第5章1天氣系統(tǒng)

第五章

天氣系統(tǒng)王錫平河北師范大學第一節(jié)

天氣系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的背景天氣

一定區(qū)域短時段內的大氣狀態(tài)（如冷暖、風雨、干濕、陰晴等）及其變化的總稱。天氣可以理解為天氣現(xiàn)象和天氣過程（演變過程）的統(tǒng)稱。天氣系統(tǒng)

引起天氣變化和分布的高壓、低壓和高壓脊、低壓槽等具有典型特征的大氣運動系統(tǒng)各種天氣系統(tǒng)具有一定的空間尺度和時間尺度：即一個系統(tǒng)在空間上的大小，或者在時間上持續(xù)的長短。如大氣波動的一個波長、大氣渦旋的直徑；天氣系統(tǒng)從生成、發(fā)展到衰亡所經歷的時間作為系統(tǒng)的時間尺度。>20002000-200200-10天氣系統(tǒng)總是處在不斷新生、發(fā)展和消亡過程中，在不同發(fā)展階段有其相對應的天氣現(xiàn)象分布。一個地區(qū)的天氣和天氣變化是同天氣系統(tǒng)及其發(fā)展階段相聯(lián)系的，是大氣的動力過程和熱力過程的綜合結果各類天氣系統(tǒng)都是在一定的大氣環(huán)流和地理環(huán)境中形成、發(fā)展和演變著。反映著一定地區(qū)的環(huán)境特性。極區(qū)及其周圍終年覆蓋著冰雪，空氣嚴寒、干燥，為極區(qū)低空冷高壓和高空極渦、低槽形成、發(fā)展的背景條件。赤道和低緯地區(qū)終年高溫、潮濕，大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)，是對流性天氣系統(tǒng)產生、發(fā)展的必要條件。中高緯度是冷、暖氣流經常交綏地帶，不僅冷暖氣團你來我往交替頻繁，而且其斜壓不穩(wěn)定，是鋒面、氣旋系統(tǒng)得以形成、發(fā)展的重要基礎。天氣系統(tǒng)的形成和活動反過來又會給地理環(huán)境的結構和演變以深刻影響。------本章-----天氣系統(tǒng)的形成、結構、運動變化規(guī)律*斜壓:等壓面與等溫面相交的大氣第一節(jié)氣團和鋒天氣現(xiàn)象和天氣變化是由大氣的物理屬性和大氣的運動過程所決定的。在一定范圍內水平方向上------物理屬性相對均勻的大塊空氣物理屬性很不均勻的狹窄空氣帶一、氣團氣象要素（主要指溫度、濕度和大氣靜力穩(wěn)定度）在水平分布上比較均勻的大范圍空氣團。其水平范圍從幾百千米到幾千千米，垂直范圍可達幾千米到十幾千米。同一氣團內的溫度水平梯度一般小于1－2℃/100㎞，垂直穩(wěn)定度及天氣現(xiàn)象也都變化不大。（一）氣團的形成氣團的源地是指最初形成氣團的地域。氣團的形成是大范圍空氣取得比較均勻的熱力屬性的過程。氣團形成的兩個條件1、范圍廣闊、地表性質比較均一的下墊面.如遼闊的海洋、無垠的大沙漠、冰雪覆蓋的大陸和極區(qū)等等都可成為氣團形成的源地。2、使大范圍空氣能較長時間停留在均勻的下墊面上的環(huán)流條件.以使空氣能有充分時間和下墊面交換熱量和水汽，取得和下墊面相近的物理特性。

下墊面原因：地球所獲得的熱量來源于太陽輻射，但大氣所獲得的熱量和水分卻主要來自于下墊面，下墊面的性質決定著氣團的屬性。冰雪覆蓋的地區(qū)冷而干的氣團why？水汽充沛的熱帶海洋暖而濕的氣團沙漠或干燥大陸上干而熱的氣團2、必須有使大范圍空氣能較長時間停留在均勻的下墊面上的環(huán)流條件，以使空氣能有充分時間和下墊面交換熱量和水汽，取得和下墊面相近的物理特性。

