第三章-气团和锋

1、第三章气团和锋第一节气团§ 气团的概念气团是指这样一团空气，即是指气象要素 （主要指温度和湿度）水平分布比较均匀的大范围的空气团。在同一气团中，各地气象要素的垂直分布（稳定度）几乎相同，天气现象也大致一样。 气团的水平尺度可达几千公里，垂直范围可达几公里到几十公里，常常从地面伸展到对流层顶。这种性质几乎一样的气团是如何形成的哪首先，性质比较均匀的广阔地球表面，是气团获得比较均匀属性的首要条件。空气在性质比较均匀的广阔地球表面上空停留或缓慢移动，通过大气中各种尺度的湍流、系统性垂直运动、蒸发、凝结和辐射等物理过程与地球表面进行水汽和热量交换， 经过足够长时间交换才能获得下垫面的温度、湿

2、度和稳定度等物理属性。空气运动对气团的形成也有很大影响。下沉辐散运动可以使大气中温度、湿度的水平梯度减小， 增加大气中温、 湿特性的水平均匀性。稳定的环流使空气能较长时间地缓慢移动在温、湿特性比较均匀的下垫面上，使空气能够有足够长的时间取得下垫面温、湿特征。具有形成气团温、湿属性比较均匀条件的地区称为气团源地。当气团在广大的源地上取得大致与源地相同的物理属性后，离开源地移至与源地性质不同的下垫面时， 二者间又产生了热量与水分的交换，则气团的物理属性又逐渐发生变化，这种变化称为气团变性。§ 气团的分类（ 1）地理分类法按照发源地的纬度分类北极气团： 北极地区全年都是冰雪覆盖的北冰洋，下

3、垫面性质较均匀，盛行反气旋环流，在这个地区上形成的气团称为北极气团（或冰洋气团）。极地气团：靠近极圈的高纬广大地区（冬半年为冰雪覆盖， 夏季冰雪覆盖区仅限于极圈附近），冬季受反气旋环流控制，夏季亦有弱辐散，在这个地区上形成的气团称为极地气团。热带气团：在副热带高压及其以南的广大信风区内形成的气团称为热带气团。赤道气团：赤道地区形成的气团称为赤道气团。气团又有大陆性与海洋性之分，这时根据气团内部的湿度高低来区分。（ 2）热力分类法：根据气团的温度和气团所经过的下垫面温度对比来划分的。冷气团：当气团向着比它暖的下垫面移动时称为冷气团。冷气团所经之处气温将下降。暖气团：当气团向着比它冷的下垫面移动时

4、称为暖气团，所经之处气温将升高。§ 气团的发源地冷气团主要生成于西伯利亚、加拿大北部、北极地方、鄂霍茨克海以及南极大陆等。冬季停留在被雪和冰覆盖的地表面上，由于辐射冷却，地面附近的气温显著下降。暖气团主要在亚热带高压圈内生成。如南北两半球的太平洋、大西洋等的亚热带海洋、夏季的欧亚大陆、非洲北部、美国西部、澳大利亚， 还有北半球冬季的北非以及南半球冬季的澳大利亚和非洲南部。第二节锋§ 锋的概念若想理解锋的概念，首先要了解锋面、锋区和锋线。在大气科学中， 一般将在热力学场和风场具有显著变化的狭窄倾斜带定义为锋面，它具有较大的水平温度梯度、静力稳定度、绝对涡度以及垂直风速切变等特

5、征。从气团概念来看锋面，锋面可以定义为冷、暖两种不同性质气团之间的过渡带，这种倾斜过渡带称为锋区。锋面与地面相交的线，叫做锋线。习惯上我们把锋面和锋线统称为锋。§ 锋的尺度和结构锋区的水平宽度约为几十公里到几百公里，一般是上宽下窄，在天气图上只是一条线。锋面随高度向冷区倾斜，暖空气在上面，冷空气在下面。沿锋面的尺度（锋面长度）一般为10002000 公里。沿锋面这一维，属于中尺度（ 200-2000km ）；而跨锋面这一维，属于中尺度（20-200km）；锋面在垂直方向上的厚度应属于中尺度，一般大约1-2km，为浅层系统。§ 锋的分类对锋分类可有几种方法：（ 1）根据锋在移

6、动过程中冷暖气团所占有的主次地位，可将锋分为：冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚锋。在天气分析当中，这类分类用得最多。（ 2）根据锋在垂直方向上的伸展高度，可分为地面锋和高空锋。（ 3）根据锋面两侧不同性质气团来源的地理位置不同，可将锋分为冰洋锋、 极锋和赤道锋。在这里，我们主要介绍冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚锋。冷锋： 锋面移动过程中，冷气团起主导作用，冷气团推动暖气团向暖气团一侧移动，这类锋面称为冷锋。一般在冷锋过境时，气温会下降。暖锋： 锋面移动过程中，暖气团起主导作用，推动冷气团向冷气团一侧移动，这类锋面称为暖锋。一般在暖锋过境时，气温会升高。准静止锋： 当冷、暖气团的势力相当时，锋面的移动十分

