天气学原理气团和锋

天气学原理气团和锋
第一节气团
基本内容
一、气团的概念；
二、气团的形成和变性的物理过程；
三、气团的分类；
四、影响中国的气团.
什么是气团？
诗词欣赏——1
惠崇春江晚景苏轼
竹外桃花三两枝，春江水暖鸭先知。

蒌蒿满地芦芽短，正是河豚欲上时。

隐含道理：春天地球表面温度比大气温度先增高
（诗词欣赏——2）大林寺桃花白居易
人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开。

常恨春归无觅处，不知转入此中来。

（大林寺位于江西庐山牯岭西）
隐含道理：温度随高度减小，热源必在下方
气团的定义：
在对流层内水平方向上物理属性比较均匀的大块的空气团称为气
团。

(?一般指温度、湿度
水平尺度一般在千公里以上)
气团的形成条件：性质比较均匀的广阔的下垫面；
环流条件（经常受高压控制）；
地理条件
气团形成的物理过程
通过大气中各种尺度的运动（湍流、流场、蒸发、辐射等），经过足够的时间，大气取得和下垫面类似的物理属性
气团源地
形成气团的，温湿特性比较均匀的地区为气团源地
源地特点：面积足够大，下垫面热力性质比较均匀，受高气压控制的时间多，大陆上气团源地的周围有山地环绕
气团变性
气团形成之后，当它移动到另一个新的下垫面的时候，由于下垫
面的性质和物理属性都发生了改变，所以，气团的属性也随之发生相应的变化. 气团属性的变化称之为气团的变性。

气团分类
地理分类法：
可分为四大类：北极气团、极地气团、热带气团、赤道气团；
热力分类法：
可分为暖气团、冷气团
影响中国的气团
中国境内出现的气团多为变性气团；
冬半年中国通常受极地大陆气团影响，它来源于西伯利亚和蒙古，我们称它为西伯利亚气团；
夏半年西伯利亚气团在中国长城以北和西北地区活动频繁，它和南方热带海洋气团交绥，是构成中国盛夏南北方地区降水的主要原因。

热带大陆气团常影响我国西部地区，受其控制地区出现干旱和酷暑。

气团季节性强弱变化对中国天气的影响
春季，西伯利亚气团和热带海洋气团势力相当，是锋及气旋活动最盛时期。

秋季，变性的西伯利亚气团占主要地位，热带海洋气团退居东南海上，我国东部出现秋高气爽的宜人天气。

海洋对气团和天气的影响
冷眼向洋看世界，热风吹雨撒江天。

思考题:
1、还有哪些事例可说明大气从地面直接得到热量？
2、海洋作为下垫面，在大气热量的供应中充当什么角色？
3、大气中热量的直接来源是地球表面，为什么在太阳光辉的照耀下，我们感到很温暖（夏季很热）？说明理由。

第二节锋的基本特征
锋的概念和分类
锋面坡度公式
锋面场附近的气象要素场特征
锋
相邻不同性质气团之间的过渡区;
大气中冷、暖气团相遇之后，其中间有一个界面，由于湍流、辐射、分子扩散等作用，形成了一个过渡区，即称为锋，其交界面为锋面
锋的空间结构
锋的分类
热力分类：冷锋、暖锋、准静止锋、锢囚锋
地理分类：冰洋锋、极锋、副热带锋、赤道锋
高度分类：地面锋、高空锋
日常天气图上主要采用第一种分类方法
锋面类型介绍
冷锋：锋面在移动的过程中，冷气团起主导作用，推动锋面向暖气团一侧移动，形成冷锋。

暖锋：锋面在移动的过程中，锋气团起主导的作用，推动冷面向暖气团一侧移动，形成暖锋。

准静止锋：冷暖气团势力相当，锋面移动很慢，形成准静止锋。

锢囚锋：暖气团、较冷气团和更冷气团（三种热力性质不同的气团）相遇时先构成两个锋面，然后其中一个锋面追上另一个锋面，即形成锢囚锋。

锢囚锋又可分三类：冷式锢囚锋、暖式锢囚锋、中型锢囚锋。

不连续面
锋是冷暖气团之间的过渡带，由于锋区的宽度与长度相比很小，在比例尺很小的天气图上，这个过渡带显得极为狭窄，而在其两侧的气象要素有很大的差异，因此，将锋面两侧的气象要素的分布看成是不连续的，即在天气图上可以把锋面看成为不连续面，可分为零级不连续、一级不连续。

