章 天气系统与大气环流

1、2020/7/11，1，第六章天气系统和大气环流，2020/7/11，2，7节，8学时，第一节高纬度地区的天气系统第二节温带气旋和反气旋第三节，小尺度天气系统第四节热带天气系统第五节季风和梅雨，2020/7/11，3，天气指某地区、 大气中发生的阴、晴、风、雨、雷、电、雾、霜、雪等都是天气现象，它们的发生都与天气系统的活动有着密切的关系，天气与人类的生活、社会、经济活动有着密切的关系。 所谓2020/7/11,4、4、4，天气系统是指具有一定温度、气压、风等气象要素空间结构特征的大气运动系统。 有以空间气压分布为特征的高压、低压、高压脊、低压沟等。 也有以风的分布特征来区分的。 旋风分离器、旋

2、风分离器、变线等。 有些是由温度分布的特征决定的。 以雷暴和热带云团等几个天气特征分开。2020/7/11,5、5、5、天气系统，通常构成天气系统的气压、风、温度和气象要素之间有一定的配置关系。 大气中各种天气系统的空间范围不同，水平尺度从数公里到12千公里。 生命的历史也不同，从几个小时到几天。 2020/7/11，6，6，地球上所有地方的天气变化与大气中移动的天气系统有关，气象台宣布寒流通过，这是向人们宣布强冷空气从西北方向移动。 气象台发布台风警报的是，从热带西太平洋来的猛烈暴风雨在气象学被称为天气系统。 使用气象卫星拍摄从上空漂浮在地球上空的云团时，夹杂着大小天气系统，最大的天气系统只

3、有数千公里，最小的天气系统只有数公里。 因为天气系统是演化为世界大气环流的声干扰系统，所以其与世界大气环流密切相关。 在本章中，叙述了中、高纬地辖区和热带地辖区的天气系统和世界大气环流的特征和结构。2020/7/11、7，各种常见尺度的天气系统，2020/7/11、8，第一节中高纬度地辖区的天气系统，2020/7/11，9，中高纬度地辖区的大气与作为斜压大气的大气中压低面不重叠，温度水平分布且具有明显的不均匀性。 典型的天气系统是指，地面锋的温带旋风分离器和旋风分离器隔断高压、隔断低压急流等，2020/7/11，10、气团是指，在水平方向上，大气物理属性主要是温度、大气湿度和稳定度相对均匀的大

4、块摇滾乐。 其水平尺度可达数百至数千公里，垂直尺度可达数公里至十几公里。 气团的形成必须具有范围广、性质均匀的下垫面，还必须具有适当的环流条件。2020/7/11、11、根据气团的分类、形成的地理位置极地大陆气团极地海洋气团热带海洋气团热带大陆气团中纬度气团主要来自极地和热带变性气团。 用热分类冷气团暖气团，2020/7/11、12，我国活动的主要气团随季节变化，冬季极地大陆气团主要在南方的部分地区受到热带海洋气团的影响，夏季受热带海洋和热带大陆气团的影响，北方受极地大陆气团的影响。 春天、秋天主要有变性极地大陆气团和热带海洋气团。影响中国的气团活动形象、2020/7/11、13、一、地面锋(

5、一)地面锋的定义、中纬度的对流层范围达数千公里、存在热性质不同的气团，即冷气团和暖气团。 冷暖团之间经常存在界面，这个界面是地面锋。 冷气团特罗尔时，天气很冷，经常晴朗冬天的寒流过后，我国北方的天气寒冷干燥的暖气团正在空调特罗尔时，温暖湿润就像夏天中国长江流域的梅雨季节，空气又热又湿。地面锋的概念是1919年微微网创立的，这个概念至今仍广泛应用于气象学和天气预报。2020/7/11、14、2020/7/11、15、2020/7/11、16，用折断线表示温度，用实线表示温度，用粗实线表示地面锋区的顶部、底部和对流层的顶部，如图所示，地面锋是温度的不连续面，地面锋为2020/7/11、17 它在近

6、床层中宽达数十公里，在上层达到200-400公里。 冷气团空气密度大，位于下方，暖气团空气密度小，位于上方。 一般来说，地面锋增强的过程称为地面锋生成，相反，地面锋上温度梯度变小的过程称为地面锋消去(frontolysis )地面锋和地面相交的线称为地面锋。 一般将地面锋和地面锋统称为地面锋。2020/7/11、18、2020/7/11、19、地面锋梯度、2020/7/11、20、(2)地面锋的分类、地面锋根据其移动的方向，冷地面锋静止而约束地面锋，2020/7/11、21、(1)冷地面锋、冷气团向暖气团的方向移动2020/7/11、22、(2)暖地面锋、暖团向冷气团移动的地面锋称为暖地面锋。

