[科普中国]-气旋生成

现象描述

气旋生成（cyclogenesis）是指气旋性环流发生或加强的过程。1根据气旋形成和活动的主要地理区域，可分为温带气旋和热带气旋两大类。

温带气旋生成温带气旋主要指发生在中纬度温带地区的低压涡旋，高纬度地区也有出现。多是由于极锋（极地气团与热带气团间的锋面）波动产生的，因而也称锋面气旋。伴随气旋活动常有大范围的云区、降水区和强风区，是中高纬度地区重要的天气尺度系统之一。

在北半球，其气流作反时针方向旋转；在南半球则相反。直径大的可达3000km或以上，小的仅几百公里，平均约1000km。气旋强度多用中心气压值表示，中心气压一般在970 - 1010hPa，有时可低到935hPa或以下。

热带气旋生成热带气旋是指发生在热带洋面上强烈的气旋性涡旋。当其中心风力达到一定程度是，称为台风或飓风。其水平环流半径一般为数百公里，垂直环流高度约为10km，达到对流层上部。在对流层中、下层，涡旋运动由外向内迅速加强，狂风、暴雨和巨浪出现在距气旋中心约几百公里到几十公里的环形范围内。在离中心几十公里以内的区域，反而风平浪静、雨歇云消。

生成机制挪威学派认为，气旋生成是锋面波动的结果。苏联学者认为在温压场的某一区域内，只要气压动力变化的速度和加速度的代数值是从中心向四周增加，就可有气旋生成。1温带气旋和热带气旋各自的生成机制如下：

温带气旋生成

**（****1）**初生阶段

当锋移动缓慢或趋于静止时，锋上出现小波动，即气旋波，在锋波动东段暖空气向冷空气方向推进，形成暖锋；锋波动西段冷空气向暖空气方向推进，形成冷锋，围绕着波动产生了气旋性环流，环流中心气压下降， 形成低压中心。2

图1 为初生阶段示意图，图1a为气旋生成前，图1b为开始出现波动。

这时高空锋区也呈波动式，温度场落后于高度场。气旋位于高空槽前，温度平流零线穿过气旋中心，气旋前部为暖平流，后部为冷平流。所以热力因子使地面气旋前部减压，后部加压，从等高线看，槽前为正涡度平流区，涡度因子使地面气旋中心减压。这两种因子联合作用的结果，使地面气旋一面向前移动，一面加深发展。高空槽也因冷平流而加深，并因涡度平流作用而向前移动。此时地面摩擦影响很小。3

（2）成熟阶段

随着气旋性环流的加强，中心气压不断下降，冷锋与暖锋间的扇形暖区愈加明显。这个阶段，由于暖空气沿锋面斜坡上升，绝热冷却，发生凝结，出现系统性的云系和降水。2

图2 为成熟阶段示意图。

在此阶段，高空温压场中，高空槽巳加深且已经出现闭合中心，但温度槽仍落后于高度槽，不过两者比前一阶段有所接近。地面气旋前部仍为暖平流， 后部为冷平流。同时气旋仍在高空槽的前方，气压变化的热力及动力因子的配置与前一阶段差别不大。气旋继续发展并向前移动。随着地面气旋的发展，气旋上空的湿度因上升运动而逐渐降低，这在气旋中心偏后地区最明显，因为这里同时有冷平流，所以温度槽离气旋中心愈来愈近。此阶段高空槽仍因冷平流而继续发展，地面摩擦影响增大，但还不占主导地位。3

热带气旋生成热带气旋的生成机制是一个古老而热门的问题，而远海观测资料稀少使这个问题成了热带气旋研究领域中最困难的问题。科学工作者们已经从不同的空间和时间尺度上做了大量的探索。

经过半个多世纪的探索研究，科学家们已经在热带气旋生成所需的气候背景场，扰动源以及触发机制等方面有了一定的了解：在大尺度环境条件方面，提出了与热带气旋生成紧密相关的6个季节性参数，即适当的柯氏力，适宜的低层高相对涡度区，弱的水平风速垂直切变，海表以下60 m深的水温在26℃以上，海平面到500 hPa深厚的条件性不稳定大气以及相对潮湿的中层大气，这为热带气旋生成机制的研究奠定了重要基础。4

气候变化对于热带气旋生成的频数、位置有调整作用，但是气候变化与热带气旋生成机制之间的关系目前还没有建立。在热带气旋生成的外部扰动源方面，发现了东风波，MJO，TUTT，热带云团和preexisting vortex以及冷空气等多种扰动源，并对每种扰动源的加强过程进行了大量研究。在热带气旋生成的触发机制方面，人们对经典的CISK机制和WISHE理论提出质疑，将研究重点转移到中小尺度过程，提出了越赤道气流，地形作用，风涌，中尺度涡旋合并，中层涡旋和低层季风槽的相互作用以及对流爆发等触发机制假说，更细致地描述了热带气旋生成过程中关键性的因素。在我国，对热带气旋生成的中尺度触发机制的研究还很欠缺。仍然需要更多深入细致的探索。4

但是，目前各种触发机制的假说基本上都限于个例研究。不同海域、不同扰动背景下热带气旋生成的触发机制是否存在共性？这种共性又是什么？各种可能的触发条件之间是怎样的关系？这些问题还不得而知。