天氣小觀：加拿大哈德遜灣強烈冰風暴

[daron (一)]

天氣小觀：加拿大哈德遜灣強烈冰風暴

(這篇是隨興打的，主要是看到加拿大的哈德遜冰風暴。)

冬季的大氣比起夏季大氣複雜許多，
除了西風帶的變幻萬千外，還要同時考慮對流層和平流層的大氣。
在夏季，對流層升高，
不管是南亞高壓、太平洋高壓等活躍夏季系統都是觀察對流層大氣，
但到了冬季，極地進入永夜，從平流層下來的冬季大魔王一雙大手壓入對流層，
極地溫度直降對流活動減弱，對流層高度整個下降，這麼一來，大氣就變得複雜許多。

對流層和平流層的區別就是溫度的垂直遞減率，
在對流層，高度越高，溫度越低，且遞減率很大，每上升1000公尺溫度下降6~7度。
在平流層，高度越高，溫度越高，且遞減率極小，每上升1000公尺溫度只升1度多，
          甚至同溫。
因此，平流層又叫作同溫層，也因為平流層非常穩定，大氣幾乎沒有垂直運動，
對流層中發展旺盛的積雨雲到頂後，
開始受到平流層抑制只能往水平展開，雲頂如被削平般成為砧狀雲結構。

由於高緯度溫度低，低緯度溫度高，
因此極地對流層高度低，只有6000~8000公尺，熱帶對流層甚至高達1萬6000公尺。
如此一來，在100百帕~300百帕的高度場就同時存在對流層大氣活動和平流層大氣活動。
在夏季，
平流層在100百帕以上，這裡只有微弱的極渦與平流層反氣旋控制，
南亞高壓100~200百帕、太平洋高壓500百帕、西南季風700百帕、
颱風1000百帕~等活躍的大氣系統
通通在大氣對流層內活動，於是各天氣系統都在大氣對流層裡對流著，交互影響。
但在冬季，
高緯度地區300百帕以上高空就轉為平流層大氣，
而北極渦旋與周圍的西風帶活動都同時存在平流層和對流層大氣的活動。
也就是說冬季大氣系統的活動同時存在於對流層和平流層，
於是大氣對流層和平流層互為影響，這麼一來就有趣了：

對流層溫度隨高度降低，平流層溫度隨高度緩升。
在某一個高度場或等壓平面來看，
1. 對流層大氣主要為北冷南熱，平流層大氣卻為北熱南冷。

   主因不難想像，南方大氣對流層高度高，溫度一直隨高度降低。
   但對北方來說，早已轉為平流層，溫度隨高度緩升了。
   因此極地上空的平流層溫度高，熱帶地區上空的平流層溫度低。

2. 對流層高層的冷槽、暖脊，到了平流層卻表現為暖槽、冷脊

   對流層是正溫度遞減率，溫度降低，形成冷槽；
   平流層是負溫度遞減率，溫度降低，形成冷脊。

   對流層  -------  1    => A變成1，冷槽 V

           ---A---  2

           -------  3


   平流層  -------  3    => A變成1，冷脊 /\

           ---A---  2

           -------  1

3. 對流層中的冷、暖可代表冷氣團、暖氣團；
   平流層中的冷、暖不代表冷氣團、暖氣團。

   強烈高空冷渦旋發展出來，往往在平流層會對應暖中心。
   平流層的冷暖只是極地氣團上空對流層頂特別低的反映。

   原因當然因為該中心處溫度特別低，則對流層大氣高度低，
   因此該處的上空溫度在很低的高度就反轉為平流層大氣，
   溫度隨高度增加，與周圍相比，當然會相對為暖中心。

4. 最後就是北極和熱帶地區的溫度和位溫，
   一般取200百帕的高度場來看，
   熱帶地面溫度最高，熱帶高空溫度最低；
   極地地面位溫最低，極地高空位溫最高。

                                常數
   位溫  = 溫度 * ( 1000 / 氣壓 )       => 氣壓越低 位溫越高

   常數一般為0.286，
   位溫就是把乾空氣團絕熱膨脹/壓縮到1000百帕時的溫度。
   在對流層中，
   一般大氣溫度的垂直遞減率小於位溫公式後者氣壓下降的增加率，
   所以位溫隨高度增加，也就是高度越高，位溫越高。
   而極地平流層甚至溫度反轉，造成極地高空有最高的位溫。

   從大氣的垂直面來看，隨高度增加時，
   對流層的溫度和氣壓作對，等位溫線比較稀疏，
   平流層的溫度和氣壓同向，等位溫線非常密集。

   位溫是用來衡量大氣垂直對流穩定度的重要指標；
   首先，把溫度換成相當溫度，即為相當位溫；
   相當溫度即透過絕熱過程將空氣團移除水汽後的乾燥空氣溫度。
   因此，
   相當位溫即空氣團經絕熱膨脹/壓縮到1000百帕且
   所含的水汽全部凝結為水釋放出潛熱後，所具有的溫度。

