概述

【熱帶氣象學(xué)】（tropical meteorology）是論述低緯度（約南北緯30度之間）地區(qū)大氣運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象和規(guī)律的氣象學(xué)分支學(xué)科。低緯度低層大氣對(duì)全球大氣環(huán)流具有熱源和水汽源的性質(zhì)，熱帶的氣象狀況對(duì)全球大氣環(huán)流具有重要的影響。

季風(fēng)環(huán)流、沃克環(huán)流、哈德萊環(huán)流及其它一些大氣低頻振蕩現(xiàn)象都在熱帶地區(qū)比較顯著。它們的較大變化與海洋一大氣的相互作用密切有關(guān)，如海溫出現(xiàn)厄爾尼諾（El Nino）現(xiàn)象和大氣中南方濤動(dòng)加強(qiáng)，常伴隨著世界性的氣候異常。赤道輻合帶、熱帶氣旋（臺(tái)風(fēng)）等強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)也發(fā)生在熱帶地區(qū)。此外，輻射收支（長波向外輻射）在熱帶氣象和全球大氣熱量平衡中具有根本性意義。這些是熱帶氣象學(xué)的一些重要內(nèi)容。

熱帶地區(qū)約占全球面積的一半，該區(qū)的輻射收入大于支出，其盈余的熱量，可通過大氣和海洋輸送到中、高緯度地區(qū)，因此，熱帶地區(qū)是全球大氣運(yùn)動(dòng)的主要能源區(qū)。熱帶大氣還從地表得到角動(dòng)量，所以熱帶地區(qū)又是大氣角動(dòng)量的源區(qū)之一。熱量的輸送，不但年際變化很大，而且在一年之中又有明顯的變化。這些變化對(duì)中、高緯度地區(qū)的天氣影響很大。所以，在制作中、高緯度地區(qū)較長時(shí)期的天氣預(yù)報(bào)時(shí)，必須考慮熱帶的大氣環(huán)流和大洋環(huán)流的變化。

熱帶地區(qū)的大氣環(huán)流除哈得來環(huán)流和信風(fēng)環(huán)流外，還有許多大型的環(huán)流系統(tǒng)，如熱帶輻合帶、副熱帶高壓和季風(fēng)環(huán)流等。它們的強(qiáng)弱和變化，不但影響著熱量和角動(dòng)量的輸送。而且影響著天氣系統(tǒng)（如臺(tái)風(fēng)等）的產(chǎn)生和活動(dòng)，這對(duì)中、高緯度地區(qū)和熱帶地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民的生活都有直接的影響。所以，熱帶氣象學(xué)的研究有重大的經(jīng)濟(jì)意義和理論意義。

特點(diǎn)

熱帶氣象學(xué)熱帶地-氣系統(tǒng)凈得到熱量，幾乎全部被地表吸收，其上空的大氣卻依然在損失熱量。地表所得到的熱量，只有一小部分通過湍流的方式直接傳輸給大氣，大部分通過地表（洋面）的水分蒸發(fā)變?yōu)闈摕幔偻ㄟ^大氣中水汽的凝結(jié)過程以釋放潛熱的方式將熱量輸入大氣。

由于熱帶低層大氣的溫度很高，且很潮濕，所以熱帶地區(qū)中下層的大氣經(jīng)常處于條件不穩(wěn)定狀態(tài)（見大氣靜力穩(wěn)定度），極有利于對(duì)流的發(fā)展。熱帶的對(duì)流云系很旺盛，成千成百個(gè)巨大的積雨云經(jīng)常聚集在一起，組成了熱帶特有的云團(tuán)（見熱帶云團(tuán)）。強(qiáng)烈的熱帶天氣系統(tǒng)如臺(tái)風(fēng)等的發(fā)生和發(fā)展，都和這種云團(tuán)的活動(dòng)有密切的關(guān)系。

熱帶地處低緯度地區(qū)，科里奧利參數(shù)(f=2ωsin嗞，ω為地球自轉(zhuǎn)角速度，嗞為緯度)（見大氣中的作用力）很小，這種動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)使熱帶大氣在沒有大范圍強(qiáng)烈對(duì)流上升時(shí)，水平的氣壓梯度力很小，即氣壓場的水平梯度比在中、高緯度地區(qū)要小，但是，流場的水平差異卻十分明顯。一個(gè)天氣系統(tǒng)的發(fā)生，往往先出現(xiàn)流場的渦旋、輻合和輻散，以及風(fēng)的水平切變和鉛直切變，氣壓場則只有當(dāng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)后，特征才逐漸明顯。同中、高緯地區(qū)相比，熱帶流場的變化顯得更為重要。