比如緩行的高壓（反氣旋）系統(tǒng)（高緯度地區(qū)的準靜止冷高壓和副熱帶高壓等），在其控制的區(qū)域不僅能使空氣有充足的時間同下墊面進行熱量和水分交換，以獲得下墊面屬性，而且高壓中的低空輻散流場利于空氣溫度、濕度的水平梯度減小，趨勢于均勻化，形成氣團形成的環(huán)流條件。

氣團形成的過程：在具備條件的情況下，主要通過大氣中各種尺度的湍流、大范圍系統(tǒng)性垂直運動以及蒸發(fā)、凝結和輻射等動力、熱力過程而與地表間進行水汽和熱量交換。并經過足夠長的時間來獲得下墊面的屬性影響。此外，空氣中的平流作用也伴隨著熱量和水分的輸送，影響著氣團中某一部分熱量和水分的增減和分布，并可能引起氣團穩(wěn)定度的變化。（二）氣團的變性氣團由源地移行到另一個新的地區(qū)時，由于下墊面性質以及物理過程的改變，氣團的屬性也隨之發(fā)生相應的變化，這種氣團原有物理屬性的改變過程稱為氣團的變性。

通過湍流、大范圍垂直運動和蒸發(fā)、凝結、輻射等物理過程來實現(xiàn)。氣團變性的快慢和變性程度的大小，取決于流經地區(qū)下墊面性質和氣團源地下墊面性質差異的大小，離開源地的時間長短以及空氣運動狀態(tài)的變化等。還有氣團本身變性難易程度不一樣冷-暖；干-濕思考題：冷氣團更容易變性還是暖氣團（考慮穩(wěn)定度）？干氣團變濕容易還是濕氣團變干容易（考慮蒸發(fā)和凝結過程）？氣團總是隨著大氣的運動而不停地移動著，停滯或緩行的狀態(tài)只是暫時的，相對的。因而氣團的變性是經常的，絕對的。而氣團的形成只是不斷變性過程中的一個相對穩(wěn)定階段。日常所見到的氣團大多是已經離開源地而有不同程度變性的氣團。119（三）氣團的分類根據:氣團的特性、分布、移動規(guī)律1、地理分類法2、熱力分類法1、地理分類法

根據氣團源地的地理位置和下墊面性質進行分類。

按緯度,四個基本類型：冰洋氣團（兩極）極地氣團（中緯度）熱帶氣團赤道氣團按海陸性質,二個基本類型:海洋型大陸型中緯地區(qū)？地理分類法的優(yōu)點是能夠直接從氣團源地了解氣團的主要特征，不易區(qū)分相鄰的兩氣團的屬性，也無法表示氣團離開源地后的屬性變化。2、根據氣團流經地區(qū)下墊面間熱力對比進行分類---熱力分類法凡是氣團向著比它冷的下墊面移動時，即氣團溫度高于下墊面的溫度稱為暖氣團；相反，凡是向著比它暖的下墊面移動時，即氣團溫度低于流經地區(qū)下墊面溫度，稱為冷氣團?；蚺c相鄰氣團間溫度對比區(qū)分冷、熱氣團暖氣團一般含有豐富的水汽，容易形成云雨天氣。但是，當其移向冷區(qū)（高緯度）時，氣團趨于穩(wěn)定（？），如果暖氣團中湍流作用較強，也可能形成層云、層積云，甚至毛毛雨、小雨等天氣。冷氣團一般形成干冷天氣?？赡馨l(fā)展成不穩(wěn)定天氣（為什么？）。如果水汽較多，可能出現(xiàn)積狀云，產生陣性降水天氣冷暖氣團的天氣特征在不同季節(jié)、不同下墊面可能有所差別。夏季的暖氣團，水汽含量豐富，如被地形或外力抬升時，可以出現(xiàn)不穩(wěn)定天氣。冬季的冷氣團不僅水汽含量少而且氣層非常穩(wěn)定，可能出現(xiàn)穩(wěn)定性天氣。同時，冷暖氣團在不同緯度所產生的天氣也不完全一樣。（四）影響中國的氣團

