[科普中国]-气旋流动

主要特点北（南）半球，大气中水平气流呈逆(顺)时针旋转的大型涡旋。在北半球右偏，反之，左偏。在同高度上，气旋中心的气压比四周低，又称低压。气旋近似于圆形或椭圆形，大小悬殊。

涡旋有时也称旋涡。是指一种半径很小的圆柱在静止流体中旋转引起周围流体作圆周运动的流动现象。一般旋涡内部有一涡量的密集区，称涡核，其运动类似刚体旋转。在它的外部，流体的圆周速度与半径成反比；在它内部，则与半径成正比，在涡心上圆周速度为零。旋涡是飞行器绕流中的重要流动现象，对飞行器的空气动力特性有重要影响。 一般来说，流水形成的涡旋被称做漩涡，大气形成的涡旋则有可能形成热带气旋或者龙卷风。

大气中有类似江河里的涡旋运动，有顺时针方向和反时针方向旋转运动两种：气旋和反气旋，都是大气中大型的水平涡旋运动。气旋，在北半球，空气是反时针方向运动，中心气压最低，逐渐向外递增，空气不断流入中心，

组成结构它的直径：小的有几十公里，大的有几千公里。热带气旋的气流受科氏力的影响而围绕着中心旋转。在北半球，热带气旋沿逆时针方向旋转，在南半球则以顺时针旋转。热带气旋的强度、移动速度和最大风速半径均会对海洋上层的响应产生影响，研究它们对海洋上层响应的影响既有助于更准确的对热带气旋过后海洋水文状况进行预报，又可以提高对热带气旋本身强度、结构等预在夏季季风爆发前 (IOP1期间 )南海北部以气旋式流动为主 ,并在此气旋式环流的东部镶嵌着一个较小的气旋型涡 ;南海中部和南部以反气旋式流动为主 ,其中越南以东海域存在着两个南北对峙分布的反气旋型涡 ,在它们的东侧伴随一气旋型涡。季风爆发后 (IOP2期间 ) ,南海北部仍然以气旋式流动为主 ,黑潮水越过巴士海峡南北中线 ,一部分可能入侵南海北部 ,另一部分向东北折回黑潮主干 ;南海中部和南部仍以反气旋式流动为主 ,越南以东海域北部的反气旋型涡消失 ,但南面的反气旋型涡加强 ,与IOP1类似 ,仍伴随有一个气旋型涡。总体而言 ,强流区出现在巴士海峡西北侧和南海西部 (尤其是越南东南沿岸 ) ,南海东部和东南部为弱流区更多报的质量。

产生原理潮汐中越合作北部湾海洋综合调查资料，日本气象厅(JODC)的温、盐资料，北部湾两个常规断面1997～2004年夏季的温、盐资料，结合QuikScat卫星风场资料，以及Topex/Poseidon卫星高度计资料，应用三维河口、近岸海洋模式Ecom—si对北部湾潮致余流、风生环流及密度环流进行了数值诊断计算。着重讨论了具有代表性的北部湾冬季、夏季环流结构特征，分析了潮余流、风、温盐等因子对该区环流的贡献，首次就北部湾地形、琼州海峡入流对北部湾潮汐、环流结构的影响以及南部湾口外海流动对湾内流场的影响等进行了数值实验和初步的探讨。

研究表明北部湾潮汐、潮致余流的分布有如下特征:北部湾海区全日分潮波在湾内形成一个左旋的独立潮波系统，由于浅水摩擦效应，无潮点偏于入射潮波的左侧，振幅由南向北增加。潮致余流从琼州海峡和湾口海南岛南部传入，沿等深线形成多个气旋型弯曲，并在湾西北形成一反气旋环流，在湾顶形成一气旋型环流;沿岸受复杂岸界影响，流速较大，湾东侧琼州海峡口和海南岛西岸流速最大可达6～7cm/s，湾西侧越南沿岸流速相对较小，湾内区流速大多不及1cm/s。北部湾这种余流分布与其特殊的地形、强潮流惯性和海岸线密切相关。

