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冷空氣的增幅作用 冷空氣密度大還是熱空氣密度大

2024-06-24  來(lái)源:天氣網(wǎng)  【字體:  

導語(yǔ):冷空氣的增幅作用在氣象現象中占據著(zhù)舉足輕重的地位。當冷空氣團侵入溫暖地區時(shí),它不僅帶來(lái)了溫度的驟降,還通過(guò)其特殊的物理性質(zhì)對當地的氣候系統產(chǎn)生深遠影響,而且冷空氣的密度較大,這使得它在地表附近形成高壓區域,隨著(zhù)冷空氣的進(jìn)一步擴散,高壓區域向四周擴展,推動(dòng)暖濕空氣上升,這一過(guò)程中,暖濕空氣中的水汽被冷卻凝結,形成云層和降水,為地區帶來(lái)豐富的水資源,那么冷空氣密度大還是熱空氣密度大?下面就去了解了解吧!

冷空氣的增幅作用?

冷空氣的增幅作用 冷空氣密度大還是熱空氣密度大

冷空氣

在許多研究臺風(fēng)暴雨的著(zhù)作中,都十分強調冷空氣對臺風(fēng)暴雨的增幅作用,并為廣大預報員長(cháng)期預報實(shí)踐所證實(shí)。為什么在同一地區,不同季節登陸的臺風(fēng),在同樣的路徑下,暴雨有時(shí)差異很大呢?例如,在5~6月和9~11月登陸的臺風(fēng),其雨量經(jīng)常比7~8月的雨量大,特別是福建、廣東、廣西等地,這種現象更為突出。

其原因就是因為常有冷空氣的影響在起作用。這種例子是很多的,臺風(fēng)過(guò)程的降水分布。這次臺風(fēng)強度不大,5月28日08時(shí)中心在廣東斗門(mén)登陸,近中心最大風(fēng)力11級,最低氣壓982hPa,登陸后很快減弱為熱帶低壓,29日08時(shí)中心氣壓為999hPa,位于24.0°N、112.9°E,就是在廣東西北部,這時(shí)距福州的直線(xiàn)距離還有700km左右,可是從閩東北的霞浦到閩西南的武平長(cháng)達幾百千米的廣大范圍內,卻普降暴雨。這是由于28日從華東沿海有弱冷空氣南下的結果?;洊|的大暴雨中心也是由于5月25日冷空氣南下到華南之后,華南斜壓不穩定加強造成的。強熱帶風(fēng)暴路徑和過(guò)程雨量圖。

這次強熱帶風(fēng)暴中心的最北緯度不超過(guò)21°N,距福建有5~6個(gè)緯距之遙,然而,在福建出現大范圍過(guò)程雨量大于100mm的暴雨區,其中主要降水是發(fā)生在11月16日。1986年11月16日福建境內日雨量大于50mm的暴雨,其中東南沿海地區有15個(gè)測站日雨量大于100mm,最大的是晉江市達163mm,就是在盛夏期間登陸的臺風(fēng),像這樣大范圍的日雨量大于100mm的暴雨也不多見(jiàn),其原因就是由于冷空氣南下,侵襲到臺風(fēng)北側的倒槽中引起。以上我們曾經(jīng)討論過(guò)的7426臺風(fēng)倒槽暴雨,也是由于冷空氣侵襲到臺風(fēng)向北伸的倒槽引發(fā)的。從1974年11月8~10日北京到汕頭△P2?時(shí)間剖面圖上,自11月8日02時(shí)開(kāi)始從北京向南移的△P??最大值的軸線(xiàn)十分明顯地看出其向南移的過(guò)程,11月9日02時(shí)△P?正值到達福建,9日14時(shí)到達華南沿海,于是從9日開(kāi)始福建開(kāi)始出現暴雨,持續兩天。

7422臺風(fēng)更為典型。這次臺風(fēng)由西北太平洋上生成,向西北移,16日14時(shí)加強為臺風(fēng),近中心最大風(fēng)速曾達40m·s-1,最低氣壓達974hPa。19日14時(shí),當臺風(fēng)中心靠近廣東西部海岸時(shí)(圖6-86),從西北向華南移的冷鋒,也于10月19日02時(shí)到達華南沿海,如圖6-87所示,臺風(fēng)與冷空氣耦合在一起。

冷空氣南下的過(guò)程十分清楚,負變溫中心軸線(xiàn)從西北指向東南,直達西沙。由于受冷空氣影響,氣溫顯著(zhù)下降,梧州和湛江△Tz?都達-12℃,位于臺風(fēng)前進(jìn)方向的陽(yáng)江圖可見(jiàn)華南沿海氣溫都在24℃以下,大部分在20℃以下。同時(shí)圖上還可見(jiàn)到一個(gè)有趣的事實(shí):從廣東西部沿海向東南伸出一個(gè)冷舌,恰好就是7422臺風(fēng)過(guò)去24小時(shí)所經(jīng)的路徑??赡苁怯捎陲L(fēng)浪引起深層較低的海溫向上翻滾的結果。以上大量事實(shí)表明,在7422臺風(fēng)進(jìn)入南海之后,由于冷空氣侵襲到臺風(fēng)倒槽,造成了臺風(fēng)倒槽大暴雨(參見(jiàn)《臺風(fēng)倒槽暴雨》一節)。

