氣旋流動

氣旋流動是指大氣中存在著各種各樣大大小小的渦旋，它們有的逆時針旋轉，有的順時針旋轉的形式。

春季海面風場處於季風轉換期，風向多變。通過診斷計算得到的春季表層環流與冬季的表層環流相比，流動狀態出現了較大的變化。冬季南海表層氣旋式環流的總趨勢似乎已經不復存在，僅在北緯16度以北的南海北部海區形成一個局地氣旋式的環流體系；呂宋西北部的氣旋式環流和越南東部的氣旋式環流強度明顯減弱；巴拉望島西南部近岸海域的反氣旋式環流似乎已經不復存在；但是在越南東南部近海和外海分別存在一個反氣旋式渦旋結構和一個氣旋式渦旋結構。

基本介紹

• 中文名：氣旋流動
• 外文名：Cyclonic Flow
• 學科：氣象環境
• 特點：氣壓變化
• 原理：自然原理
• 影響：災害

主要特點

北（南）半球，大氣中水平氣流呈逆(順)時針旋轉的大型渦旋。在北半球右偏，反之，左偏。在同高度上，氣旋中心的氣壓比四周低，又稱低壓。氣旋近似於圓形或橢圓形，大小懸殊。

渦旋有時也稱旋渦。是指一種半徑很小的圓柱在靜止流體中旋轉引起周圍流體作圓周運動的流動現象。一般旋渦內部有一渦量的密集區，稱渦核，其運動類似剛體旋轉。在它的外部，流體的圓周速度與半徑成反比；在它內部，則與半徑成正比，在渦心上圓周速度為零。旋渦是飛行器繞流中的重要流動現象，對飛行器的空氣動力特性有重要影響。 一般來說，流水形成的渦旋被稱做漩渦，大氣形成的渦旋則有可能形成熱帶氣旋或者龍捲風。

氣流旋動

大氣中有類似江河裡的渦旋運動，有順時針方向和反時針方向旋轉運動兩種：氣旋和反氣旋，都是大氣中大型的水平渦旋運動。氣旋，在北半球，空氣是反時針方向運動，中心氣壓最低，逐漸向外遞增，空氣不斷流入中心，

組成結構

它的直徑：小的有幾十公里，大的有幾千公里。熱帶氣旋的氣流受科氏力的影響而圍繞著中心旋轉。在北半球，熱帶氣旋沿逆時針方向旋轉，在南半球則以順時針旋轉。熱帶氣旋的強度、移動速度和最大風速半徑均會對海洋上層的回響產生影響，研究它們對海洋上層回響的影響既有助於更準確的對熱帶氣旋過後海洋水文狀況進行預報，又可以提高對熱帶氣旋本身強度、結構等預在夏季季風爆發前 (IOP1期間 )南海北部以氣旋式流動為主 ,並在此氣旋式環流的東部鑲嵌著一個較小的氣旋型渦 ;南海中部和南部以反氣旋式流動為主 ,其中越南以東海域存在著兩個南北對峙分布的反氣旋型渦 ,在它們的東側伴隨一氣旋型渦。季風爆發後 (IOP2期間 ) ,南海北部仍然以氣旋式流動為主 ,黑潮水越過巴士海峽南北中線 ,一部分可能入侵南海北部 ,另一部分向東北折回黑潮主幹 ;南海中部和南部仍以反氣旋式流動為主 ,越南以東海域北部的反氣旋型渦消失 ,但南面的反氣旋型渦加強 ,與IOP1類似 ,仍伴隨有一個氣旋型渦。總體而言 ,強流區出現在巴士海峽西北側和南海西部 (尤其是越南東南沿岸 ) ,南海東部和東南部為弱流區更多報的質量。

產生原理

潮汐

中越合作北部灣海洋綜合調查資料，日本氣象廳(JODC)的溫、鹽資料，北部灣兩個常規斷面1997～2004年夏季的溫、鹽資料，結合QuikScat衛星風場資料，以及Topex/Poseidon衛星高度計資料，套用三維河口、近岸海洋模式Ecom—si對北部灣潮致余流、風生環流及密度環流進行了數值診斷計算。著重討論了具有代表性的北部灣冬季、夏季環流結構特徵，分析了潮余流、風、溫鹽等因子對該區環流的貢獻，首次就北部灣地形、瓊州海峽入流對北部灣潮汐、環流結構的影響以及南部灣口外海流動對灣內流場的影響等進行了數值實驗和初步的探討。