季节环流季节环流的模拟结果与实测余流符合较好，其主要特征为:冬季海水在强而稳定的东北季风作用下垂向混合均匀，斜压性很弱，主要表现为气旋型正压风生流，平均流速约为5～6cm/s。湾中部107.5°E、18.5°N位置被一大范围逆时针环流控制，南部湾口也存在一不闭合的逆时针型环流，外海水由海南岛南部和琼州海峡进入，顺越南沿岸流出。夏季的正压风生流结构较为复杂，平均流速约为3～4cm/s，湾西北形成一个扁长的椭圆形反气旋环流，内含两个小范围反气旋涡，湾顶和湾中均形成小气旋型环流，湾口处则形成不闭合的反气旋型环流，并不能形成传统观点中所提到的大范围反气旋环流。此时，随温度跃层的形成，温度的水平，垂直梯度都增大，加之沿岸径流淡水的注入，越南沿岸的盐度梯度也随之增加，湾内斜压性很强。1

实例广东省热带气旋灾害分析与风险区划广东省地处我国南部沿海，是热带气旋灾害多发省份。热带气旋给广东造成的损失居于各种自然灾害之首，约占全省全年自然灾害损失总值的60%。本文基于60年登陆和影响广东的热带气旋路径数据和历史气象灾害数据等，分析了广东省热带气旋灾害的时空分布特征；研究表明，广东全年都有可能遭受到热带气旋，但影响和登陆广东省的热带气旋主要集中在7-9月份，占了全年登陆数量的72%；以登陆粤西沿岸的热带气旋最多，占全省的45%。基于自然灾害风险系统分析原理，采用强风和暴雨两个指数分析了广东省热带气旋灾害的致灾因子危险性：以地形、水系、植被三个指数为指标，分析了孕灾环境敏感性；采取地均国民生产总值(亿元/平方公里)、人口密度(人/平方公里)、耕地面积占土地面积比重(%)、65岁以上老年人口比重(%)、14岁以下人口幼儿比重(%)、流动人口占户籍人口的比重等6个因子作为指标分析了热带气旋灾害承灾体的脆弱性；选取人均可支配收入水平、每万人拥有医生数、社会保险平均参保率作为指标分析了广东省热带气旋灾害的防灾减灾能力。综合考虑以上因素，建立了热带气旋风险评估模型，对广东省热带气象灾害风险进行评估，并基于GIS技术进行风险区划，将广东省热带气旋灾害风险分为高风险区、次高风险区、中等风险区、次低风险区、低风险区的五级风险。区划结果表明：广东省热带气旋风险呈沿海至内陆逐渐减小的趋势，风险最高的区域主要分布在沿海的三大地区：粤东惠来——惠东一带、粤西台山——电白一带、雷州半岛南端，该区域受热带气旋影响次数多，且热带气旋所造成的大风和降雨强度大，孕灾环境也使强风和暴雨更易成灾，再加上沿海各县市人口、经济密度高，脆弱性水平偏高，因此其热带气旋风险也偏高。同时针对不同风险等级区域，提出合理的防灾减灾措施，从而为广东省热带气旋灾害风险管理提供决策依据。2

1998年夏季季风爆发前后南海环流的多涡特征利用南海季风实验 (SCSMEX IOP1、IOP2 )期间 ( 1 998年 4月底～ 7月初 )所获得的温盐深 (CTD)、声学多普勒流速剖面仪 (ADCP)资料及TOPEX/POSEIDON卫星高度计遥感资料 ，分析了南海表层、1 .0MPa层和 3.0MPa层重力势异常场的分布格局 ，探讨了夏季季风爆发前后南海的环流特征。结果表明 :在夏季季风爆发前 (IOP1期间 )南海北部以气旋式流动为主 ，并在此气旋式环流的东部镶嵌着一个较小的气旋型涡 ;南海中部和南部以反气旋式流动为主 ，其中越南以东海域存在着两个南北对峙分布的反气旋型涡 ，在它们的东侧伴随一气旋型涡。季风爆发后 (IOP2期间 ) ，南海北部仍然以气旋式流动为主 ，黑潮水越过巴士海峡南北中线 ，一部分可能入侵南海北部 ，另一部分向东北折回黑潮主干 ;南海中部和南部仍以反气旋式流动为主 ，越南以东海域北部的反气旋型涡消失 ，但南面的反气旋型涡加强 ，与IOP1类似 ，仍伴随有一个气旋型涡。总体而言 ，强流区出现在巴士海峡西北侧和南海西部 (尤其是越南东南沿岸 ) ，南海东部和东南部为弱流区。3