我國的大部分地區(qū)處于中緯度，冷、暖氣流交綏頻繁，缺少氣團形成的環(huán)流條件。同時，地表性質復雜，沒有大范圍均勻的下墊面作為氣團源地。我國境內，大多是從其它地區(qū)移來的變性氣團，最主要的是極地大陸（變性）氣團和熱帶海洋氣團。冰洋（北極、南極）大陸氣團Ac冰洋北極、南極）海洋氣團Am極地中緯度或溫帶）大陸氣團Pc極地中緯度或溫帶）海洋氣團Pm熱帶大陸氣團Tc熱帶海洋氣團Tm赤道氣團E冬季北半球冬季南半球冰洋（北極、南極）大陸氣團Ac冰洋北極、南極）海洋氣團Am極地中緯度或溫帶）陸氣團Pc極地中緯度或溫帶）海洋氣團Pm熱帶大陸氣團Tc熱帶海洋氣團Tm赤道氣團E夏季北半球夏季南半球二、鋒鋒是冷暖氣團相交綏的地帶，是溫帶地區(qū)常見的天氣系統(tǒng)。（一）鋒的概念鋒帶地區(qū)冷、暖空氣異常活躍，常常形成廣闊的云系和降水天氣，有時還出現(xiàn)大風、降溫和雷暴等劇烈天氣現(xiàn)象。因此，鋒是溫帶地區(qū)重要的天氣系統(tǒng)。鋒的水平范圍與氣團水平尺度相當，長達幾百千米到幾千千米。水平寬度在近地面層一般為幾十千米，窄的只有幾千米，寬者也不過幾百千米，到高空增寬，可達200—400km，甚至更寬些。鋒的寬度同氣團寬度相比顯得很狹窄，因而常把鋒區(qū)看成是一個幾何面，稱為鋒面。鋒面與地面的交線稱為鋒線，鋒面和鋒線統(tǒng)稱鋒。鋒向空間伸展的高度視氣團的高度而有不同，凡伸展到對流層中上層者，稱對流層鋒，僅限于對流層低層（1.5km以下）者，稱近地面鋒。鋒具有一定的厚度并在空間呈傾斜狀態(tài)，隨高度它總是向冷氣團一側傾斜。鋒的下方為冷氣團，上方為暖氣團?？拷錃鈭F一側的界面叫下界，靠近暖氣團一側的界面叫上界。（二）鋒的分類根據鋒在移動過程中冷、暖氣團所占的主次地位，可將鋒分為四種類型:冷鋒（coldfront）暖鋒（wormfront）準靜止鋒（stationaryfront）錮囚鋒（occludedfront）。（1）冷鋒鋒面在移動的過程中，冷氣團起主導作用，推動鋒面向暖氣團一側移動，這種鋒面稱為冷鋒。（2）暖鋒鋒面在移動的過程中，暖氣團起主導作用，推動鋒面向冷氣團一側移動，這種鋒面稱為暖鋒。（3）準靜止鋒當冷暖氣團勢力相當，鋒面移動很慢時，稱為準靜止鋒。（4）錮囚鋒

冷氣團、暖氣團、更冷氣團（三種性質不同的氣團）相遇時先構成2個鋒面，然后其中一個鋒面追趕上另一個鋒面，即形成錮囚鋒。

(二)鋒的特征鋒是兩種性質不同氣團相互作用的過渡帶，因而鋒兩側的溫度、濕度、穩(wěn)定度以及風、云、氣壓等氣象要素具有明顯的差異，可以把鋒看成是大氣中氣象要素的不連續(xù)面。