7、缓慢或相对静止，这种锋面称为准静止锋。 实际工作中， 经常将 6 小时间隔内， 锋面位置变化小于一个纬距的锋面定为准静止锋。锢囚锋：由冷锋赶上暖锋或者两条冷锋迎面相遇叠并而成的锋面称为锢囚锋。在锢囚过程中，冷锋的上侧的暖空气被抬离地面上升，凌驾在上空。如果冷锋后的冷空气团比暖锋前的冷空气团冷，称之为冷式锢囚锋；如果冷锋后的冷空气团比暖锋前的冷空气团暖，称之为暖式锢囚锋；如果冷锋后的冷空气团与暖锋前的冷空气团的温差较小，称之为中性锢囚锋。两条锋面在空间的交接点，称之为锢囚点。锋的分类如图和所示。地面锋主要指锋面垂直方向的伸展位置主要位于大气低层。地面锋一般认为是在水平面气压图上的一个强的水平温度

8、梯度带。它经常与降水相关联，可造成局地的强烈天气，同时可以为更小尺度的天气系统的不稳定发展提供一个背景场。高空锋主要指位于对流层上层的锋面。它与急流和急流轴相伴随。它对从中纬度气旋到对流尺度的天气系统中的强迫垂直运动起着十分重要的动力作用。另外，高空锋为对流层与平流层之间的物质和能量等垂直输送起着重要作用。§ 锋面附近气象要素场的特征（1）锋面附近温度场的特征在同一等压面或等高面上锋区内的等温线特别密集，密集程度越强， 表示锋面愈强。 因为暖空气团的温度比冷空气团的温度高，所以在锋区内出现了“下冷上暖”的逆温或等温现象，称之为锋面逆温。如图所示。图锋的分类图 锢囚锋的分类图图 锋面附

9、近的等温线和等位温线垂直分布（2）锋面附近气压场的特征在地面图上， 一般锋面位于气压槽中，等压线通过锋面时呈气旋式弯曲，折角指向高压，也即指向远离气旋的方向。如图所示。（ 3）锋面附近风场的特征由于地面锋位于气压槽内，锋线附近的风场具有气旋性切变，而地面摩擦作用可使这种气旋性切变更加明显。同时，地面摩擦导致锋线附近强的图 锋面附近气压场的特征风场辐合。锋面附近的风场气旋性切变包括风速切变和风向切变。有些情况下， 风速切变比风向切变明显，有时风向切变比风速切变明显，有些情况下两者都非常明显。图表示锋附近常见的几种气压场与风场的型式。图 锋附近常见的几种气压场与风场的型式图§ 锋面气旋的

10、概念锋面气旋是指在气旋中有锋面，温度场是不对称的。一般在中高纬的气旋大都是锋面气旋。锋面气旋的天气都产生在锋面附近。也有的气旋中并不存在锋面，这类气旋叫做无锋面气旋，如热低压， 高空冷涡和热带气旋等。§各类锋面所伴随的天气特征（ 1） 冷锋前坏天气当 700mb高空槽线位于地面锋线附近或锋前时， 锋前由较远处向锋线一般依次出现下列云系：卷云 - 卷层云 - 高层云或复高积云 - 降水性高层云或雨层云或层积云等。高空槽和冷锋过后，偏北风加大，云层变薄，天气即转好。若冷锋前的暖空气比较干燥， 则锋前后均无云， 锋面过境只出现风沙或吹雪， 这种锋也称为干冷锋。在夏半年， 暖空气层结不稳定时

11、， 由于锋面猛烈抬升， 锋前可形成积雨云并伴有雷阵雨天气。冷锋前坏天气的云系如图和图所示。图 冷锋前坏天气的云系图 夏半年第二型冷锋天气示意图（ 2） 冷锋后坏天气当 700mb的高空槽线落在地面锋线的后面时， 如果暖空气比较湿而稳定， 则锋前的天气由晴转为多云（中高云）天气，冷锋过后，风雨交加，700mb高空槽过后大于即停，转为中云天气，待 500mb高空槽过后才会转为晴或高云天气。但在高寒地区，如严冬季节在东北和西北地区，锋上图 冷锋后坏天气的云系仅有卷层云，也有降雪。如果暖空气已层结不稳定，则在雨层云中可能发展成积雨云和雷阵雨天气。冷锋后坏天气的云系如图所示。（3）暖锋天气降水发生在锋前