研究表明北部灣潮汐、潮致余流的分布有如下特徵:北部灣海區全日分潮波在灣內形成一個左旋的獨立潮波系統，由於淺水摩擦效應，無潮點偏於入射潮波的左側，振幅由南向北增加。潮致余流從瓊州海峽和灣口海南島南部傳入，沿等深線形成多個氣旋型彎曲，並在灣西北形成一反氣旋環流，在灣頂形成一氣旋型環流;沿岸受複雜岸界影響，流速較大，灣東側瓊州海峽口和海南島西岸流速最大可達6～7cm/s，灣西側越南沿岸流速相對較小，灣內區流速大多不及1cm/s。北部灣這種余流分布與其特殊的地形、強潮流慣性和海岸線密切相關。

季節環流

季節環流的模擬結果與實測余流符合較好，其主要特徵為:冬季海水在強而穩定的東北季風作用下垂向混合均勻，斜壓性很弱，主要表現為氣旋型正壓風生流，平均流速約為5～6cm/s。灣中部107.5°E、18.5°N位置被一大範圍逆時針環流控制，南部灣口也存在一不閉合的逆時針型環流，外海水由海南島南部和瓊州海峽進入，順越南沿岸流出。夏季的正壓風生流結構較為複雜，平均流速約為3～4cm/s，灣西北形成一個扁長的橢圓形反氣旋環流，內含兩個小範圍反氣旋渦，灣頂和灣中均形成小氣旋型環流，灣口處則形成不閉合的反氣旋型環流，並不能形成傳統觀點中所提到的大範圍反氣旋環流。此時，隨溫度躍層的形成，溫度的水平，垂直梯度都增大，加之沿岸徑流淡水的注入，越南沿岸的鹽度梯度也隨之增加，灣內斜壓性很強。

實例

廣東省熱帶氣旋災害分析與風險區劃

廣東省地處我國南部沿海，是熱帶氣旋災害多發省份。熱帶氣旋給廣東造成的損失居於各種自然災害之首，約占全省全年自然災害損失總值的60%。本文基於60年登入和影響廣東的熱帶氣旋路徑數據和歷史氣象災害數據等，分析了廣東省熱帶氣旋災害的時空分布特徵；研究表明，廣東全年都有可能遭受到熱帶氣旋，但影響和登入廣東省的熱帶氣旋主要集中在7-9月份，占了全年登入數量的72%；以登入粵西沿岸的熱帶氣旋最多，占全省的45%。基於自然災害風險系統分析原理，採用強風和暴雨兩個指數分析了廣東省熱帶氣旋災害的致災因子危險性：以地形、水系、植被三個指數為指標，分析了孕災環境敏感性；採取地均國民生產總值(億元/平方公里)、人口密度(人/平方公里)、耕地面積占土地面積比重(%)、65歲以上老年人口比重(%)、14歲以下人口幼兒比重(%)、流動人口占戶籍人口的比重等6個因子作為指標分析了熱帶氣旋災害承災體的脆弱性；選取人均可支配收入水平、每萬人擁有醫生數、社會保險平均參保率作為指標分析了廣東省熱帶氣旋災害的防災減災能力。綜合考慮以上因素，建立了熱帶氣旋風險評估模型，對廣東省熱帶氣象災害風險進行評估，並基於GIS技術進行風險區劃，將廣東省熱帶氣旋災害風險分為高風險區、次高風險區、中等風險區、次低風險區、低風險區的五級風險。區劃結果表明：廣東省熱帶氣旋風險呈沿海至內陸逐漸減小的趨勢，風險最高的區域主要分布在沿海的三大地區：粵東惠來——惠東一帶、粵西台山——電白一帶、雷州半島南端，該區域受熱帶氣旋影響次數多，且熱帶氣旋所造成的大風和降雨強度大，孕災環境也使強風和暴雨更易成災，再加上沿海各縣市人口、經濟密度高，脆弱性水平偏高，因此其熱帶氣旋風險也偏高。同時針對不同風險等級區域，提出合理的防災減災措施，從而為廣東省熱帶氣旋災害風險管理提供決策依據。