   相當位溫可作為飽和氣團所處的大氣穩定度指標。
   如果相當位溫隨著高度而上升，即表示氣團身處的大氣是穩定的；
   反之，若相當位溫隨高度下跌，即表示所處的大氣並不穩定。

   不過冬季看的北極渦旋不需要看相當位溫，夏季熱帶氣旋才需要看。
   冬季看的北極渦旋是要看"位溫"。

   從"乾燥"絕熱大氣來看強極渦和弱極渦：

   強極渦：等位溫面在北極地區比較高，向中緯度向下傾斜。
   弱極渦：等位溫面在北極地區比較低，向中緯度向上傾斜。

   因此強極渦情境，北極平流層高位渦冷空氣支援中緯度。
   對比弱極渦情境，北極平流層高位渦冷空氣不支援中緯度。

5. 附帶一提的就是位渦，
   不用說，很容易理解的：冬季極圈內的高空位渦值非常高->北極渦旋
   另外，中高緯度出現的強烈高空冷渦旋由平流層極渦延伸的切斷低壓，
   也會在高空顯現出高位渦值。
   而低緯度地區高空的位渦值約為零。

   位渦是動力學和熱力學混和的參數，主要由渦度和位溫垂直梯度所決定。

   位渦近似於：-(重力加速度)*(渦度+地球自轉渦度)*位溫垂直梯度

   位溫梯度主要集中在平流層(等位溫線非常密集)
   因此，位渦分布也主要集中在平流層，隨平流層高度增加而增加。


...(時間關係來看，來看北美冰風暴)


正當東亞降溫，冷氣團南下之餘，
未來一週北美加拿大哈德遜灣面臨強烈冰風暴，
模式預報高空冷渦旋持續在此徘迴。
原因和美西-東北太平洋維持暖脊有關，
從平流層100百帕高度場來看，
美西-東北太平洋的暖脊到了平流層變成暖槽，
https://tinyurl.com/ya2q8fco
但同時，對稱波動，白令海又有西風脊深入北極，
造成平流層升溫，平流層升溫影響北極渦旋位置。
因此，北極渦旋往亞洲遠東地區偏。
模式也顯示負北極震盪，當然就開始這波冷氣團影響嚕。

（以上供參囉）

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推 dunking     : 感謝科普，我竟然看得懂7成以上，真是太感動了
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推 twice0521   : 超過一半看不懂哈 畢竟我只是個業餘人士XD推推推
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推 ping860622  : 這篇很需要背景知識@@
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推 dunking     : 冷平流南下中，台北白天溫度反而下降
推 Keyshawn    : 能夠看懂一些感覺真好
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推 evan81117   : 推
推 dunking     : 1月底2月初遠東有相當強的冷凍氣團南下 南方副高的
→ dunking     : 勢力強弱是關鍵 GFS暫時認定衝歪倒入日本海
→ youngscott  : 冷氣團一直南下 不省著點嗎 北極可憐了
推 embeth0925  : 冷空氣不要衝歪啊啊
推 jeffh       : 台中放晴了,今晚要開始刷輻冷了
推 MRHAUNG     : ya! 要冷過年了
推 hiphop07    : 推
推 agh386690   : 衝歪可能會是濕冷，如果南衝高壓中心偏南就乾冷
推 lueichun    : 台北雲層散開中。
推 saimeitetsu : 溫度上調了？
→ dunking     : 現在看十天後副高勢力並不準，所以那一大片冷凍氣
→ dunking     : 團怎樣走尚位明朗
→ dunking     : 但模式預測中亞有分裂一個冷渦旋東移，這可能會影
→ dunking     : 響中亞脊的生成導致東亞延伸不出大槽
→ dunking     : 但只要高空冷渦旋夠強，西風槽不需要費力延伸，靠
→ dunking     : 地面冷凍氣團偷渡南下照樣能達標冷氣團
→ dunking     : 因此低緯副高勢力的強弱就很關鍵，決定冬季地面部
→ dunking     : 隊能否偷渡成功
推 hiphop07    : 台中的低溫報14度會不會太高啊？現在都13字頭了...
推 echoayane   : 台中快到11多了，看有沒有機會到10
推 twice0521   : 高雄大部份鄉鎮也是 比預報都低2度..
推 hiphop07    : EC這報1/27維持1度線 周末那波應該可以更期待一點
推 dunking     : EC: 1/26~27 850hpa 1度線抵台，2/1~2暫定是波高空
→ dunking     : 冷渦旋衝歪，偏濕冷型的冷氣團
→ youngscott  : 感覺連假要GG了
推 twice0521   : 我現在比較擔心過年的天氣 可以冷不要熱
推 agh386690   : 這波乾冷連高雄清晨難得低於15度
推 mtcoat      : 近幾年農曆春節都好熱 希望冷一點 圍爐吃火鍋才爽
推 aa7520tw    : 不過看起來應該是冷到除夕，過年期間會慢慢回暖
推 agh386690   : 目前資料看到 除夕跟初三各一波冷空氣南下偏濕，但
→ agh386690   : 時間久還要觀察
→ agh386690   : 資料變動度還很大
推 lina7inverse: 推！好科普！看懂前半推～後半要消化一下