高空冷涡作用下台风的形成 高空冷涡形成原因

导语：在气象学中，高空冷涡是一个关键的天气系统，其独特的气象条件对台风的形成起着决定性作用，高空冷涡通常表现为高空大气中的一个低温、高压的气旋性环流系统，当这种冷涡与低层暖湿气流相遇时，便会形成强烈的垂直切变和不稳定的大气层结，为台风的形成提供了必要的环境条件，下面就一起去看看高空冷涡形成原因吧！

高空冷涡作用下台风的形成

高空

夏季太平洋中部高空槽内的冷涡，其中有一些势力较强的可以伸达地面，诱生出东风波和低压扰动来。这些扰动以后在有利的环境条件下可以发展，有些能达到台风强度。所以有人认为高空冷涡是形成太平洋台风的一种重要热带扰动。

但是在西太平洋上，由这种方式形成的每年并不多。1977年5号台风(vera台风)是高空冷涡发展成台风的一个例子,1977年7月21日在日本以东洋面有高空槽加深，结果在对流层上部切断出一个冷涡。这个冷涡主要在200毫巴和150毫巴表现明显，22—25日冷涡在29°N,136°E附近少动。25日以后向西南方向移动，27日到达26°纬度时折向偏西方向移动。28日14时加强成台风，中心附近最大风力有8—9级，29日14时加大到12级，31日08时达最强，中心最低气压为925毫巴，最大风速达55米/秒。17—18时在我国台湾省基隆市登陆，21时进入台湾海峡。8月1日11时前后在福建省惠安再次登陆。由7月22日08时150毫巴、500毫巴、850毫巴流线图可以看到，冷涡在150毫巴很明显。500毫巴和850毫巴看不出来，在冷涡相应位置是副热带高压南侧的偏东气流。

22日以后，冷涡势力开始向下伸展，23日到达300毫巴，26日到达500毫巴、850毫巴和地面(图略),成为一个深厚的低涡。由于低层涡旋环流的出现，云量大量增加，原来冷涡内部的无云区转变为积云发展区。通过积云对流，凝结潜热在高层释放，这使高空冷涡逐渐减弱和趋于消失，最后转变为暖性的反气旋环流。在7月29日08时150毫巴图可看到，台风上空已转变为反气旋。这时台风得到强烈发展，28日20时，中心最大风速为22.5米/秒，29日20时达到40米/秒，几乎增强了一倍。下面我们再说明大洋中部槽与低空赤道槽相重叠时，高空冷涡在赤道槽中会触发台风形成。由于这时低空条件很有利于扰动的发展，台风的形成非常迅速。1973年10月1日以后，在200毫巴上有一个高空槽发展，并向南延伸，同时大洋中部高空槽也不断西退，4日两个槽合并在菲律宾以东形成宽广的横槽。西太平洋许多热带测站风向都转成西风。5日高空槽中有冷涡生成，西面一个冷涡位于15号台风附近。

由于地面扰动周围风速垂直切变减小(高低层都是西风)以及气旋性环流的下传，促使原来发展十分缓慢的15号台风扰动迅速加强。在36小时内，气压下降95毫巴，其中50毫巴是在5日20点—6日.02点6小时内下降的。这个下降速度比1971年30号台风下降还快(51毫巴/小时)。台风中心最低气压为875毫巴。可以看到在西太平洋120°—170°E有高空槽存在。西部的一个冷涡正位于15号台风的附近，而在此以东，赤道槽内没有涡旋存在。偏东气流与西南气流在关岛附近交汇。6日高空槽的南半部迅速向东南移动，其中有一个高空冷涡移到关岛附近，位于低层辐合区东端上空。由于高空冷涡的加强和向下伸展，迅速在地面赤道槽中触发扰动生成。扰动又在一天内加强成台风，即17号台风。由于15号台风的发展，原来的高空冷涡第二天(6日)消失，代之高空出现弱的辐散气流。

