天气学原理与方法气团和锋概要ppt课件

第二章第二章 气团与锋气团与锋2.1 气团气团2.2 锋的概念与锋面坡度锋的概念与锋面坡度2.3 锋面附近气象要素场的特征锋面附近气象要素场的特征2.4 锋面分析锋面分析 2.5 锋生与锋消锋生与锋消本章重点掌握：锋的概念与分类；锋面附近温度本章重点掌握：锋的概念与分类；锋面附近温度场、气压场、变压场和风场的特征；锋面天气场、气压场、变压场和风场的特征；锋面天气特征；锋生、锋消的概念特征；锋生、锋消的概念 及影响因素及影响因素n气团是指气象要素（主要指温度和湿度）水平分气团是指气象要素（主要指温度和湿度）水平分布比较均匀的大范围空气团。布比较均匀的大范围空气团。n在同一气团内，气象要素在同一气团内，气象要素(如温度）的变化相对如温度）的变化相对比较小。水平比较小。水平温度梯度一般小于温度梯度一般小于1-2/100km1-2/100km。n在同一气团中，各地气象要素的垂直分布几乎相在同一气团中，各地气象要素的垂直分布几乎相同，天气现象也大致一样。同，天气现象也大致一样。n气团的气团的水平范围水平范围:几百到几千公里不等几百到几千公里不等。n气团的气团的垂直范围垂直范围:可达几公里到十几公里可达几公里到十几公里。2.1 气团气团一、气团的概念一、气团的概念二、二、气气 团团 的的 形形 成成 条条 件件气团的形成须具备两个基本条件：气团的形成须具备两个基本条件：n(1)(1)具备大范围具备大范围物理物理性质比较均匀的下垫面性质比较均匀的下垫面 。如辽阔的海洋，浩瀚的沙漠，大面积冰雪覆盖如辽阔的海洋，浩瀚的沙漠，大面积冰雪覆盖的极的极区区等等。n(2)(2)稳定的环流条件稳定的环流条件（例如移动甚少的反气旋）例如移动甚少的反气旋）使空气能比较长时间的缓慢移动在温、湿特性比较使空气能比较长时间的缓慢移动在温、湿特性比较均匀的下垫面均匀的下垫面上上，从而从而获得获得与下垫面相同与下垫面相同的物理属的物理属性。性。n具备上述两个条件的地区为气团源地具备上述两个条件的地区为气团源地气气 团团 的的 变变 性性 气团变性气团变性气团原有气团原有物理属物理属性的改变性的改变。气团变性的快慢主要取决于以下因素：气团变性的快慢主要取决于以下因素：(1)(1)源地性质与所经下垫面性质差异的大小。源地性质与所经下垫面性质差异的大小。(2)(2)离开源地时间的长短和路程离开源地时间的长短和路程远近远近。通常冷气团通常冷气团比比暖气团变性快暖气团变性快。习惯上把内部物理属习惯上把内部物理属性性已发生改变或要素分布已不已发生改变或要素分布已不够均匀的气团称为够均匀的气团称为变性气团变性气团。影响我国的气团大。影响我国的气团大多为多为变性气团变性气团。三、三、气团的分类气团的分类 (地理分类地理分类法法)冰洋气团冰洋气团（北极气团）（北极气团）：形成于形成于6565 N N以北以北的极区的极区。大陆性的大陆性的冰洋气团冰洋气团:干冷、晴朗、稳定。干冷、晴朗、稳定。海洋性的海洋性的冰洋气团：冰洋气团：夏季从海洋获得热量和水汽。夏季从海洋获得热量和水汽。极地气团：极地气团：形成于形成于中高纬大陆和海洋中高纬大陆和海洋(40(407070 N N）。）。大陆性的大陆性的极地气团：干冷、晴朗、气层稳定；极地气团：干冷、晴朗、气层稳定；海洋性的海洋性的极地气团：冷湿、多云、阴天；极地气团：冷湿、多云、阴天；热带气团：热带气团：形成于副形成于副热带热带的的大陆和海洋大陆和海洋(10(104040 N N）。）