1.鋒面坡度：鋒在空間呈傾斜狀態(tài)是鋒的一個重要特征。鋒面傾斜的程度稱鋒面坡度。鋒面坡度的形成和保持是地球偏轉力作用的結果。1.鋒面坡度鋒的一側是冷氣團，另一側是暖氣團，由于冷暖氣團密度不同，在兩氣團間便產生了一個由冷氣團指向暖氣團的水平氣壓梯度力（G），這個力迫使冷氣團呈楔形伸向暖氣團下方，并力圖把暖氣團抬擠到它的上方，使兩者分界面趨于水平。當水平氣壓梯度力開始作用時，地轉偏向力（A）就隨之起作用，并不斷地改變著冷空氣的運動方向，使其逐漸同鋒線趨于平行。當?shù)剞D偏向力和鋒面氣壓梯度力達到平衡時，氣流平行于鋒面作地轉運動，這時冷、暖氣團的分界面就不再向水平方向過渡而呈現(xiàn)為傾斜狀態(tài)。當鋒面保持穩(wěn)定時有：

f為地轉參數(shù)，g為重力加速度，ΔT=T2(暖氣團氣溫)-T1(冷氣團氣溫)；Tm=(Tl+T2)／2；ΔVg=Vg1-Vg2；Vg1、Vg2分別為冷、暖氣團平行于鋒線的風速分量。

---鋒面坡度的正切函數(shù)值與溫度成正比，與風速梯度成正比忽略了摩擦力，和加速度（相對穩(wěn)定狀態(tài)）2、溫度場：鋒面溫度梯度要比兩側單一氣團內的溫度梯度大得多。氣團內部的氣溫水平分布比較均勻，通常在100公里距離內的氣溫差為1℃，最多不超過2℃，而鋒附近區(qū)域內，相距100公里氣溫差可達幾度，有時達10℃左右，意味著其水平溫度梯度比氣團增大5-10倍，這是鋒的又一重要特征。這一特征，在天氣圖上表現(xiàn)為等溫線非常密集而且同鋒面近于平行；同時，由于鋒面在空間呈傾斜狀態(tài)，使得等溫線密集區(qū)隨著高度增加不斷向冷區(qū)一側傾斜，因而高空鋒區(qū)位于地面鋒的冷空氣一側。鋒伸展得高度愈高，鋒區(qū)偏離地面鋒線就愈遠，在鋒區(qū)附近，因為鋒的下部是冷氣團，上部是暖氣團，所以自下而上通過鋒區(qū)時，出現(xiàn)氣溫隨高度增高而增加的現(xiàn)象，稱鋒面逆溫。逆溫層的底部相當于鋒面下界面，逆溫層的上部相當于鋒面的上界面。如果鋒面兩側冷暖氣團的溫差較小，鋒區(qū)的溫度垂直分布會表現(xiàn)出等溫或微弱遞減。圖5·4的探空曲線，表明了三種不同的鋒面逆溫。

3、氣壓場鋒面兩側是密度不同的冷、暖氣團，因而鋒區(qū)的氣壓變化比氣團內部要大得多，表現(xiàn)在等壓線橫穿鋒面時產生折角，而且折角尖端指向高壓，以及鋒落在低壓槽中的特有氣壓場。實線為原暖氣團等壓線虛線為鋒面形成后的等壓線（P124）上,等壓線與鋒平行時，鋒處在低壓槽中或相對低壓槽（稱隱槽，槽兩側水平氣壓梯度值不同，而方向相同，如右方兩圖情況）中，這時的鋒呈準靜止狀態(tài)。下,鋒處的等壓線呈V型槽時的情況，這種鋒是移動型鋒。?圖5·6是鋒區(qū)常見的6種基本氣壓場和風場型式。

4、鋒附近風場鋒附近的風場同氣壓場是相適應的。既然地面鋒線處于低壓槽內，根據梯度風（三個力）原理，鋒線附近的風場應具有氣旋性切變，這種切變或是風向切變，或是風速切變，或者兩者都有。鋒附近風隨高度變化狀況需視鋒的性質而有不同。一般而言，鋒區(qū)是水平溫度梯度很大的區(qū)域，通過鋒面的熱成風應該很大，即風的垂直切變很大。圖5·8表明，在地面暖鋒前面，鋒上盛行暖平流，通過鋒時，風隨高度向右偏轉。在地面冷鋒后面，風隨高度向左偏轉。在靜止鋒情況下，風向少變或反轉，風速顯著加大。P102-熱成風