到7日逐渐发展成明显的反气旋环流，这是台风中对流增强的结果。在7日的图上，高空槽仍很明显，位置略有后退。一个冷涡与17号台风相迭置，台风继续发展。到8日，高空槽迅速东移到150°E以东，17号台风上空也为一个高压脊代替。台风是暖心的涡旋，而高空冷涡是冷心涡旋，其转变机制怎样呢?由于缺乏足够的资料对这种过程进行详细的分析和研究，目前对这种过程并不了解。有人根据一些个例分析提出了下述看法：在冷心环流伸透到地面高空部分减弱和衰亡，结果只在地面附近留下一个弱的气旋性涡旋。这个残留的涡旋与其它低层涡旋一样，只要环境条件有利就可以获得发展和加强，进而形成暖心系统。高空冷涡消失的主要原因可能是由高空缓慢的增暖作用造成。

一方面，当冷涡西移进入对流层上部暖脊区时，暖平流可造成增暖;另一方面通过冷涡内部深对流释放的潜热产生增暖。如果这个看法是正确的。高空冷涡本身并不能直接形成台风，而只起到一种启动或触发作用，使低层扰动得以发生。一旦低空扰动生成，高空冷涡的作用也就完成。至于诱生的低空涡旋是否会发展，与其它涡旋一样，决定于当时的环境条件。当西风带环流经向度发展时，高空槽南端有时被切断出冷性涡旋，并进入副热带或热带地区。这种冷性的涡旋在热带海洋环境条件下会逐渐变性为暖性的台风。大振幅的延伸到低纬的高空槽又叫延伸槽。切断的冷涡只有到达热带海洋上才能转变为台风，如果是在陆地上被切断，则会在热带气流中消亡。

在北太平洋上，这种切断过程冬季和夏季都会发生。东太平洋上冬季有一部分副热带气旋就是由这种过程形成。在夏季，冷涡切断过程不多见，其中能发展成台风的更少，即使能发展成台风，所处的纬度也比较高(20°—25°N),生命期一般不长。近几年由切断冷涡形成台风的才见到3—4次。例如1971年11号台风是从日本东部一个向南延伸的高空槽南端切断冷涡发展而成的。由于高空槽上游在日本地区高压脊十分稳定，脊前西北气流很强，使高空槽不断向南延伸，这时两侧高压脊逐渐在较高纬度反气旋打通，把冷涡切断在副热带东风气流中。原来向东运动现转为向西运动，并且逐渐变性为暖心台风的结构(温度场和云型)。这种台风的扰动并不发生在热带地区，是由中纬度低指数环流时期的冷涡演变成的。如果延伸槽位于东亚沿岸，则在南海北部甚至中部可出现切断冷涡，这种冷涡也会在南海海面变成台风，其中有一部分在东风气流牵引下向西或向偏北方向运动，登陆广东或广西等地。

由于这种台风位于我国近海附近，从生成到登陆常只有2—3天，有时会因预防不及造成意外的损失。因而做好这一种台风的发生发展的预报具有特别的意义。这种台风主要形成在过渡季节，以春季为最多。因为这时沿岸仍是平均槽的位置，高空槽在这里加深的机会较多;另一方面热带的季风开始活跃起来，副热带高压北推和西伸的机会也增多。1974年由这种方式生成的台风有4个，是近25年最多的一年。在一般情况下，平均每年只有一个。这种台风开始时在对流层中层较明显，表现为闭合的低压涡旋，向上逐渐不清楚。在对流层低层常常也有涡旋存在，它位于一条明显的气流切变线上。在地面常表现为冷锋或静止锋上的一个低压，所以有时也认为这种台风是在冷切变线上发展的台风或由气旋波转变成的台风。

