[科普中国]-热带气象学

定义

热带气象学是研究南北纬度30°之间地区的大气环流、天气系统和天气预报的学科。热带地区约占全球面积的一半，该区的辐射收入大于支出，其盈余的热量，可通过大气和海洋输送到中、高纬度地区，因此，热带地区是全球大气运动的主要能源区。热带大气还从地表得到角动量，所以热带地区又是大气角动量的源区之一。热量的输送，不但年际变化很大，而且在一年之中又有明显的变化。这些变化对中、高纬度地区的天气影响很大。所以，在制作中、高纬度地区较长时期的天气预报时，必须考虑热带的大气环流和大洋环流的变化。

研究意义低纬度低层大气对全球大气环流具有热源和水汽源的性质，热带的气象状况对全球大气环流具有重要的影响。

季风环流、沃克环流、哈德莱环流及其它一些大气低频振荡现象都在热带地区比较显著；它们的较大变化与海洋一大气的相互作用密切有关，如海温出现厄尔尼诺(El Nino)现象和大气中南方涛动加强，常伴随着世界性的气候异常。赤道辐合带、热带气旋(台风)等强对流天气系统也发生在热带地区。此外，辐射收支(长波向外辐射)在热带气象和全球大气热量平衡中具有根本性意义。

这些是研究热带气象学的一些重要意义。1

气象特征热带地-气系统净得到热量，几乎全部被地表吸收，其上空的大气却依然在损失热量。地表所得到的热量，只有一小部分通过湍流的方式直接传输给大气，大部分通过地表（洋面）的水分蒸发变为潜热，再通过大气中水汽的凝结过程以释放潜热的方式将热量输入大气。

热带地处低纬度地区，科里奥利参数(f=2ωsinθ，ω为地球自转角速度，θ为纬度)很小，这种动力学特点使热带大气在没有大范围强烈对流上升时，水平的气压梯度力很小，即气压场的水平梯度比在中、高纬度地区要小，但是，流场的水平差异却十分明显。一个天气系统的发生，往往先出现流场的涡旋、辐合和辐散，以及风的水平切变和铅直切变，气压场则只有当产生强烈的对流运动后，特征才逐渐明显。同中、高纬地区相比，热带流场的变化显得更为重要。2

研究内容大气环流热带大气环流的形成和变化，是热带大气本身的动力和热力特性、海陆热力差异、青藏高原等大地形的动力和热力作用，以及南北半球环流相互作用等因子共同作用的结果。北半球的夏季，热带大气环流的主要成员有：低空的东南信风和西南季风以及由这些气流组成的热带辐合带和季风槽和两个大洋中部槽。高空的东风环流和低空的季风环流中都存在急流，并常有比较固定的越赤道通道，可进行南北两半球的质量、水汽和能量的交换。在北半球的冬季，高空为副热带西风急流，而低空则为东北信风和偏北的冬季季风。

天气系统气象卫星探测和理论研究的结果，发现了热带地区许多新的天气系统。依热带天气系统水平尺度的大小构成了一个连续波谱：10公里尺度的主要是对流云胞，如积雨云系；100公里尺度的则主要是由许多积雨云聚集所成的云团；尺度达千公里的，主要为台风、季风低压、对流层中部气旋或副热带气旋、东风波和赤道涡旋；尺度在千公里至万公里之间的天气系统，在对流层中，主要是受海陆地形作用而形成的准定常槽脊（如季风槽）、热带辐合带、赤道缓冲带、高空南亚高压、大洋中部槽等，在平流层中，主要是赤道附近的开尔文波和罗斯比－重力混合波。此外，在热带和温带之间还有副热带高压。就时间尺度而言，也发现了一个波谱，如周期为1天、4～6天、准双周（近于14天）、40～50天、25个月、36～38个月的热带大气振荡。这些振荡是由一个或数个天气系统单独或联合作用所致。周期为一天的波，主要是对流云胞的活动，4～6天的，主要有东风波、季风低压或平流层罗斯比－重力混合波等热带系统活动；准双周振荡，主要有季风槽和信风的强弱振荡、高空南亚高压、平流层开尔文波等的活动；40～50天的周期振荡者，尚待研究；周期达25个月的振荡，一般认为是由平流层开尔文波和罗斯比-重力混合波的动能上传所造成的；至于周期36个月的振荡，则可能是热带海洋-大气或海洋-大陆的耦合振荡所造成的。 这些不同的空间和时间尺度的天气系统及其相互影响，是热带气象学研究的重点。

分析预报热带天气分析除用天气图进行流线分析外，还有卫星云图分析，此外风的铅直和水平切变分析、速度位势场分析和层结稳定度分析等，也均已用于日常业务工作中。热带天气预报方法，已广泛应用统计预报方法和数值预报方法。前者如台风路径的相似预报，后者如正压模式数值预报。3