大风等多种天气现象。