在50年代中就有人注意到这种台风的发生过程。广东气象台)和赵可隆2)曾分析1955年6月2日—12日登陆台山县的一个强台风(中心最低气压986毫巴，最大风速35米/秒)。这次台风的生成与东亚沿岸的高空槽发展有关，这时冷空气到达较低纬度，在华南低空维持偏东北气流。在南海南部地区则有较强的西南风(风力在700毫巴达24米/秒)。在地面图上，台风的前身是在日本高压和太平洋高压之间一个气旋族中的最后一员，它位于南海偏北部。赵亚民³又分析1958年5月底一次类似的台风发展过程，他把这个由温带气旋演变成的台风形成过程分为四个阶段，并且指出，台风发展的一个重要标志是南海上空的冷性低压变为暖性低压，中心温度升高，外围降低。

Simpson也给出美国东南沿海这种类似台风的发展模式。第一阶段，在副热带形成锋面波动。在低层有暖湿空气从热带进入系统。在波动以北有一个移动性高压东移。在第二阶段，随着斜压性减弱，波动消失，气压下降主要由潜热释放造成。低压北面500毫巴高度升高。最后斜压性进一步减弱，接近正压状态，出现热带气旋性质的闭合风暴环流，潜热释放使气压迅速下降。Simpson还指出，在过去20年中，大西洋上每5个热带气旋中就有一个是斜压性热带气旋，即能源最初由斜压场供给(位能转换为动能)。尽管这类风暴后期逐步转变为正压环境中发展的热带风暴，以潜热能源为主，但其初期发展条件肯定是不同的，整个发生发展过程要复杂一些。

最近几年，卫星云图，尤其是同步卫星云图清楚地显示出由温带气旋云型演变成热带风暴云型的过程[31-33.例如1971年大西洋上Arlence飓风的生成就是一个明显的例子，近年来随着近海台风发生发展问题研究的开展，这类台风受到了更多的注意。中央气象台和大气物理研究所4.5)等对台风的前期大尺度环流条件，台风转变前后的温压结构，云型演变等进行了研究。根据1958年以来十几个个例的分析，这种台风的生成和发展具有一定的大尺度环流条件。

(1)在台风发生前几天(3—5天),东南亚和南海地区西南季风有一次明显的加强和北推现象，在低层出现20米/秒的风速中心。由图4.43可以看出在台风生成前的5天(1—5日),季风从孟加拉湾东南部逐渐推进到南海北部。最强的风速在700毫巴上达28米/秒。

在其它年份和个例也有类似情况。如1974年5号，17号，19号，1958年4号，1960年1号，1970年3号台风等。随着季风的北推，有许多季风云团或云系进入南海中部和北部。

(2)北方有一次较强的冷空气南下。在华南，在中低层造成东北季风的增强，迫使东北季风与西南季风形成的中低层切变线南压到南海北部或中部，并在该区稳定下来。所以台风大都是发生在10°—20°N海域上。由于切变线两侧气流的增强，切变涡度增大，可导致切变线上一些低层涡旋发生。在涡旋周围可观测到有一些积雨云发展。可以看到，在台风生成前切变线迅速南压到南海并稳定下来，相应东风中心也南移，西风中心北推。因此切变线入海是这类台风发生的一个基本大尺度环流条件。

台风

(3)台风发生前，在500毫巴上亚洲大范围环流为稳定的二槽一脊型。西西伯利亚和东亚沿岸分别为一冷槽，其间是一暖脊。冷空气从东亚低槽后部南侵。由于槽后高压脊稳定少动，随着冷空气向南爆发，高空槽不断向南延伸，500毫巴槽底可到达南海北部。由于槽线南北段移速不同，槽线逐渐演变成近东西向的切变线，以后在槽南端切断出冷性气旋性涡旋。相应在低层为一条切变线，其上有涡旋存在。这种涡旋有两种，一种是低层涡旋，在500毫巴上已不存在，这种低层涡旋在高空有利条件下(主要是高空辐散启动下)可以发展成台风。另一种涡旋由500毫巴延伸槽中切断在热带的冷涡造成。由于500毫巴以下各层切变线随高度倾斜很小，当冷涡势力向下伸展时，可诱发低层切变线和地面冷锋上有涡旋生成。