如果沒(méi)有冷空氣入侵,臺風(fēng)倒槽前的東北氣流也不容易形成,在許多西行進(jìn)入南海在粵西登陸的臺風(fēng)中,經(jīng)常出現這種情況。例如8621(Forrest)臺風(fēng),臺風(fēng)外圍雨區范圍小,雨量也不大。1967年10月17~19日,臺灣省新寮(23°35'N、121°45'E)出現我國氣象、水文觀(guān)測以來(lái)最大的暴雨。10月17日08時(shí)到18日08時(shí)24小時(shí)降雨量為1672mm、3天總量為2749mm。與世界各地最大雨量紀錄相比,僅次于南印度洋上的留尼汪島錫勞斯的24小時(shí)雨量1870mm、3天總量為3240mm,居世界第二。這次特大暴雨,與6718(Carla)臺風(fēng)活動(dòng)有關(guān)。這次臺風(fēng),于10月12日在關(guān)島西南方洋面上生成,以后向西北偏西方向移動(dòng),并迅速發(fā)展加強。10月15日08時(shí),臺風(fēng)中心最低氣壓達900hPa,近中心最大風(fēng)速80m·s~'為最強,17日凌晨到20時(shí)之間穿過(guò)呂宋島北端進(jìn)入南海。

19日穿過(guò)雷州半島,20日08時(shí)在北部灣消失,這次臺風(fēng)前期移速很快,平均約5個(gè)緯距·天-1.登陸呂宋島前后移速減慢,臺灣省的特大暴雨就出現在移動(dòng)速度減慢的這段時(shí)間。這次特大暴雨,并不是由于臺風(fēng)中心登陸引起,而是由冷空氣侵入到臺風(fēng)中心北側強的東風(fēng)擾動(dòng)(也是倒槽)引起的。

東亞有大槽發(fā)展,并迅速加深。16日移到140°E,強度達到最強,在低槽加深過(guò)程中,引導冷空氣向南爆發(fā)。15日以后冷鋒尾端靜止在臺灣東北部,850hPa也有明顯一△T2?中心東南移到華東南部沿海。與此同時(shí),臺灣東部海面出現了一支強的東南氣流,它與冷空氣引起的東南沿海的東北氣流構成一個(gè)類(lèi)似東風(fēng)波的倒槽,加上其他有利因素的共同作用下,于是造成臺灣新寮附近的特大暴雨。它和我們前面分析過(guò)的7422臺風(fēng)倒槽形成福建省境內的大暴雨過(guò)程十分相似。1977年8月下旬上海發(fā)生的一次特大暴雨,也是由于冷空氣侵入到臺風(fēng)環(huán)流外圍引起的。

冷空氣的增幅作用 冷空氣密度大還是熱空氣密度大

降雨量

1977年8月21日晚上上海市寶山縣、嘉定縣發(fā)生了一場(chǎng)歷史罕見(jiàn)的特大暴雨,暴雨中心在寶山塘橋,2天降雨量為597.7mm,24小時(shí)最大降雨量為581.3mm。這場(chǎng)暴雨,主要集中在21日上半夜22時(shí)到22日07時(shí)這段時(shí)間內,歷時(shí)僅10小時(shí),塘橋8小時(shí)內降雨達540.4mm,一小時(shí)最大降雨量達147.5mm,30分鐘最大降雨量為81.0mm,都超過(guò)上海市歷史上各時(shí)段的雨量最高紀錄。這次暴雨與7707(Amy)熱帶風(fēng)暴活動(dòng)有關(guān)。8月16日08時(shí)大約在22.5°N、132.0°E附近形成的熱帶低壓,曲折、緩慢向偏西(WSW—WNW)方向移動(dòng),于8月19日20時(shí)在臺灣臺東以東約200多千米的海面上加強為熱帶風(fēng)暴,21日20時(shí)在臺灣海峽南部轉向NE方向移動(dòng),強度較弱,最大風(fēng)速不超過(guò)24m·s-1。