。大陆性的大陆性的热带气团：炎热、干燥，晴朗少云、气层热带气团：炎热、干燥，晴朗少云、气层不不稳定稳定.海洋性的海洋性的热带气团：热、湿不稳定热带气团：热、湿不稳定、晴朗、晴朗。赤道气团：赤道气团：形成于赤道洋面形成于赤道洋面 热湿、不稳定、多雷暴热湿、不稳定、多雷暴、阵性大风和阵性降水天气、阵性大风和阵性降水天气。气团的分类气团的分类 (热力分类热力分类法法)n热力分类热力分类法法就是依据气团的温度和所经就是依据气团的温度和所经地区地区下垫面的温下垫面的温度度对比对比来划分。来划分。n冷气团冷气团：指：指移向暖的下垫面的气团。移向暖的下垫面的气团。冷气团使冷气团使所经所经地区地区气温下降，而其本身温度则升高。这种气团由于其低层气温下降，而其本身温度则升高。这种气团由于其低层迅速增温，气温垂直递减率增大，气层往往趋于不稳定，迅速增温，气温垂直递减率增大，气层往往趋于不稳定，容易发生对流，因此冷气团低层常具有不稳定天气特征。容易发生对流，因此冷气团低层常具有不稳定天气特征。n暖气团暖气团:指指移向冷的下垫面的气团。移向冷的下垫面的气团。暖气团使暖气团使所经所经地区地区气温上升，而其本身温度则下降。气温垂直递减率减小，气温上升，而其本身温度则下降。气温垂直递减率减小，气层趋于稳定，有时形成逆温，对流不易发展，所以暖气层趋于稳定，有时形成逆温，对流不易发展，所以暖气团具有稳定性的天气特点。气团具有稳定性的天气特点。n另外，两气团相遇另外，两气团相遇时温度时温度相对相对高高的的气团气团称暖气团，称暖气团，低低的的称称为为冷气团。冷气团。四、四、我国我国境内境内的气团的气团活动与气团天气活动与气团天气n冬季冬季：我国我国大部分地区大部分地区主要受变性主要受变性的的极地大陆气团的极地大陆气团的影响影响，它的源地在，它的源地在西伯利亚和蒙古西伯利亚和蒙古，我国称它为，我国称它为西伯西伯利亚利亚气团。它所控制的地区，气团。它所控制的地区，一般多大风、降温天气。一般多大风、降温天气。气候特点是干燥、晴朗、低温、多偏北风。华南、西气候特点是干燥、晴朗、低温、多偏北风。华南、西南等地南等地则则受热带海洋气团影响，受热带海洋气团影响，潮湿多阴雨或雾。在潮湿多阴雨或雾。在适当的环流条件下，北极气团也可南下侵袭我国，造适当的环流条件下，北极气团也可南下侵袭我国，造成气温剧降的强寒潮天气。成气温剧降的强寒潮天气。n夏季夏季：西伯利亚西伯利亚气团主要活动在我国长城以北和西北地气团主要活动在我国长城以北和西北地区。区。我国我国沿海沿海主要受变性热带海洋气团影响主要受变性热带海洋气团影响。气候炎热、气候炎热、潮湿、多潮湿、多雷雷雨雨。在我国西在我国西北北主要受热带大陆气团影响，主要受热带大陆气团影响，干燥、炎热、少雨，在它的控制下常出现严重的干旱和干燥、炎热、少雨，在它的控制下常出现严重的干旱和酷暑。云南、云贵高原南部酷暑。云南、云贵高原南部则则受受SWSW夏季风影响夏季风影响，形成了，形成了得天独厚的独特气候得天独厚的独特气候。n春季春季：变性的极地大陆气团和热带海洋气团的势力相当，变性的极地大陆气团和热带海洋气团的势力相当，互有进退，因此是锋面和气旋活动最频繁的时期互有进退，因此是锋面和气旋活动最频繁的时期，天气，天气比较复杂比较复杂。