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冷空气的增幅作用 冷空气密度大还是热空气密度大

2024-06-24 来源:天气网

导语:冷空气的增幅作用在气象现象中占据着举足轻重的地位。当冷空气团侵入温暖地区时,它不仅带来了温度的骤降,还通过其特殊的物理性质对当地的气候系统产生深远影响,而且冷空气的密度较大,这使得它在地表附近形成高压区域,随着冷空气的进一步扩散,高压区域向四周扩展,推动暖湿空气上升,这一过程中,暖湿空气中的水汽被冷却凝结,形成云层和降水,为地区带来丰富的水资源,那么冷空气密度大还是热空气密度大?下面就去了解了解吧!

冷空气的增幅作用 

冷空气的增幅作用 冷空气密度大还是热空气密度大

冷空气

在许多研究台风暴雨的著作中,都十分强调冷空气对台风暴雨的增幅作用,并为广大预报员长期预报实践所证实。为什么在同一地区,不同季节登陆的台风,在同样的路径下,暴雨有时差异很大呢?例如,在5~6月和9~11月登陆的台风,其雨量经常比7~8月的雨量大,特别是福建、广东、广西等地,这种现象更为突出。

其原因就是因为常有冷空气的影响在起作用。这种例子是很多的,台风过程的降水分布。这次台风强度不大,5月28日08时中心在广东斗门登陆,近中心最大风力11级,最低气压982hPa,登陆后很快减弱为热带低压,29日08时中心气压为999hPa,位于24.0°N、112.9°E,就是在广东西北部,这时距福州的直线距离还有700km左右,可是从闽东北的霞浦到闽西南的武平长达几百千米的广大范围内,却普降暴雨。这是由于28日从华东沿海有弱冷空气南下的结果。粤东的大暴雨中心也是由于5月25日冷空气南下到华南之后,华南斜压不稳定加强造成的。强热带风暴路径和过程雨量图。

这次强热带风暴中心的最北纬度不超过21°N,距福建有5~6个纬距之遥,然而,在福建出现大范围过程雨量大于100mm的暴雨区,其中主要降水是发生在11月16日。1986年11月16日福建境内日雨量大于50mm的暴雨,其中东南沿海地区有15个测站日雨量大于100mm,最大的是晋江市达163mm,就是在盛夏期间登陆的台风,像这样大范围的日雨量大于100mm的暴雨也不多见,其原因就是由于冷空气南下,侵袭到台风北侧的倒槽中引起。以上我们曾经讨论过的7426台风倒槽暴雨,也是由于冷空气侵袭到台风向北伸的倒槽引发的。从1974年11月8~10日北京到汕头△P²₄时间剖面图上,自11月8日02时开始从北京向南移的△P₂₄最大值的轴线十分明显地看出其向南移的过程,11月9日02时△P₂正值到达福建,9日14时到达华南沿海,于是从9日开始福建开始出现暴雨,持续两天。

7422台风更为典型。这次台风由西北太平洋上生成,向西北移,16日14时加强为台风,近中心最大风速曾达40m·s-¹,最低气压达974hPa。19日14时,当台风中心靠近广东西部海岸时(图6-86),从西北向华南移的冷锋,也于10月19日02时到达华南沿海,如图6-87所示,台风与冷空气耦合在一起。

冷空气南下的过程十分清楚,负变温中心轴线从西北指向东南,直达西沙。由于受冷空气影响,气温显著下降,梧州和湛江△Tz₁都达-12℃,位于台风前进方向的阳江图可见华南沿海气温都在24℃以下,大部分在20℃以下。同时图上还可见到一个有趣的事实:从广东西部沿海向东南伸出一个冷舌,恰好就是7422台风过去24小时所经的路径。可能是由于风浪引起深层较低的海温向上翻滚的结果。以上大量事实表明,在7422台风进入南海之后,由于冷空气侵袭到台风倒槽,造成了台风倒槽大暴雨(参见《台风倒槽暴雨》一节)。

如果没有冷空气入侵,台风倒槽前的东北气流也不容易形成,在许多西行进入南海在粤西登陆的台风中,经常出现这种情况。例如8621(Forrest)台风,台风外围雨区范围小,雨量也不大。1967年10月17~19日,台湾省新寮(23°35'N、121°45'E)出现我国气象、水文观测以来最大的暴雨。10月17日08时到18日08时24小时降雨量为1672mm、3天总量为2749mm。与世界各地最大雨量纪录相比,仅次于南印度洋上的留尼汪岛锡劳斯的24小时雨量1870mm、3天总量为3240mm,居世界第二。这次特大暴雨,与6718(Carla)台风活动有关。这次台风,于10月12日在关岛西南方洋面上生成,以后向西北偏西方向移动,并迅速发展加强。10月15日08时,台风中心最低气压达900hPa,近中心最大风速80m·s~'为最强,17日凌晨到20时之间穿过吕宋岛北端进入南海。

19日穿过雷州半岛,20日08时在北部湾消失,这次台风前期移速很快,平均约5个纬距·天-1.登陆吕宋岛前后移速减慢,台湾省的特大暴雨就出现在移动速度减慢的这段时间。这次特大暴雨,并不是由于台风中心登陆引起,而是由冷空气侵入到台风中心北侧强的东风扰动(也是倒槽)引起的。