7、2020/7/11、23、(3)准静止地面锋、冷气团势力相当，使地面锋前后摇动，该地面锋的移动速度小，可以看作大致静止。 2020/7/11，24，(4)约束地面锋是指冷地面锋赶上热地面锋，把地面空气挤出到空中，地面被完全冷空气占据，冷却地面锋后面的冷空气接触热地面锋前面的冷空气的地面锋。 前面的冷气团温暖，后面的冷气团冷的话，后面的冷气团在前的冷气团的底部加入楔，形成冷气式的囚徒地面锋后的冷气不像前面的冷气那么冷的话，后面的暖气团在前的冷气团上滑动，形成温暖的封闭地面锋。2020/7/11、25、(3)地面锋的结构，由于地面锋是低温、暖气团的界面，因此，其结构在高空，地面锋是等温线的密集带，

8、地面锋内的水平温度梯度大，在地面锋内的等温线上、下限有明显的弯曲角的特征的前向区域，垂直温度梯度小。 这与前向区域外的温度分布的结构相反，在前向区域外温度的垂直梯度大，水平梯度小。 用折断线表示温度，用实线表示温度粗的实线表示地面锋区的上、下界和对流层的顶，2020/7/11，26，(3)地面锋的结构、地面锋面可以看作物质面，如第3章所述，在绝热条件中，瓦斯气体块的位移温度是在运动过程中被保存的， 利用变位温度可以很好地分析地面锋面的构造等位温度线的分布，地面锋面外侧的等位温度线一般由北向南递减，地面锋区内侧温度表现垂直梯度比的地面锋区内的等位温度线密集，而与地面锋区平行。 折断线表示温度，实

9、线表示温度粗的实线表示地面锋区的上、下界和对流层的顶，2020/7/11，27，(3)地面锋面的结构，由于水平温度梯度大，地面锋区的风速随高度迅速增大，最大风速中心位于地面锋面的上空。 2020/7/11，28，中国位于欧亚大陆东部，冬天、春天西伯利亚冷气团的前锋能充分观测到寒带的极端活动。 因为地面锋可以提升暖气，地面锋越境时伴随着大风和雨的天气出现。2020/7/11、29、2020/7/11、30、第二节温带旋风和反旋风、2020/7/11、31、温带旋风和反旋风是伴随温带中低压的大气环流系统。 温带气旋和反气旋的概念至今仍广泛应用于日常天气预报。2020/7/11、32、一、温带旋风模

10、型和生命史、温带旋风是在中高纬温带地区生成和活动的低气压系统。 从气压场来看，中心气压比周围低，是关闭等压线的低压系统。 从风场来看，在北半球低压区，风以低压中心为中心逆时针旋转。 气象上，这种风逆时针旋转的系统称为旋风分离器。 温带气旋常常由冷、暖团构成，伴随冷、暖地面锋活动。 这种温带旋风分离器也被称为地面锋旋风分离器。就2020/7/11、33、2020/7/11、34、(1)旋风分离器模型的发展史，向十九世纪提出了弗洛伊德(Fitz-Roy )关于温带旋风分离器的初步模型。 温带气旋由两个气团组成，这两个气团中的温度、水蒸气和运动各自不同的温带湿气团来自亚热带，冷气团指出极地温带气旋形

11、成于这两个气团的边界面，其运动方式取决于两气团气流之间的运动。 2020/7/11，35，(1)关于旋风模型的发展史(续1 )，但在19世纪末，亥姆霍兹(Helmhotz )和一些学者提出旋风是不连续面的。 他们主要基于当时在欧洲的实验结果，设想旋风分离器的气压形式可能是旋涡，而没有考虑旋风分离器系统的运动。 关于2020/7/11，36，(1)气旋模式的发展史(续2 )，第一次世界大战末期，比利牛斯于1918年在斯堪的纳维亚半岛比较密集的观测站总结观测结果，提出气旋模式。 之后，比利牛斯和索尔伯格(j.bjerknesandsalalberg )在1921年提出了旋风模型(图)。 关于202

12、0/7/11、37、2020/7/11、38、(1)旋风机模型的发展史(续3 )，这两个模型稍有不同，但是有共同点，在北半球旋风机的气流逆时针旋转。 在皮叶克尼斯提议的旋风模型中，冷空气形成楔形并被插入冷空气下，云雨分布可以很好地说明低温地面锋上的冷空气绝热上升蒸发制冷。 旋风分离器的动能是来自低温瓦斯气体团的能量差。 微网提出的气旋概念符合实际观测，迄今已广泛应用于天气预报。2020/7/11、39、(1)关于旋风模型的发展史(续4 )，微微网认为旋风分离器的声干扰来源于波状声干扰，为Rossby在20世纪30年代提倡Rossby波奠定了基础，而且旋风分离器能源是冷气团的2020/7/11，