n秋季秋季：变性的极地大陆气团开始活跃，变性热带气团南变性的极地大陆气团开始活跃，变性热带气团南退，我国出现最为宜人的秋高气爽天退，我国出现最为宜人的秋高气爽天气气2.2 锋的概念与锋面坡度锋的概念与锋面坡度n一、锋的概念一、锋的概念n锋：冷暖气团之间狭窄锋：冷暖气团之间狭窄而倾斜的而倾斜的过渡带过渡带称为锋。称为锋。锋在空锋在空间随高度向冷空气一侧倾斜，冷空气在下，暖空气在上。间随高度向冷空气一侧倾斜，冷空气在下，暖空气在上。锋具有一定宽度（地面锋具有一定宽度（地面30-40Km,30-40Km,高空达几百公里），高空达几百公里），在在天气图上由于比例尺很小，锋区的宽度表示不出来，可天气图上由于比例尺很小，锋区的宽度表示不出来，可把它看作空间的一个面，把它看作空间的一个面，称称为为锋面。锋面。n锋区：锋和锋区：锋和空中空中某某一平面一平面相交的区域。锋区中温度水平相交的区域。锋区中温度水平梯度特别大，等温线密集，并随高度向冷区倾斜梯度特别大，等温线密集，并随高度向冷区倾斜。n锋线：锋面与地面的交线称锋线。锋线：锋面与地面的交线称锋线。地面锋与高空锋区相对位置地面锋与高空锋区相对位置锋面的空间结构锋面的空间结构二、锋面的坡度二、锋面的坡度1.锋面坡度产生的原因锋面坡度产生的原因:地球自转所致。地球自转所致。2.锋面坡度公式推导锋面坡度公式推导假设锋面是假设锋面是T、的零级不连续面（气象要素本身不连续）的零级不连续面（气象要素本身不连续）即即 TLTN L N并且为一个物质面（在移动中由相同的空气质点组成）。并且为一个物质面（在移动中由相同的空气质点组成）。则在锋面两侧贴近处的气压必须相等，即则在锋面两侧贴近处的气压必须相等，即 PL=PN取一直角坐标，设取一直角坐标，设x轴由暖气团指向冷气团，轴由暖气团指向冷气团，y轴平行地面锋轴平行地面锋线。线。PL=PN dpL=dpN展开得LLLLNNNNPPPd Pd xd yd zxyzPPPd Pd xd yd zxyz两式相减得：NLNLPPdzxxtgPPdxzz 由静力学方程和地转风方程代入式得 LgLNgNLNfVVtgg 代入状态方程Ng Llg NNLfT VT VtggTT（注意 ）得、式为Margules锋面坡度公式 ggLgNVVV12gmgLgNVVV令 代入式得gmg mVft gTVgT在实际计算中 比较小，可略去 gmVftgTgTgmV讨论讨论式：式：a).锋面的坡度与锋面的坡度与f成正比，高纬锋面坡度大于低纬成正比，高纬锋面坡度大于低纬。在赤道上在赤道上 故没有锋面存故没有锋面存在的可能。在的可能。b).锋面的坡度与锋两侧的温度差成反比，温度差锋面的坡度与锋两侧的温度差成反比，温度差越大，坡度越小。越大，坡度越小。实际上就没有锋面。实际上就没有锋面。c).锋面的坡度与锋两侧平行与锋的地转风分量差成锋面的坡度与锋两侧平行与锋的地转风分量差成正比。正比。风速差（风速切变）越大，坡度越大。风速差（风速切变）越大，坡度越大。当当 锋面也不存在锋面也不存在d).锋面坡度与平均温度成正比。锋面坡度与平均温度成正比。Tm越高，坡度越越高，坡度越大。冬季坡度小于夏季大。冬季坡度小于夏季 00gVtg 实际工作中常使用同一时刻各等压面图上锋实际工作中常使用同一时刻各等压面图上锋区的相对位置来估计锋面坡度的大小。同一区的相对位置来估计锋面坡度的大小。同一时刻各等压面图上锋区的相对位置越近，则时刻各等压面图上锋区的相对位置越近，则锋面坡度越大。锋面坡度越大。