(4)在这类台风生成时，由于高空延伸槽前西风在南海北部建立，处于低层西南季风之上，风场垂直切变变小，这对台风的发生发展有利。根据计算，台风发生前和发生时200毫巴和850毫巴纬向风差一般小于5米/秒。此外又由于高空槽槽前的辐散作用，也能促使台风的发展。

(5)当涡旋加强后，其北侧500毫巴上高压区成反气旋打通，这对涡旋转变为台风起着重要作用。这时主要注意海上副热带高压西伸加强、高空槽北缩的过程。由于涡旋现位于副热带高压以南的东风气流中，有利于它逐渐变性为热带天气系统。1974年5号台风是一个明显的例子。500毫巴形势演变与图4.45—4.47相似。这里只给出850毫巴流场图。涡旋在下一个高空槽前或东面副热带高压西侧西南气流引导下也可向东移动，由于它们在南海北部海域上有较长的移动路径，也有机会逐渐变性为台风。7418和7419号台风是在夏末秋初在一条冷性切变线上同时生成的两个台风(图略)。1974年9月2日，冷切变线位于广东省南部。沿切变线有一些大面积积雨云团，它们主要在西南气流中。在地面图上冷锋不明显，斜压性很弱。700毫巴以下为明显的位势不稳定区。

积雨云的卷云辐散很明显。在卫星云图中有两片积雨云较密集的地区，其中有些云团已开始弯曲，似乎围绕一中心旋转，它们大致与地面图上的两个低压环流相对应。9月3日，切变线移入海上，积雨云区的明显变化是围绕着两个低压环流组织起来。大面积云系主要位于低压西南侧，北侧只有一些弯曲的螺旋云线。东面的一个低压云系发展较完整一些。到9月4日，东面低压云系中出现密蔽云区，高空卷云辐散也很明显，南面西南气流中有大量积雨云团卷入低压，西面的低压也进一步发展，两条云带围绕一中心旋转，但密蔽云区并没有形成。9月5日，东面低压云型与台风云型相似，编为18号台风。西面低压螺旋结构很明显，范围扩大，南侧卷云辐散更清楚，但中心密蔽云区还没有形成。

这一天编为19号台风。上面的云系演变说明入海以后切变线结构与热带辐合区并没有什么明显差别，已不再有冷锋的特征，而是表现成一条活跃的对流带。由气流辐合和位势不稳定释放造成的积雨云活动对台风的发生发展和转变起着很重要的作用。但是上述云型变化只代表冷切变线上台风形成的一种情况，如果切变线有斜压性，地面有冷锋存在，云型的演变与上述情况不完全相同。低压常常从减弱的冷锋云带的尾端逐渐发展起来。在开始时，由于高空冷涡的作用，冷涡中的云区比周围要浓密，有积雨云发展，这是地面低压发展的一种先兆，以后在发展过程中，先出现类似温带气旋的云型，有冷舌卷入中心，以后再转变为一般的台风云型。

在个别情况下，中纬度陆地上的低涡移到海上后也会变成台风。1974年8月中旬一个生成在南海的台风即为一例。台风最初是出现在西南地区的一个低涡，以后迅速南移。在此期间由于它和北上的12号台风相互作用发生反时针旋转，促使它迅速到达南海北部变成台风。这种情况虽然很少见，但它表明生成台风的初始扰动不一定都来自热带海洋，也可以是中纬度大陆上的某些中低层涡旋，只要环境条件有利，同样可以发展成台风。

高空冷涡形成原因

温度差异：高空冷涡的形成与大气中存在的温度差异有关。这些系统通常在较高纬度地区的对流层中、上层形成，其中心温度低于四周，从而形成低压系统。

动力过程：高空冷涡的形成还涉及到复杂的动力过程，包括气流的上升和旋转运动。这些过程导致空气在特定区域积累，形成低压中心。

与低层系统的相互作用：高空冷涡的形成往往与低层天气系统相互作用。例如，当高空冷涡与低层低涡系统相互作用时，可以产生更强烈的天气现象，如暴雨。

这些因素共同作用，导致高空冷涡的形成和发展。