內(nèi)容

熱帶氣象學(xué)所研究的內(nèi)容主要有以下三個(gè)方面：

氣象預(yù)報(bào)圖大氣環(huán)流
熱帶大氣環(huán)流的形成和變化，是熱帶大氣本身的動(dòng)力和熱力特性、海陸熱力差異、青藏高原等大地形的動(dòng)力和熱力作用，以及南北半球環(huán)流相互作用等因子共同作用的結(jié)果。北半球的夏季，熱帶大氣環(huán)流的主要成員有：低空的東北信風(fēng)和西南季風(fēng)以及由這些氣流組成的熱帶輻合帶和季風(fēng)槽（見季風(fēng)低壓；高空的東風(fēng)環(huán)流以及南亞高壓、墨西哥高壓(見副熱帶高壓)和兩個(gè)大洋中部槽（見熱帶對(duì)流層上部槽）。高空的東風(fēng)環(huán)流和低空的季風(fēng)環(huán)流中都存在急流，并常有比較固定的越赤道通道，可進(jìn)行南北兩半球的質(zhì)量、水汽和能量的交換。在北半球的冬季，高空為副熱帶西風(fēng)急流，而低空則為東北信風(fēng)和偏北的冬季季風(fēng)。

天氣系統(tǒng)
氣象衛(wèi)星探測和理論研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了熱帶地區(qū)許多新的天氣系統(tǒng)。依熱帶天氣系統(tǒng)水平尺度的大小構(gòu)成了一個(gè)連續(xù)波譜：10公里尺度的主要是對(duì)流云胞，如積雨云系；100公里尺度的則主要是由許多積雨云聚集所成的云團(tuán)；尺度達(dá)千公里的，主要為臺(tái)風(fēng)、季風(fēng)低壓、對(duì)流層中部氣旋或副熱帶氣旋、東風(fēng)波和赤道渦旋（如赤道反氣旋）；尺度在千公里至萬公里之間的天氣系統(tǒng)，在對(duì)流層中，主要是受海陸地形作用而形成的準(zhǔn)定常槽脊（如季風(fēng)槽）、熱帶輻合帶、赤道緩沖帶、高空南亞高壓、大洋中部槽等，在平流層中，主要是赤道附近的開爾文波和羅斯比－重力混合波（見熱帶平流層波動(dòng)）。

此外，在熱帶和溫帶之間還有副熱帶高壓。就時(shí)間尺度而言，也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)波譜，如周期為1天、4～6天、準(zhǔn)雙周（近于14天）、40～50天、25個(gè)月、36～38個(gè)月的熱帶大氣振蕩。這些振蕩是由一個(gè)或數(shù)個(gè)天氣系統(tǒng)單獨(dú)或聯(lián)合作用所致。周期為一天的波，主要是對(duì)流云胞的活動(dòng)，4～6天的，主要有東風(fēng)波、季風(fēng)低壓或平流層羅斯比－重力混合波等熱帶系統(tǒng)活動(dòng)；準(zhǔn)雙周振蕩，主要有季風(fēng)槽和信風(fēng)的強(qiáng)弱振蕩、高空南亞高壓、平流層開爾文波等的活動(dòng)；40～50天的周期振蕩者，尚待研究；周期達(dá)25個(gè)月的振蕩，一般認(rèn)為是由平流層開爾文波和羅斯比-重力混合波的動(dòng)能上傳所造成的；至于周期36個(gè)月的振蕩，則可能是熱帶海洋-大氣或海洋-大陸的耦合振蕩所造成的。 這些不同的空間和時(shí)間尺度的天氣系統(tǒng)及其相互影響，是熱帶氣象學(xué)研究的重點(diǎn)。

分析和預(yù)報(bào)
熱帶天氣分析除用天氣圖進(jìn)行流線分析外，還有衛(wèi)星云圖分析，此外風(fēng)的鉛直和水平切變分析、速度位勢場分析和層結(jié)穩(wěn)定度分析等，也均已用于日常業(yè)務(wù)工作中。熱帶天氣預(yù)報(bào)方法，已廣泛應(yīng)用統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法和數(shù)值預(yù)報(bào)方法。前者如臺(tái)風(fēng)路徑的相似預(yù)報(bào)，后者如正壓模式（見正壓大氣）數(shù)值預(yù)報(bào)。