我国统计结果我国统计结果 北方（高纬）锋面坡度北方（高纬）锋面坡度 南方（低纬）锋面坡度南方（低纬）锋面坡度其中冷锋的坡度大于暖锋和静止锋其中冷锋的坡度大于暖锋和静止锋 三、锋的分类三、锋的分类n根据锋在移动过程中冷、暖气团所占的主次地根据锋在移动过程中冷、暖气团所占的主次地位可将锋分为：冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚位可将锋分为：冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚锋四种。锋四种。n根据锋伸展的不同高度可将锋分为：对流层锋根据锋伸展的不同高度可将锋分为：对流层锋（地面地面对流层顶对流层顶）、地面锋（）、地面锋（700hap以以下下）和高空锋（）和高空锋（500hap以上，不接地）以上，不接地）三种。三种。n根据气团的不同地理类型可将锋分为冰洋锋根据气团的不同地理类型可将锋分为冰洋锋（北极锋）、极锋和副热带锋三种。（北极锋）、极锋和副热带锋三种。冷锋：锋面在移动过程中，冷气团起主导作用，冷锋：锋面在移动过程中，冷气团起主导作用，推动锋面向暖气团一侧移动，称为冷锋。冷锋推动锋面向暖气团一侧移动，称为冷锋。冷锋在我国一年四季都有，冬半年更为常见。在我国一年四季都有，冬半年更为常见。副冷锋：冷锋在移动过程中，由于气团变性程度不副冷锋：冷锋在移动过程中，由于气团变性程度不同，或有小股冷空气补充南下，则在同一个冷气团同，或有小股冷空气补充南下，则在同一个冷气团内又可形成一条冷锋称为副冷锋。前面的冷锋称为内又可形成一条冷锋称为副冷锋。前面的冷锋称为主锋。一般来说，副锋两侧的温度差比主锋两侧的主锋。一般来说，副锋两侧的温度差比主锋两侧的小，伸展高度也较低。小，伸展高度也较低。暖锋：锋面在移动过程中，暖气团起主导作用，推暖锋：锋面在移动过程中，暖气团起主导作用，推动锋面向冷气团一侧移动，称为暖锋。暖锋多在我动锋面向冷气团一侧移动，称为暖锋。暖锋多在我国东北地区和长江中下游活动，大多与冷锋连结在国东北地区和长江中下游活动，大多与冷锋连结在一起。一起。准静止锋：冷暖气团势力相当，很少移动的锋，准静止锋：冷暖气团势力相当，很少移动的锋，称为准静止锋。（称为准静止锋。（6小时无移动，小时无移动，24小时移动在小时移动在2个纬度之内）在我国华南和云贵高原等地常见个纬度之内）在我国华南和云贵高原等地常见到冷锋由于受到山脉阻挡和适当流场共同作用而到冷锋由于受到山脉阻挡和适当流场共同作用而形成的准静止锋。形成的准静止锋。锢囚锋锢囚锋 冷锋移速快于暖锋，当冷锋追上暖锋后，或冷锋移速快于暖锋，当冷锋追上暖锋后，或者两条冷锋迎面相遇，迫使暖气团抬离地面，锢囚者两条冷锋迎面相遇，迫使暖气团抬离地面，锢囚到高空，近地层由冷锋后部的冷气团和暖锋前的冷到高空，近地层由冷锋后部的冷气团和暖锋前的冷气团构成的交界面，称为锢囚锋。气团构成的交界面，称为锢囚锋。冷式锢囚锋第三节第三节 锋面附近气象要素场的特征锋面附近气象要素场的特征一、锋面附近温度场的特征一、锋面附近温度场的特征 1.锋面附近温度水平分布特征锋面附近温度水平分布特征：锋区内温度水平梯度比两侧气团内温度水平梯度大得多锋区内温度水平梯度比两侧气团内温度水平梯度大得多 (1).地面锋线附近有较大温差地面锋线附近有较大温差 (2).高空等压面图上锋区内等温线相对密集；其走向高空等压面图上锋区内等温线相对密集；其走向与地面锋线基本平行，且随高度升高向冷空气倾斜。