[科普中国]-锢囚气旋

简介

锋面气旋由锋面上的波动沿着锋面传播发展而生成，其生命史有四个阶段，即初生阶段、成熟阶段、锢囚阶段衰老阶段。经过初生阶段和成熟阶段，发展到锢囚阶段时，通常由于冷空气中的风速较强，冷锋比暖锋移动得快，最后冷锋赶上了暖锋，这时冷锋后和暖锋前的冷空气相合，而冷锋前和暖锋后的暖空气则被抬升到高空。这种过程称为锢囚过程。在锋的北段，冷锋和暖锋相合的锋面，称为锢囚锋。此时的气旋环流最强，中心气压最低，称为锢囚气旋。

背景知识气旋(cyclone)是指北(南)半球，大气中水平气流呈逆(顺)时针旋转的大型涡旋。在同高度上，气旋中心的气压比四周低，又称低压。它在等高面图上表现为闭合等压线所包围的低气压区，在等压面图上表现为闭合等高线所包围的低值区。气旋近似于圆形或椭圆形，大小悬殊。小气旋的水平尺度为几百公里，大的可达三、四千公里，属天气尺度天气系统。气旋中，天气常发生剧烈的变化，是人们最关心和最早研究的天气系统。

发展锢囚气旋的发展由斜压不稳定使扰动增幅引起。发展是从低层开始的，在发展中具有明显的锋区和斜压性。温度平流在此类气旋发展中起着主要作用。

特征（1）气旋发展最强，自地面到500毫巴高度均已成为圆形闭合环流。

（2）中心气压降到最低，比四周低20hPa以上。

（3）地面冷锋逐渐追上暖锋，并将地面暖空气上抬，气旋开始锢囚。

（4）云雨范围增大，强度加强，风力增大，天气变化最剧烈。

（5）气旋沿暖气气流方向移动，移动速度大大减慢。

（6）随着锢囚锋的发展，地面已为冷空气所占据，成为冷性涡旋，因而气旋开始减弱，冷旋涡厚度越来越大。

发展过程2015年5 月11 －12 日， 南支槽与北方冷空气相结合形成东北低压，并在辽宁地区迅速锢囚。

环流背景和天气过程此次天气过程中， 500 百帕上东亚地区为两脊一槽型， 乌拉尔山、日本海为高压脊控制， 而贝加尔湖以东至朝鲜半岛以西则为低压槽。11 日00 时开始， 低压槽发展为气旋， 东经130 度处的高压脊迅速加强， 并在华北地区东部形成强劲的西南急流。由于高压脊没有东退， 冷空气没有随加强的低压槽向东南方向以东形成“低槽东移” 型寒潮， 而是改变路径转向我国东北地区， 迅速追上暖锋， 形成锢囚锋。

物理量场分析对于航空气象而言， 累积降水量并不重要， 而由对流引发的瞬时强降雨和雷暴是影响航班正常、安全的关键因素。沈阳地区达到大雨等级的降水往往是在天气尺度背景下激发的中尺度对流系统造成， 而此次过程沈阳地区则一直维持稳定性降水， 并没有出现强对流天气。

（1）气旋结构发展

11 日08 时850 百帕上， 蒙古气旋中心位于北纬44 度， 向南延伸出狭长的高空槽， 冷空气沿槽后冷空气南下， 同时槽前存在很强的暖脊。11 日20 时， 南伸的高空槽受到冷暖空气推动迅速形成新的气旋， 低中心与原蒙古气旋相比降低了6 位势什米。天气图上表现为气旋迅速南下， 而实际上是原蒙古气旋被南部的由高空槽发展而来的新气旋取代。20 时， 850百帕上新气旋第四象限存在明显暖舌， 且西南气流控制区域已经为冷平流。此时的地面图上， 气旋已经开始锢囚。

（2）对流情况

对流有效位能是反映大气不稳定能量的重要指标。11 日20 时至12 日08 时是沈阳地区出现降水的集中时段。而在此期间， 沈阳上空的对流有效位能值很低， 不足以产生对流性天气。

（3）降水成因

如前所言， 沈阳地区降水是以稳定性降水为主， 也就排除了因中尺度对流系统诱发的瞬时强降水。对于沈阳地区， 单纯由稳定性降水导致的大雨级别降水是很少见的。经过对多种物理量场进行分析， 发现11 日20 时至12 日02 时在沈阳上空（北纬41.6 度， 东经123.4 度） 900 百帕至650 百帕高度上存在着一支很强的水汽通道。这条水汽通道配合锢囚冷风导致的缓慢上升运动， 造成了沈阳地区的大雨过程。

产生机理2015 年5 月11 －12 日东北地区锢囚气旋的产生机理是： 东移的蒙古气旋南部延伸出狭长高空槽， 槽后冷空气受到日本海地区稳定高压脊产生的西南气流影响转而向偏东北方向迅速移动， 追上暖锋而形成锢囚气旋。

此锢囚气旋影响下的沈阳地区上空缺乏不稳定能量，没有形成对流。产生大雨级别降水是因为在沈阳地区上空900百帕至650 百帕存在强劲的水汽通道。1

影响（1）日本海气旋很多以锢囚气旋的形式存在，由于处于东亚西风急流的入口，这种强风口环境有利于发展的温带气旋移入日本海的时候进一步发展进入锢囚阶段

（2）东北地区是形成锢囚气旋的多发地之一， 但往往是在东北地区东部进入锢囚阶段， 且多为蒙古气旋东移形成

（3）副热带气旋，在夏威夷地区称它为科纳风暴(Kona storm)，是产生夏威夷冬季大雨的主要系统。它可由对流层中部切断低压（见阻塞高压和低空锢囚气旋叠加或低压本身具斜压不稳定而发展起来）。