零级不连续：气象要素本身不连续；
一级不连续：气象要素本身连续，而它的一阶空间导数不连续。

锋面坡度
按动力学边界条件，锋面两边的气压是连续的,根据静力学方程、地转风公式、状态方程有锋面坡度公式：
讨论：
1、如果其他因子不变，锋面坡度随纬度增高而增大；
2、锋面坡度与锋两侧温度差成反比；
3、当锋面两侧平行于锋面的地转风速差时，锋面不存在；
4、锋面坡度是与两气团的风速差成正比而温度差成反比，但实际上，温差增大时，风速差也增大，二者相互抵消，总的来说对锋面坡度影响不大；
锋面附近气象要素场的特征
T场
水平温度梯度大（等温线密集）；
垂直温度梯度小；
等位温线密集（锋区内，特别大，强稳定层）。

P场
等压线通过锋面时呈气旋式弯折，且折角指向高压；
锋线一般位于地面气压槽内。

锋区内等压线(等高线)的气旋式曲率大。

变压场
暖锋前负变压明显；
冷锋后正变压明显。

地面变压与温度平流的关系
冷平流使地面气压增加
暖平流使地面气压减小
风场
前提：不考虑摩擦，认为满足地转关系；
锋线附近的风场具有气旋式切变，这种现象在有摩擦的地方更为明显；
冷式切变
暖式切变
锢囚锋风场
锋区附近风场随高度的变化
从地面向高空,穿越锋面，风随高度快速增大；从地面向高空,穿越冷锋，风随高度逆时针旋转；从地面向高空,穿越暖锋，风随高度顺时针旋转
用单站的风判断高空的有无锋区及锋区的强度
高空风随高度明显逆时针旋转，热成风较大，较强的冷平流——冷锋；
高空风随高度明显顺时针旋转，热成风较大，较强的暖平流——暖锋；
只有热成风很大，无明显的冷暖平流——准静止锋。

第三节锋面天气
影响锋面天气的主要因素
一、锋附近的垂直运动
§摩擦辐合上升；
§“爬坡”条件；
§高空槽作用；
§温度平流
二、水汽和层结稳定度
暖锋天气
第一型冷锋天气
第二型冷锋天气
准静止锋天气
锢囚锋天气（暖式）
锢囚锋天气（冷式）
山坡与锋面对暖空气构成“錮囚”（冷锋）；
山坡的存在增大了冷气团对锋面的“抬升”能力（暖锋）
冬季烟台、日本北海道的强降雪常常与越海冷锋和地形共同作用形成
第四节锋的移动
锋面移动与变压场的关系
锋面的移动速度与起附近的变压梯度成正比，与其附近的气压槽的深度成反比；
锋面移动与地面风场的关系
不考虑地形，低空温压场结构等其它因素的影响时，锋的移动主要由锋两侧风的分布情况所定，即决定于锋两侧垂直于锋线的风的分量。

锋沿着垂直于锋的气流方向移动。

实际地面图上锋两侧的气流，往往与锋有交角。

锋的移动速度与锋两侧垂直于锋的气流强弱和方向有关。

高空气流的引导作用
n700hPa和500hPa层上的气流对地面的锋面移动有引导作用，故称此气流为引导气流。

地面锋面移动速度与其上空引导气流垂直于地面锋线的分速成正比。

锋面移动的经验公式可写成
c=av*sinA
其中a为引导系数，v为引导气流的速度，A为引导气流与锋面的交角。

我国北方地区700hPa引导系数
新疆东北河套
春 1.1 0.8 0.9
夏 1.1 0.7 0.8
秋 1.2 0.8 0.8
冬 1.1 0.8 0.9
地面摩擦及地形对锋的影响
地面上运动的锋，受地面摩擦和地形的影响，不仅锋面的运动状态（速度、方向、坡度等）受影响，锋面叠置（锢囚）、锋上垂直运动和天气都受影响。