东亚有大槽发展,并迅速加深。16日移到140°E,强度达到最强,在低槽加深过程中,引导冷空气向南爆发。15日以后冷锋尾端静止在台湾东北部,850hPa也有明显一△T²₄中心东南移到华东南部沿海。与此同时,台湾东部海面出现了一支强的东南气流,它与冷空气引起的东南沿海的东北气流构成一个类似东风波的倒槽,加上其他有利因素的共同作用下,于是造成台湾新寮附近的特大暴雨。它和我们前面分析过的7422台风倒槽形成福建省境内的大暴雨过程十分相似。1977年8月下旬上海发生的一次特大暴雨,也是由于冷空气侵入到台风环流外围引起的。

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降雨量

1977年8月21日晚上上海市宝山县、嘉定县发生了一场历史罕见的特大暴雨,暴雨中心在宝山塘桥,2天降雨量为597.7mm,24小时最大降雨量为581.3mm。这场暴雨,主要集中在21日上半夜22时到22日07时这段时间内,历时仅10小时,塘桥8小时内降雨达540.4mm,一小时最大降雨量达147.5mm,30分钟最大降雨量为81.0mm,都超过上海市历史上各时段的雨量最高纪录。这次暴雨与7707(Amy)热带风暴活动有关。8月16日08时大约在22.5°N、132.0°E附近形成的热带低压,曲折、缓慢向偏西(WSW—WNW)方向移动,于8月19日20时在台湾台东以东约200多千米的海面上加强为热带风暴,21日20时在台湾海峡南部转向NE方向移动,强度较弱,最大风速不超过24m·s-¹。

但热带辐合区很活跃,且位置偏北,辐合区内还有3个热带低压,这次暴雨,并不是由于热带风暴直接引起,而是发生于其北侧离热带风暴约1000多千米外的中低层东风气流中。在热带风暴向北移的同时,在500hPa图上,中高纬西风槽强烈发展,并在华北切断一个冷涡,随着冷涡的加强和范围扩大,有小股冷空气南下,虽然地面锋系不明显,但850hPa有明显的一△Tz₄南移。这股不强的冷空气南下侵入到来自海上的近中心最大风速具有13m·s-¹东风急流中,于是形成了一场大暴雨。台湾新寮暴雨的发展很相似。对深入内陆的台风残余环流引起的大暴雨的分析研究中,都表明有冷空气的显著作用。例如,著名的“75.8”河南驻马店地区的特大暴雨过程,在三场主要暴雨的形成中都有冷空气的作用。

第一场8月5日的暴雨,是由于台风残余环流的东风扰动与从河西走廊移过来的西风槽前中低层中尺度暖式切变在南阳和驻马店之间相交,暴雨区就在这些交点附近。第二场8月6日的暴雨,则是由于冷空气直接侵入到热带低压环流中引起的。在卫星云图上,可以看出两个高空槽(AA'、BB')已和热带低压连接,第三场暴雨,则是由于热带低压、低层偏东急流和低层东风和东北风或东风和东南风之间的辐合线与冷锋的交点附近。这场暴雨,冷空气影响最明显,暴雨最强。这是一个台风残留的低压环流深入内陆与多次小股冷空气入侵到热带低压中心或其外围造成的台风暴雨中最突出的,也是我国内陆由于台风环流为主要诱导原因造成的一次最大的暴雨过程,当然还有其他有利暴雨的因素在起作用。

7412(Lucy)热带风暴于8月11日20时在福建惠安登陆后深入内陆,在皖北、苏北、鲁南出现了特大暴雨。8月13日特大暴雨出现在皖北一苏北,最大日雨量中心在苏北宿迁(334mm)和泗洪(316mm)。8月14日特大暴雨区移到鲁南,最大日雨量中心在莒县(263mm)和沂水(247mm)。其原因,也是由于冷空气侵入热带低压倒槽中,使热带低压环流北侧雨量突然加大。8月11日,由热带风暴和北方冷空气活动范围内,低层各有一个辐合中心,高层各有一个辐散中心,12日高层两个辐散中心已先行合并加强,形成一个大范围强烈的高层辐散区,13日低层两个辐合中心也合并加强,从而在35°N附近出现了低层强辐合叠加着高层强辐散的强烈的上升运动,于是形成了皖北一苏北一鲁南特大暴雨。

判断冷空气活动有很多方法,如有冷锋系统南移是最直观的。如因移近台风外围,由于流场上的原因,有时锋系不甚清楚,可用△P₂进行分析。一般来说,△P²4O线可近似代表冷锋活动的位置,暴雨通常就形成在△P²40线附近。低层(常用850hPa代表,有时也可用700hPa代表)-△T₂₄中心移动轨迹也是一个判断的办法。固定某范围内的高空高度平均廓线,高空西风槽活动位置或者是作某一范围内θ高空垂直剖面图,分析是否有高空锋区存在等,都是可用的方法。

冷空气密度大还是热空气密度大

冷空气的密度大于热空气。这是因为热胀冷缩的原理,当空气受热时,它会膨胀,体积变大,导致密度变小。相反,冷空气由于温度较低,分子活动不活跃,分子间间隙较小,体积不变或略有收缩,因此密集程度较高,密度较大。

由于冷空气的密度较大,它倾向于往下沉,而热空气由于密度较小会上升。这种现象在自然界中很常见,例如,当我们使用暖气时,热空气会上升,而冷空气则下沉。因此,在较高的位置,通常会感觉到较冷,因为冷空气密度较大并往下沉积。

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