热带气旋在热带洋面上从弱的低压扰动发展为一个强大的气旋性涡旋,必然要通过某种途径持续不断地获得能量,能量的来源是什么,形成的物理机制是什么?这是关于热带气旋发生发展的一个基本问题。通过大量观测事实、天气学和动力学的分析研究以及数值模拟和物理模拟实验,人们提出了许多有关热带气旋形成和发展的理论。
1964年Charney,Eliassen(1964)及Ooyama(1964)等人在前人工作的基础上提出了CISK理论(第二类条件不稳定),它较好地解释了热带气旋的发展问题,CISK描述的是这样的一个过程:一个弱的热带低压扰动,通过边界层的摩擦作用,造成热带潮湿空气的大量辐合流入和抬升(即艾克曼抽吸),形成积云对流。积云释放的潜热,使低压中心上空大气的温度升高,高层等压面抬高形成辐散流出,结果使地面气压降低,出现指向地面低压中心的更大流入。由于绝对角动量守恒关系,切向风速增大,地层的气旋性环流增强。结果导致低层的辐合上升运动加强,积云对流发展更旺,凝结潜热释放更多,加热更大,地面气压更低……。如此循环,造成积云对流对低压环流间的正反馈,使得低压扰动不断发展。在积云对流和热带低压的相互作用过程中,边界层摩擦不只是消耗能量的因子,而且通过艾克曼抽吸和积云对流成为能量的制造者。
如图5.10是Schubert和Hack(1982)年给出的CISK过程的示意图。在初始时刻,对流层低层和高层分别有一弱的气旋性环流和反气旋性环流,Ekman边界层辐合(和低层的涡度有关)对积云活动提供水汽和启动动力,凝结潜热加热大气,出现增暖和相伴的厚度变化,产生了较强的高空反气旋和低空气旋,Ekman边界层辐合加强,积云活动进一步加强。
CISK理论突出了积云对流的作用,抓住了水汽凝结释放潜热是热带气旋发展的主要能量来源这一本质,因此它对热带气旋的发展过程作出了较为合理的解释。但是,对于低层原先存在的低压扰动是如何发生的,CISK理论没有给出解释,这是一个需要进一步研究的问题。
本文标题:热带气旋发生与发展(2)
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