但熱帶輻合區很活躍,且位置偏北,輻合區內還有3個(gè)熱帶低壓,這次暴雨,并不是由于熱帶風(fēng)暴直接引起,而是發(fā)生于其北側離熱帶風(fēng)暴約1000多千米外的中低層東風(fēng)氣流中。在熱帶風(fēng)暴向北移的同時(shí),在500hPa圖上,中高緯西風(fēng)槽強烈發(fā)展,并在華北切斷一個(gè)冷渦,隨著(zhù)冷渦的加強和范圍擴大,有小股冷空氣南下,雖然地面鋒系不明顯,但850hPa有明顯的一△Tz?南移。這股不強的冷空氣南下侵入到來(lái)自海上的近中心最大風(fēng)速具有13m·s-1東風(fēng)急流中,于是形成了一場(chǎng)大暴雨。臺灣新寮暴雨的發(fā)展很相似。對深入內陸的臺風(fēng)殘余環(huán)流引起的大暴雨的分析研究中,都表明有冷空氣的顯著(zhù)作用。例如,著(zhù)名的“75.8”河南駐馬店地區的特大暴雨過(guò)程,在三場(chǎng)主要暴雨的形成中都有冷空氣的作用。

第一場(chǎng)8月5日的暴雨,是由于臺風(fēng)殘余環(huán)流的東風(fēng)擾動(dòng)與從河西走廊移過(guò)來(lái)的西風(fēng)槽前中低層中尺度暖式切變在南陽(yáng)和駐馬店之間相交,暴雨區就在這些交點(diǎn)附近。第二場(chǎng)8月6日的暴雨,則是由于冷空氣直接侵入到熱帶低壓環(huán)流中引起的。在衛星云圖上,可以看出兩個(gè)高空槽(AA'、BB')已和熱帶低壓連接,第三場(chǎng)暴雨,則是由于熱帶低壓、低層偏東急流和低層東風(fēng)和東北風(fēng)或東風(fēng)和東南風(fēng)之間的輻合線(xiàn)與冷鋒的交點(diǎn)附近。這場(chǎng)暴雨,冷空氣影響最明顯,暴雨最強。這是一個(gè)臺風(fēng)殘留的低壓環(huán)流深入內陸與多次小股冷空氣入侵到熱帶低壓中心或其外圍造成的臺風(fēng)暴雨中最突出的,也是我國內陸由于臺風(fēng)環(huán)流為主要誘導原因造成的一次最大的暴雨過(guò)程,當然還有其他有利暴雨的因素在起作用。

7412(Lucy)熱帶風(fēng)暴于8月11日20時(shí)在福建惠安登陸后深入內陸,在皖北、蘇北、魯南出現了特大暴雨。8月13日特大暴雨出現在皖北一蘇北,最大日雨量中心在蘇北宿遷(334mm)和泗洪(316mm)。8月14日特大暴雨區移到魯南,最大日雨量中心在莒縣(263mm)和沂水(247mm)。其原因,也是由于冷空氣侵入熱帶低壓倒槽中,使熱帶低壓環(huán)流北側雨量突然加大。8月11日,由熱帶風(fēng)暴和北方冷空氣活動(dòng)范圍內,低層各有一個(gè)輻合中心,高層各有一個(gè)輻散中心,12日高層兩個(gè)輻散中心已先行合并加強,形成一個(gè)大范圍強烈的高層輻散區,13日低層兩個(gè)輻合中心也合并加強,從而在35°N附近出現了低層強輻合疊加著(zhù)高層強輻散的強烈的上升運動(dòng),于是形成了皖北一蘇北一魯南特大暴雨。

判斷冷空氣活動(dòng)有很多方法,如有冷鋒系統南移是最直觀(guān)的。如因移近臺風(fēng)外圍,由于流場(chǎng)上的原因,有時(shí)鋒系不甚清楚,可用△P?進(jìn)行分析。一般來(lái)說(shuō),△P24O線(xiàn)可近似代表冷鋒活動(dòng)的位置,暴雨通常就形成在△P240線(xiàn)附近。低層(常用850hPa代表,有時(shí)也可用700hPa代表)-△T??中心移動(dòng)軌跡也是一個(gè)判斷的辦法。固定某范圍內的高空高度平均廓線(xiàn),高空西風(fēng)槽活動(dòng)位置或者是作某一范圍內θ高空垂直剖面圖,分析是否有高空鋒區存在等,都是可用的方法。

冷空氣密度大還是熱空氣密度大

冷空氣的密度大于熱空氣。這是因為熱脹冷縮的原理,當空氣受熱時(shí),它會(huì )膨脹,體積變大,導致密度變小。相反,冷空氣由于溫度較低,分子活動(dòng)不活躍,分子間間隙較小,體積不變或略有收縮,因此密集程度較高,密度較大。

由于冷空氣的密度較大,它傾向于往下沉,而熱空氣由于密度較小會(huì )上升。這種現象在自然界中很常見(jiàn),例如,當我們使用暖氣時(shí),熱空氣會(huì )上升,而冷空氣則下沉。因此,在較高的位置,通常會(huì )感覺(jué)到較冷,因為冷空氣密度較大并往下沉積。

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