發(fā)展動(dòng)向

謝義炳對(duì)熱帶大氣環(huán)流研究早在15世紀(jì)末，阿拉伯水手們已在印度洋的貿(mào)易航線上注意到了季風(fēng)的變化規(guī)律，中國宋代著名文學(xué)家蘇軾也曾記述了季風(fēng)現(xiàn)象(見梅雨)。近代熱帶氣象學(xué)的研究起始于第二次世界大戰(zhàn)期間，美國氣象學(xué)家H.里爾首先在熱帶天氣分析、熱帶大氣環(huán)流和東風(fēng)波的研究等方面作出了貢獻(xiàn)，寫出了第一本近代的《熱帶氣象學(xué)》專著。隨后，J.G.查尼和郭曉嵐對(duì)熱帶大氣動(dòng)力學(xué)、 J·皮耶克尼斯對(duì)熱帶海-氣相互作用、柳井迪雄對(duì)熱帶波動(dòng)的分析研究、聯(lián)邦德國氣象學(xué)家H.弗洛恩對(duì)熱帶大氣環(huán)流、印度氣象學(xué)家T.N.克里希納穆蒂對(duì)熱帶季風(fēng)的研究，均作出了貢獻(xiàn)。中國近代熱帶氣象學(xué)的研究，起始于竺可楨在20世紀(jì)20年代對(duì)臺(tái)風(fēng)的研究和30年代對(duì)季風(fēng)的研究。

隨后，涂長望對(duì)夏季風(fēng)在中國進(jìn)退的研究，李憲之對(duì)臺(tái)風(fēng)形成的研究，葉篤正對(duì)熱帶大氣動(dòng)力學(xué)的研究，陶詩言對(duì)熱帶大氣環(huán)流的研究，黃士松對(duì)副熱帶高壓活動(dòng)規(guī)律和季風(fēng)的研究，謝義炳對(duì)熱帶大氣環(huán)流和熱帶波動(dòng)理論的研究，高由禧等對(duì)季風(fēng)的研究等，都對(duì)近代熱帶氣象學(xué)作出了一定的貢獻(xiàn)。

自從20世紀(jì)60年代以來，曾有過多次國際綜合觀測試驗(yàn)；60年代的國際印度洋考察(IIOE)，考察了西南季風(fēng)及其上的天氣系統(tǒng)；1967年的萊恩島試驗(yàn)(LIE)，側(cè)重研究熱帶輻合帶內(nèi)對(duì)流尺度和中尺度天氣系統(tǒng)；1969年的大西洋信風(fēng)試驗(yàn)(ATEX)，以研究大西洋北緯10°附近信風(fēng)的能量收支為主；1969年的巴巴多斯海洋和氣象試驗(yàn)(BOMEX)，研究了巴巴多斯島以東的洋面上空，已被擾動(dòng)或未經(jīng)擾動(dòng)的信風(fēng)和海－氣之間的動(dòng)量交換和能量交換，以及云團(tuán)和熱帶的結(jié)構(gòu)；1974年開始進(jìn)行的全球大氣研究計(jì)劃大西洋熱帶試驗(yàn)(GATE)，研究對(duì)流云系和大尺度環(huán)流相互作用及對(duì)流云系加熱的參數(shù)化，熱帶邊界層結(jié)構(gòu)，海－氣相互作用和大氣輻射過程，改進(jìn)了熱帶天氣的數(shù)值預(yù)報(bào)；1979年進(jìn)行的國際季風(fēng)試驗(yàn)(MONEX)，則研究阿拉伯海到南海地區(qū)的冬夏季風(fēng)活動(dòng)。通過這些試驗(yàn)，為熱帶對(duì)流云系的加熱及其參數(shù)化提出了不少較為合理的模型，對(duì)熱帶邊界層及其參數(shù)化也提出了合理的模型，對(duì)西南季風(fēng)活動(dòng)規(guī)律和季風(fēng)低壓的結(jié)構(gòu)有了進(jìn)一步了解。這些成果，大大改進(jìn)了天氣預(yù)報(bào)，特別是數(shù)值預(yù)報(bào)的方法。此外，對(duì)臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)的探測，臺(tái)風(fēng)的發(fā)生和發(fā)展所作的數(shù)值模擬及其路徑的預(yù)報(bào)方法，以及人工影響臺(tái)風(fēng)的方法的研究，使臺(tái)風(fēng)路徑的短期數(shù)值預(yù)報(bào)已達(dá)到業(yè)務(wù)使用的水平。

相關(guān)學(xué)科

大氣科學(xué)、氣候?qū)W、物候?qū)W、古氣候?qū)W、年輪氣候?qū)W、大氣化學(xué)、動(dòng)力氣象學(xué)、大氣物理學(xué)、大氣邊界層物理、云和降水物理學(xué)、云和降水微物理學(xué)、云動(dòng)力學(xué)、雷達(dá)氣象學(xué)、無線電氣象學(xué)、大氣輻射學(xué)、大氣光學(xué)、大氣電學(xué)、大氣聲學(xué)、天氣學(xué)、極地氣象學(xué)、衛(wèi)星氣象學(xué)、生物氣象學(xué)、農(nóng)業(yè)氣象學(xué)、森林氣象學(xué)、醫(yī)療氣象學(xué)、水文氣象學(xué)、建筑氣象學(xué)、航海氣象學(xué)、航空氣象學(xué)、軍事氣象學(xué)、空氣污染氣象學(xué)。