1998年夏季季風爆發前後南海環流的多渦特徵

利用南海季風實驗 (SCSMEX IOP1、IOP2 )期間 ( 1 998年 4月底～ 7月初 )所獲得的溫鹽深 (CTD)、聲學都卜勒流速剖面儀 (ADCP)資料及TOPEX/POSEIDON衛星高度計遙感資料 ，分析了南海表層、1 .0MPa層和 3.0MPa層重力勢異常場的分布格局 ，探討了夏季季風爆發前後南海的環流特徵。結果表明 :在夏季季風爆發前 (IOP1期間 )南海北部以氣旋式流動為主 ，並在此氣旋式環流的東部鑲嵌著一個較小的氣旋型渦 ;南海中部和南部以反氣旋式流動為主 ，其中越南以東海域存在著兩個南北對峙分布的反氣旋型渦 ，在它們的東側伴隨一氣旋型渦。季風爆發後 (IOP2期間 ) ，南海北部仍然以氣旋式流動為主 ，黑潮水越過巴士海峽南北中線 ，一部分可能入侵南海北部 ，另一部分向東北折回黑潮主幹 ;南海中部和南部仍以反氣旋式流動為主 ，越南以東海域北部的反氣旋型渦消失 ，但南面的反氣旋型渦加強 ，與IOP1類似 ，仍伴隨有一個氣旋型渦。總體而言 ，強流區出現在巴士海峽西北側和南海西部 (尤其是越南東南沿岸 ) ，南海東部和東南部為弱流區。

影響

氣旋影響時常常出現陰雨天氣和大風

氣流從四面八方流入氣旋中心，中心氣流被迫上升而凝雲致雨，所以氣旋過境時，雲量增多，常出現陰雨天氣，即氣旋雨。在鋒面天氣系統中，無論冷鋒還是暖鋒，鋒面上方的暖氣團都是沿鋒面抬升的，都將形成有雲和降水的天氣，即鋒面雨。當兩種系統結合在一起形成鋒面氣旋後，將輻合成更強烈的上升氣流，天氣變化將更為劇烈，往往會產生雲、雨甚至造成暴雨、雷雨、大風天氣。

熱帶氣旋各個要素對於海洋上層回響的影響

熱帶氣旋的強度、移動速度和最大風速半徑均會對海洋上層的回響產生影響，研究它們對海洋上層回響的影響既有助於更準確的對熱帶氣旋過後海洋水文狀況進行預報，又可以提高對熱帶氣旋本身強度、結構等預報的質量。在進行海洋對於熱帶氣旋回響的數值模擬時，選取準確的風應力摩擦係數是保證模擬結果質量的前提。通過對比選用不同風應力摩擦係數時颶風卡特琳娜（Kartrina（2005））造成的海洋上層回響得出，在高風速（≥33m/s）區域用Largeand Pond（1981），Donelan et al.（2004）和Powell et al.（2003）摩擦力係數模擬的海表面流動和降溫幅度依次減小，而且減小的百分比隨著當地最大風速的增加而變大，但摩擦係數的不同並不會改變二者的空間分布。與衛星遙感海數據算得的海表面降溫的對比表明，使用Powell et al.的風應力摩擦係數時所得的模擬結果與實測結果最為接近。通過對比不同熱帶氣旋引起的海洋上層回響得出：熱帶氣旋造成的海表面降溫的幅度以及各條等降溫線的面積隨著氣旋強度和最大風速半徑的增大而增大，隨著氣旋移動速度的增大而減小。熱帶氣旋引起的海表面降溫的空間分布主要受到氣旋移動速度的影響，移動速度越小的氣旋引起的海表面最大降溫越靠近軌跡。海表面降溫與熱帶氣旋三個要素的擬合結果表明：在氣旋移動速度較慢（小於4.5m/s）時，熱帶氣旋造成的海表面降溫主要受到氣旋強度和移動速度的影響；在氣旋移動速度較快（大於4.5m/s）時，氣旋移動速度的影響作用減弱，海表面降溫主要受氣旋強度的控制，而氣旋最大風速半徑的影響作用始終很小。熱帶氣旋引起的海洋內部的混合與上升流都能造成海表面降溫，模擬結果的對比表明，混合造成的降溫幅度隨著氣旋強度和最大風速半徑的增大而增大，隨著氣旋移動速度的增大呈現先變大後減小趨勢。上升流造成的降溫所占總降溫的百分比主要受到熱帶氣旋移動速度的影響，而且是隨著熱帶氣旋移動速度的增大而減小的。移動速度較慢的熱帶氣旋經過時，由於上升流可以將大量的冷水輸運到較淺的水層，所以即使這時氣旋造成的混合較弱，混合發生的深度較淺，氣旋依然能引起比較大的海表面降溫。而在氣旋移動速度較大時，上升流對於海表面降溫的貢獻非常小，海表面降溫基本由混合控制。在最大降溫點處，隨著移動速度的增加，上升流造成降溫的迅速減小掩蓋掉了混合造成降溫的先增大後減小的趨勢，所以氣旋造成的海表面最大降溫的幅度是隨著氣旋移動速度的增加而減小的。