12、还是锋后，主要看暖锋低空的辐合强度和高空槽线的位置而决定。若暖锋低层辐合明显， 且 700mb槽线或气旋式曲率大的地方大致在地面暖锋上空，则暖锋前降水较大 ; 若 700mb槽线或气旋式曲率大的地方在暖锋后很远，而暖锋上空的700mb等高线又具有反气旋曲率，则降水将在暖区发展。同样，若暖空气层结不稳定，暖锋上也可发展积雨云和雷阵雨天气；相反， 当暖空气很干燥，水汽含量很少时，锋面上可能只有中高云、甚至无云出现。暖锋云系如图所示。（4) 准静止锋准静止锋云系可分为两类：一类是无降水或仅有层积云和雨量极小的零星降水。它们多半处在高压控制下，锋上暖空气中没有显著的云，在锋面稳定层下有冷湿空气沿地形抬

13、升而形成层积云，锋上暖空图 暖锋的云系气较干，沿锋面则没有明显的云系出现。另一类是有显著的降水，锋上暖空气有较强的上升运动，因为静止锋往往坡度较小，暖空气要滑升到距地面锋线一段距图 准静止锋云系离才能有明显的降水，降水区不一定从地面锋线开始；但若锋面坡度稍大，地面辐合又强，降水区就可从锋线开始，雨区北界位置往往与700 百帕切变位置一致。准静止锋停滞某地区时，就使该地区产生连阴雨天气。准静止锋云系如图所示。（5）锢囚锋锢囚锋是由冷锋赶上暖锋或是两条冷锋迎面相遇，把暖空气抬到高空而在原来锋面下面又形成新的锋面。 它的云系也是由两条锋面的云系合并而成，所以天气最恶劣的地区及降水区多位于锢囚锋附近，

14、云系多为高层云（雨层云）、复高积云和层积云等。降水区的宽度，一般从地面锋线至700mb槽线。当锢囚锋随时间推移时，由于暖空气被抬升的高度越来越高，云底高度也就越来越高，云越来越薄，而锋下的锢囚锋面上所形成的新云系就获得发展。锢囚锋云系如图所示。图暖式锢囚锋天气(a) 和冷式锢囚锋天气（b）§ 锋生和锋消锋生一般是指密度或温度不连续形成的一种过程，或者是指已有一条锋面存在，其密度（或温度）水平梯度增大的过程。锋消是指与锋生过程相反的过程。Fd |d锋生函数dtdt y ， | 表示位温水平梯度的绝对值。选择 x 轴平行于锋（或锋生线），则x0 ； y 轴由冷空气指向暖空气，即由位温低值

15、指向位温高值且与等位温线垂直，所以y0。F>0 表示锋生F<0表示锋消F0； F0；2 F0锋生的条件yy 2F0； F0 ；2 F0锋消的条件yy2F( d)vywzy dtyy（1） 平流在锋生中的作用F2vyy因0,只有当v时才有锋生F；当v时，yy00y02则锋消F。0下图为平流锋生的流场分布。图中表示位温，1< 2 即对应 T1<T2，箭头表示风向和风速的大小。第一种情形对应暖平流， 风速沿气流方向 （或暖平流方向）减小而锋生；第二种情形为冷平流， 风速沿气流方向 （或冷平流方向） 减小，形成锋生； 第三种情形为两者的综合。 图 水平风速汇合时的锋生在实际工作

16、中， 对流层低层天气图上最有利于产生锋生的温压场的配置模型有如下图所示几种：图 最易导致锋生的温压场模型w（2）垂直运动在锋生中的作用F3yz当大气层结稳定时，z0(即 d), 若运动场中垂直速度自低温一侧向高温一侧减小时，（w0), 则有锋生作用y图 垂直运动分布造成的锋生和锋消（F3>0）；若垂直速度自低温（图中带箭头线表示垂直速度，长短同速度大小成正比）一侧向高温一侧增大时( w0) ，则有锋消作用（F3<0）。如图所示。当大气层结不稳定时y( d) ，0 ，若运动场中上升运动自低温一侧向高温一侧加大时，F3 >0，则有锋生z作用；若运动场中上升运动自低温一侧向高温一侧

17、减小时，F3<0，则有锋消作用。（3）非绝热加热 F1( d )ydtd当随着时间增大（存在非绝热加热过程）时，0，若加热向暖空气一边增大dt或加热向冷空气一边减小时，F10，则有锋生；这样，以暖空气加热，冷空气冷却最为有利。当随着时间减小时，时， F10，即锋消。d0 ，若降冷向暖空气一侧增大或降冷向冷空气一侧减小dt实际大气中，太阳辐射，水汽蒸发或凝结等都属于非绝热过程。在近地面层影响锋生锋消的主要因子是非绝热加热过程，并且以太阳辐射过程和边界层的热传递为主。而在对流层低层，水平运动是锋生的主要因子，垂直运动较小，占次要地位。在对流层中层， 水平汇合和垂直运动项对锋生锋消同等重要。在