(三)鋒的類型和天氣

1.鋒的類型：

(1).暖鋒：鋒面向冷氣團移動的鋒。

(2).冷鋒：冷鋒占主導地位，鋒面向暖氣團移動。

(3).準靜止鋒：冷暖鋒勢力相當。

(4).錮囚鋒：兩鋒相遇后合并所成的鋒。①冷式錮囚鋒②暖式錮囚鋒③中性錮囚鋒(近地面無鋒線)2.鋒面天氣：暖鋒天氣、冷鋒天氣、準靜止鋒天氣、錮囚鋒天氣鋒特征、天氣特征(2)暖鋒天氣

暖鋒是向冷氣團向移動的，在它移動的過程中，暖空氣一方面向冷空氣方向移動，另一方面又沿鋒面緩慢向上滑行，絕熱冷卻。當升到凝結高度后在鋒面上產生云系，如果暖空氣滑行的高度足夠高，水汽又比較充足時，鋒上常常出現(xiàn)廣闊的、系統(tǒng)的層狀云系。典型云系為：在地面鋒線的最前緣是卷云、以后依次是卷層云、高層云、雨層云。這個云系沿著整個鋒面可連綿數(shù)百公里，離地面鋒線越近，云層越低且厚度越厚，云頂可達6千米以上。降水發(fā)生在雨層云中內，一般多屬于連續(xù)性降水，降水的寬度約為300～400公里，降水區(qū)一般處于鋒前。由于從鋒面上降落的雨滴蒸發(fā)使空氣飽和，加上低層輻合、湍流混合作用，在鋒下靠近地面鋒線的冷空氣里，常產生層積云和積云。當空氣中的飽和層到達地面時，可形成鋒面霧---穩(wěn)定性？。一型冷鋒（緩行冷鋒）移動緩慢，鋒面坡度較?。ㄔ?/100左右）。暖空氣沿著冷空氣楔向上滑升，所以主要云系和暖鋒大體相似，只是云雨區(qū)在地面鋒線后面，且云系排列次序與暖鋒相反。由于此型冷鋒坡度通常比暖鋒大，所以云區(qū)和降水區(qū)比暖鋒窄且多為連續(xù)性降水。但當鋒前的暖氣團不穩(wěn)定時，在地面鋒線的附近也常出現(xiàn)積雨云和雷陣雨天氣。這類冷鋒是影響中國天氣的重要天氣系統(tǒng)之一，一般由西北向東南移動。2、冷鋒天氣二型冷鋒（急行冷鋒）移動快，坡度大（1/40—1/80。冷鋒后的冷氣團勢力強，移動快？（鋒面坡度公式），猛烈地沖擊著暖空氣，使暖空氣急速上升，形成范圍較窄、沿鋒線排列很長的積狀云，產生對流性降水天氣。夏季時，空氣受熱不均，對流旺盛，冷鋒移來時常?？耧L驟起、烏云滿天、暴雨傾盆、雷電交加，氣象要素發(fā)生劇變。這種天氣歷時短暫，鋒線過后氣溫急降，天氣豁然開朗。在冬季，由于暖氣團濕度較小、氣溫較低，不可能發(fā)展成強烈不穩(wěn)定天氣，只在鋒前方出現(xiàn)卷云、卷層云、高層云、雨層云等云系。當水汽充足時，地面鋒線附近可能有很厚、很低的云層和寬度不大的連續(xù)性降水。鋒線一過，云消雨散，出現(xiàn)晴朗、大風、降溫天氣。

這種冷鋒在我國較少，春季見于長江流域，秋季見于黃河流域。冷鋒在我國活動范圍甚廣，幾乎遍及全國，尤其在冬半年，北方地區(qū)更為常見，它是影響我國天氣的重要天氣系統(tǒng)我國的冷鋒大多從俄羅斯、蒙古進入我國西北地區(qū)，然后南下。冬季時多二型冷鋒，影響范圍可達華南，但其移到長江流域和華南地區(qū)后，常常轉變?yōu)橐恍屠滗h或準靜止鋒。夏季時多一型冷鋒，影響范圍較小，一般只達黃河流域。同暖鋒天氣類似，只是坡度比暖鋒更小，沿鋒面上滑的暖空氣可以伸展到距鋒線很遠的地方，所以云區(qū)和降水區(qū)比暖鋒更為寬廣，降水強度比較小，但持續(xù)時間長，可能造成綿綿細雨連日不止的連陰天氣。（3）準靜止鋒天氣