锋面在移动过程中，其移速因地面摩擦而不断变化。

当锋移近和它平行的山脉时，正对山脉的锋段受阻而停滞，形成地形静止锋(如天山、南岭、昆明准静止锋)，其两侧的锋段可绕山而过，使整个锋面变成弓形。

在地形合适情况下（浙江东部山区），可形成地形静止锋。

第五节锋生和锋消
定义：锋生包括锋的生成和加强，锋消包括锋的减弱和消失。

按锋的定义，锋的两侧水平温度差异显著是锋的热力场最主要的特征。

因此研究锋生、锋消时，可以从水平温度梯度随时间的变化入
手。

锋生和锋消公式
F = 水平运动（f1）+ 垂直运动（f2） + 非绝热加热项（f3）
F>0:锋生； F<0:锋消。

影响锋生锋消的因素
水平运动
若水平气流沿着温度升度方向是辐合的，当f1>0，有锋生作用。

若水平气流沿着温度升度方向是辐散的，当f1<0，有锋消作用。

有锋生作用并不一定有锋生成，还要求在相当广阔区域内，温度梯度或速度梯度都不能呈线性分面。

实际工作中，锋生场型式主要有以下三种:
垂直运动的影响
未饱和空气的稳定度决定于干绝热直减率和气温直减率的差值;
饱和空气的稳定度则决定于干绝热直减率和湿空气温直减率的差值。

若大气层结稳定，当有上升运动沿指向暖空气方向加大时，则
f2<0，即锋消。

若大气层结不稳定，当有上升运动沿指向暖空气方向加大时，则f2>0，即锋生。

非绝热加热
冷空气冷却，暖空气加热最为有利于锋生。

非绝热过程的凝结潜热释放多在锋区暖空气一侧，因而有助于锋的生成及加强。

中国的主要锋生锋消区
一个是北方锋生区，位于河西走廊到东北一带，
另一个是南方锋生区，位于是华南到长江流域一带。

北方锋生区上，在冬季，由于这一带经常位于高空脊前槽后，地面反气旋活动频繁而强，所以锋生不多。

3月以后，这一带冷空气势力减弱，暖空气势力增强，高空槽活动频繁，锋生逐渐增多。

南方锋生区，在冬半年（10~5月）位于江南地区，以春季最为活跃，因冷暖空气逐渐趋于势均力敌，高空东移低槽增多，地面倒槽容易发展，有利于锋生。

6~7月间移到长江流域，盛夏北移到华北，9月后逐渐南移。

中国的锋消区主要在青藏高原以东北纬30~40度一带。

这是因为该地区常处于东亚大槽后部，又处于高原东侧，下沉气流往往较强，有利于锋消。

锋生在变压场上有明显的反映，冷锋锋生前，由于冷平流，地面常有明显的正变压；在暖流锋生前，却有明显的负变压。

另外，锋生往往配合有云量增加和云层变厚，以及雨区的扩大和发展的现象。

东北地区的冷锋锋生，天气形势和气象要素有下列变化：
高空有低槽移入，出现明显的冷平流或冷平流加强。

地面低槽显著加深，使槽后有较强冷空气侵入，且天空出现云量8~10份的密卷云。

原停滞性的大陆高压突然向东或东南移动，高压前部3小时正变压达2~3hPa，同时偏北风加强。

江南地区，锋生天气形势特点为：
500hPa常有高空槽自青藏高原上空东移，700hPa、850hPa图上都有明显的切变线，有时表现为一个变形场。

南海高压或高脊往往加强北伸，江南上空出现大片偏南风，暖平流很强。

锋消，一般有下列几种情况：
与地面锋线配合的高空槽减弱，地面甚至出现辐散流场，锋将减弱、消失。

维持锋面的冷暖平流减弱、消失，锋也将减弱、消失。

如东北地区冷锋锋消与冷平流减弱、中断有关。

当冷中心位于低槽的西南或南部时，冷平流较弱甚至出现暖平流，锋变减弱消失。

当地面锋两侧差减弱或与锋相联系的天气区强度减弱，范围缩小，都是锋消的征兆。

锋在南下过程中由于下垫面的热力作用，总是引起锋消。

（气团与锋）复习思考题
什么是气团？什么是锋？
气团在什么地方形成？
气团性质的改变是如何发生的？
气团是如何分类的？
锋如何分类？
锋面坡度主要取决于什么因素？
锋的动力学条件和运动学条件
等压面上锋区附近的温度场分布有什么特点？
等压面图上，锋区附近的高度场一般有什么特征？
地面图上，各种要素（T、P、ΔP3、风场、天气区等）各有什么特征？
如何判断地面图上锋的移动规律？“引导气流”法的实质是什么？什么是锋生和锋消？如何从天气图上判断锋生和锋消？
尝试在思想中建立锋的生、消、移动以及天气变化的图象。