18、大气层结稳定和没有凝结的情况下，垂直运动起着锋消作用；凝结潜热释放一般起锋生作用。在对流层高层或对流层顶，水平汇合是锋生锋消的重要因子。自由大气中饱和凝结潜热释放对锋生有重大作用。潜热释放主要集中在锋区暖空气一侧，有利于锋生，这种过程可以抵消暖空气绝热上升冷却而造成不利于锋生的作用。第三节气团、锋、锋面气旋、急流的相互联系§ 高低空流型的变化和系统的相互配置地面闭合系统到高空变为波状流型，可由高空等压面图上等高线弯曲曲率最大并且风向气旋性切变最明显的地方可定出高空槽线位置，则高空槽前对应着地面上的锋面气旋（低压），高空槽后则对应着地面冷高压。§ 低压轴线随高度的变化地面锋面

19、气旋中心（即地面低压中心）与高空槽区低值中心的连线叫做低压轴线，它是随高度向冷区倾斜的。§ 急流轴的分析等压面上等高线密集带可近似代表等压面上最强风速带或急流的分布，等高线越密集，表示急流越强。由等高线密集带中间点连线可表示急流轴的大致位置。严格讲，应以急流中心所在高度等压面上实测风最大中心连线表示。§ 锋区的分析等压面上等温线密集带代图 上下层流场（气压场）和平均温度场的相互关系示意图表高空锋区， 等压面上的等温线（粗实线为下层流场，细实线为上层流场，虚线为平均温度场，A、就是等 线，在干绝热过程空B 点分别为冷、暖平流场强处，MN线为平流零线）气质点 值是保守的，所以空

20、气质点基本上沿着等 线（等压面上等温线）运动。假定锋面近似是一物质面，则锋区上、 下界的位置基本上沿一条等温线（按 2o C间隔），考虑存在非绝热过程，故等压面上锋区上、下界可穿过一至两根等温线。在高空探空站稀少地区，锋区分析应与地面锋相一致，即高、低空锋区应基本相平行。此外，等压面上高空锋区与急流轴的位置大致相近，因急流中心位于水平温度梯度最大地区的上空。§ 冷暖平流分析冷暖平流最强地区位于等高线和等温线密集处以及两者交角最大的地方，即锋区和急流附近斜压性最强。等压面图上平流零线定在等高线和等温线平行的地方。以上分析如图所示。§全球和我国主要的锋生地带气团是指几千公里范围

21、内气象要素和天气现象分布均匀的空气团，两气团之间的界面即是锋面，水平尺度也是几千公里。半球范围内，锋区有的地区清楚，有的地区不清楚，但绕半球可连成一个带，即等温线密集的地区，称为行星锋区。北半球有两支行星锋区，称极锋锋区（北支锋区）和副热带锋区（南支锋区）。与之相对应的是极锋急流和副热带急流，即北支急流和南支急流。其中北支急流又可以分成二支急流。我国锋生地带主要有两个，一个在华南到长江流域之间，一个在河西走廊到东北、内蒙之间，称为南方锋生带和北方锋生带，与南北两支锋区相对应。它们随季节变化而南北位移。自春到夏，锋生带逐渐北移，自夏到冬，则逐渐南移。北方锋生带以冷平流过程为主，地面图上表现为新的

22、冷高压和变性冷高压之间的水平汇合，冷锋锋生前地面上常有明显的3 小时正变压中心出现。华南地区锋生 （南支锋区） 先是暖平流过程起作用，地面图上常有明显的气旋性风切变出现和雨区发展， 而后冷平流起作用，表现为新南下的冷高压和海洋变性高压之间的水平汇合。黄河到长江流域之间（ 30o 40o N一带）地区是锋消地区。所以，冷锋南下的过程中，往往先是锋消，到华南后再锋生。我国锋面气旋的生成及其活动区域主要集中在两个地带：一个在北纬45o 55o N 之间，对应北支急流（北支锋区）上的扰动，最大中心在黑龙江、吉林及内蒙古的交界处，把在这些地区活动的气旋，成为北方气旋。包括蒙古气旋（中、东部），东北低压（多为蒙古气旋或河套、华北及渤海等地气旋移到东北地区而得名的），黄河气旋（河套及黄河下游地区）、黄海气旋（活动于黄海和由内陆移来的气旋）。另一个气旋生成和活动地带在北纬25o 35o N之间，对应南支急流 （或南支锋区） 上的扰动， 分布在江淮