準靜止鋒天氣一般分為兩類，一類是云系發(fā)展在鋒上并有降水我國華南準靜止鋒，大多由冷鋒南下過程中冷氣團消弱、暖氣團增強演變而成，因而天氣和第一型冷鋒相似，只是鋒面坡度更小、云雨區(qū)更寬，而且降水區(qū)不限于鋒線地區(qū)，可以延伸到鋒后很大范圍內，降水強度較小，為連續(xù)性降水。由于準靜止鋒移動緩慢，并常常來回擺動，使陰雨天氣持續(xù)時間長達10天至半個月，甚至一個月以上，“清明時節(jié)雨紛紛”就是江南地區(qū)這種天氣的寫照。初夏時，如果暖氣團濕度增大、低層升溫，氣層可能呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，鋒上也可能形成積雨云和雷陣雨天氣。另一類是主要云系發(fā)展在鋒下，并無明顯降水的準靜止鋒。例如昆明準靜止鋒---南下冷空氣被山脈所阻而呈現(xiàn)準靜止狀態(tài)、鋒上暖空氣比較干燥而且滑升緩慢，產生不了大規(guī)模云系和降水，而鋒下冷氣團變性含水汽較多，沿山坡滑升，再加上湍流、混合作用容易形成層積云或不厚的雨層云，并常伴有連續(xù)性降水。這類準靜止鋒主要出現(xiàn)在我國華南、西南和天山北側，以冬半年為多，對這些地區(qū)及其附近天氣影響很大。

冷空氣暖空氣（4）錮囚鋒天氣錮囚鋒是由兩條移動著的鋒合并而成。所以它的天氣仍保留著原來兩條鋒的天氣特征。如果錮囚鋒是由兩條具層狀云系的冷、暖鋒合并而成，則錮囚鋒的云系也呈現(xiàn)層狀，并近似對稱地分布在錮囚點的兩側。如果兩鋒錮囚時，一條鋒是積狀云，另一條是層狀云，錮囚鋒降水不僅保留著原來鋒段降水的特點，而且由于錮囚作用促使上升作用發(fā)展，暖空氣被抬升到錮囚點以上，利于云層變厚、降水增強、降雨區(qū)擴大。在錮囚點以下的鋒段，根據鋒是暖式或冷式而出現(xiàn)相應的云系。在中國錮囚鋒主要出現(xiàn)在鋒面頻繁活動的條件,東北、華北地區(qū)，以春季較多東北地區(qū)的錮囚鋒大多由蒙古、俄羅斯移來，多屬冷式錮囚鋒。華北錮囚鋒多在本地生成，屬暖式錮囚鋒。冬半年在西北、華北、華東地區(qū)，還出現(xiàn)地形錮囚鋒。4、錮囚鋒天氣

（四）鋒生和鋒消鋒生指鋒的生成或加強的過程，鋒消指鋒的消失或減弱的過程。鋒生、鋒消的主要標志是冷、暖氣團間水平溫度梯度的大小和變化。當某些大氣物理過程促使空氣的水平溫度梯度沿著一條線附近迅速加大時，這條線附近有鋒生。反之，有鋒消。在自由大氣中大氣的水平運動、垂直運動和非絕熱過程都可能造成鋒生或鋒消。1.水平氣流輻合、輻散相向或同向速度不同的氣流，在輻合過程中，可促使冷、暖氣團接近，水平溫度梯度增大，利于鋒生。反之，水平氣流輻散則促使冷、暖氣團遠離，水平溫度梯度減小，利于鋒消。2.空氣垂直運動上升運動使上升空氣發(fā)生絕熱降溫，下沉運動