13、40，(二)旋风分离器的生命史，旋风分离器在正常情况下必须经历一系列典型的阶段：在初始声干扰阶段的发展阶段，监禁阶段，2020/7/11，41，1 .初始声干扰阶段，如图所示，初始场景扰动是平坦的准静止地面锋吗在2020/7/11，42，2 .发展阶段，一次场的声干扰幅度越来越大。 此时，冷地面锋和暖地面锋的发展表明，冷地面锋西边也有强西北风和冷空气，冷地面锋前方有西南风和冷空气。 并且在暖气的前方有暖气地面锋，暖气地面锋的后方有西南风，其前方有东南风。 2020/7/11，43，3 .在监禁阶段，冷空气沿着温暖的地面锋上升到高层，进入云同步，冷空气楔状进入了冷空气。 如此一来，供暖区逐渐减少

14、，然后冷地面锋逐渐追上供暖地面锋，当冷地面锋和供暖地面锋重叠时，旋风被监禁。 2020/7/11，44，3 .在监禁阶段(续)，旋风禁闭阶段，温暖的地面锋弱，完全消失，与此相伴，云雨区也消失，意味着旋风禁闭阶段经历了，之后旋风逐渐消失。 在2020/7/11、45、地面锋的气旋系统生成、发展到消散的过程(称为生命周期life-cycle )中，冷地面锋在气旋中心附近已超过暖地面锋，称为囚禁(occlusion )时，冷地面锋完全追加暖地面锋图上的列是北虚线的垂直截面，可以看到旋风中心(低气压中心)的降水系统。 下一列是与南边的折断线线垂直的断面，冷地面锋和暖地面锋的降水系统也显示在一盏茶上。

15、2020/7/11、46、2020/7/11、47、温带气旋的平均直径约1000公里，有的达到23公里，几乎呈圆形。 我国活动的温带气旋主要包括北方气旋、蒙古气旋、东北低压、黄河气旋、江淮气旋、东海气旋等，2020/7/11、48、二，温带气旋及其分类，指中高纬、温带地区高气压系统的生成和活动从气压场来看，中心气压比周围高，有关闭等压线的高压系统。 从风场来看，在北半球高压区，风以高压中心为中心顺时针旋转。 因此，也被称为旋风分离器。2020/7/11、49、二、温带气旋及其分类(续)，气旋经常伴随气旋产生。 但是，旋风分离器的形成、进化和旋风分离器具有许多不同的特征：旋风分离器在其形成、成长

16、和衰退的形式上具有相当一致的一致性，而旋风分离器无论形成、进化如何，看起来都是不规则、变化缓慢、被动的系统。 西风带反旋风分离器也处于发展阶段，有时可以达到较强的强度，但其进化总是伴随着西风带旋风分离器的发展。2020/7/11、50、二、温带气旋及其分类(续)，从气旋结构来看，亚热带高压极地大陆高压寒波高压、2020/7/11、51、亚热带高压存在于亚热带地区的一般指南、北纬2040之间的广阔地区副热带高压水平范围达数千公里，约占世界面积的1/51/4。 在对流层，低部约500hpa显着出现。 2020/7/11，52，北半球主要有三个中心：太平洋副热带高压大西洋副热带高压北非副热带高压对中

17、国有重要影响的是太平洋副热带高压的西侧，习惯被称为西太平洋副高中。 2020/7/11，53，西太平洋副高随季节的变化有季节性的移动。 春季，高压脊线位于北纬15南。 5月份向北移动15N左右。 从6月上旬到7月上旬，北向2025N左右移动。 7月上旬，中旬的8月头儿山脊线达到了30N左右。 9月上旬山脊向南后退了25N左右。 10月上旬以后，南撤2 0N南，转入冬季副高，都降到海上，对我国的影响明显减少。 2020/7/11，54，由于副高的季节性变动，西北侧可以从洋面输送大量的水蒸气，而与北方的冷空气汇合，形成大范围的降雨天气，出现强风暴。 因此，西太平洋副高活动与我国汛期关系密切，如45月华南前汛期、67月江淮地辖区梅雨。 并且78月的华北、东北的雨季和次高季节性活动有密切的关系。 2020/7/11，55，(1)副热带高压的副高天气，副热带高压的上空是沉入气流，而且，如果布摇滾乐是绝热沉入运动，由于布块变暖，被副热带高压控制的地区的天气很闷热，如中国长江流域的盛夏是副热带高压控制的以我国三大火炉而闻名的重庆、武汉、南京位于长江流域，盛夏受次热带高压支配出现闷热天气，出现“火炉”样的天气。 2020/7/