影响气旋影响时常常出现阴雨天气和大风气流从四面八方流入气旋中心，中心气流被迫上升而凝云致雨，所以气旋过境时，云量增多，常出现阴雨天气，即气旋雨。在锋面天气系统中，无论冷锋还是暖锋，锋面上方的暖气团都是沿锋面抬升的，都将形成有云和降水的天气，即锋面雨。当两种系统结合在一起形成锋面气旋后，将辐合成更强烈的上升气流，天气变化将更为剧烈，往往会产生云、雨甚至造成暴雨、雷雨、大风天气。

热带气旋各个要素对于海洋上层响应的影响热带气旋的强度、移动速度和最大风速半径均会对海洋上层的响应产生影响，研究它们对海洋上层响应的影响既有助于更准确的对热带气旋过后海洋水文状况进行预报，又可以提高对热带气旋本身强度、结构等预报的质量。在进行海洋对于热带气旋响应的数值模拟时，选取准确的风应力摩擦系数是保证模拟结果质量的前提。通过对比选用不同风应力摩擦系数时飓风卡特琳娜（Kartrina（2005））造成的海洋上层响应得出，在高风速（≥33m/s）区域用Largeand Pond（1981），Donelan et al.（2004）和Powell et al.（2003）摩擦力系数模拟的海表面流动和降温幅度依次减小，而且减小的百分比随着当地最大风速的增加而变大，但摩擦系数的不同并不会改变二者的空间分布。与卫星遥感海数据算得的海表面降温的对比表明，使用Powell et al.的风应力摩擦系数时所得的模拟结果与实测结果最为接近。通过对比不同热带气旋引起的海洋上层响应得出：热带气旋造成的海表面降温的幅度以及各条等降温线的面积随着气旋强度和最大风速半径的增大而增大，随着气旋移动速度的增大而减小。热带气旋引起的海表面降温的空间分布主要受到气旋移动速度的影响，移动速度越小的气旋引起的海表面最大降温越靠近轨迹。海表面降温与热带气旋三个要素的拟合结果表明：在气旋移动速度较慢（小于4.5m/s）时，热带气旋造成的海表面降温主要受到气旋强度和移动速度的影响；在气旋移动速度较快（大于4.5m/s）时，气旋移动速度的影响作用减弱，海表面降温主要受气旋强度的控制，而气旋最大风速半径的影响作用始终很小。热带气旋引起的海洋内部的混合与上升流都能造成海表面降温，模拟结果的对比表明，混合造成的降温幅度随着气旋强度和最大风速半径的增大而增大，随着气旋移动速度的增大呈现先变大后减小趋势。上升流造成的降温所占总降温的百分比主要受到热带气旋移动速度的影响，而且是随着热带气旋移动速度的增大而减小的。移动速度较慢的热带气旋经过时，由于上升流可以将大量的冷水输运到较浅的水层，所以即使这时气旋造成的混合较弱，混合发生的深度较浅，气旋依然能引起比较大的海表面降温。而在气旋移动速度较大时，上升流对于海表面降温的贡献非常小，海表面降温基本由混合控制。在最大降温点处，随着移动速度的增加，上升流造成降温的迅速减小掩盖掉了混合造成降温的先增大后减小的趋势，所以气旋造成的海表面最大降温的幅度是随着气旋移动速度的增加而减小的。4