与地面锋线基本平行，且随高度升高向冷空气倾斜。(3).锢囚锋在低层等压面图上有明显的暖舌相对应，锢囚锋在低层等压面图上有明显的暖舌相对应，暖舌两侧等温线较密集。暖舌两侧等温线较密集。中性锢囚：高空暖舌在地面锋线上中性锢囚：高空暖舌在地面锋线上冷式锢囚：高空暖舌在地面锋线后冷式锢囚：高空暖舌在地面锋线后暖式锢囚：高空暖舌在地面锋线前暖式锢囚：高空暖舌在地面锋线前 天气图应用：天气图应用：（1）根据高空锋区位置和走向确定地面锋线的大致）根据高空锋区位置和走向确定地面锋线的大致位置和走向。地面锋应位于高空锋区的前沿。位置和走向。地面锋应位于高空锋区的前沿。（2）根据高空锋区附近冷暖平流的性质确定锋的类）根据高空锋区附近冷暖平流的性质确定锋的类型。锋区内有冷平流，则地面为冷锋；若有暖平型。锋区内有冷平流，则地面为冷锋；若有暖平流则为暖锋；如果无平流或仅有弱的平流，则为流则为暖锋；如果无平流或仅有弱的平流，则为准静止锋准静止锋（3）根据锋区内等温线的密集程度确定锋的强度。）根据锋区内等温线的密集程度确定锋的强度。（4）对比同一时刻各等压面上锋区的位置，可大致）对比同一时刻各等压面上锋区的位置，可大致确定锋面的坡度。确定锋面的坡度。2.锋面附近温度垂直分布特征：锋面附近温度垂直分布特征：锋区内温度垂直梯度比两侧气团小。常出现锋区逆温、锋区内温度垂直梯度比两侧气团小。常出现锋区逆温、等温、温度直减率很小的现象。（有逆温的锋最强）等温、温度直减率很小的现象。（有逆温的锋最强）3.锋面附近位温的分布特点：锋面附近位温的分布特点：锋区内等位温线比较密集且与锋面平行锋区内等位温线比较密集且与锋面平行 说明：由位温方程说明：由位温方程 两边取对数两边取对数并对并对z取偏导得到：取偏导得到：代入状态方程代入状态方程 和静力学方程和静力学方程 1 0 0 0PA RCTpPTAgzTzC有有气团内气团内 锋区内锋区内 00d0d 位温随着高度的升高而增大位温随着高度的升高而增大 得很快得很快 位温随着高度的升高而增大位温随着高度的升高而增大dPdTA gdzC其中讨论dzT结论：结论：a）位温垂直梯度）位温垂直梯度 在锋区内比气团内大得在锋区内比气团内大得多，所以锋区内等位温线密集多，所以锋区内等位温线密集 。b）空气质点在锋面上移动，在绝热条件下位温）空气质点在锋面上移动，在绝热条件下位温守恒，因此等位温面平行于锋面。但在近地面守恒，因此等位温面平行于锋面。但在近地面层因辐射、湍流等因素影响，大气过程是非绝层因辐射、湍流等因素影响，大气过程是非绝热的，等位温线与锋面则不平行。热的，等位温线与锋面则不平行。c）实际工作中不使用位温）实际工作中不使用位温 而使用假相当位而使用假相当位温温 因为因为 在干湿过程中都守恒。在干湿过程中都守恒。2.说明：取说明：取x轴垂直于锋线，由暖区指向冷区；轴垂直于锋线，由暖区指向冷区；y轴轴平行于锋线。假设锋面是密度零级不连续面。平行于锋线。假设锋面是密度零级不连续面。由锋面坡度公式：由锋面坡度公式：二、以密度的零级不连续面模拟锋面时，二、以密度的零级不连续面模拟锋面时，锋面附近气压场、风场和变压场的特征锋面附近气压场、风场和变压场的特征1.气压场特征：地面锋线处于低压槽中，等压线气压场特征：地面锋线处于低压槽中，等压线通过锋面时有较大的弯折，折角指向高压一侧。通过锋面时有较大的弯折，折角指向高压一侧。3.结论：结论：a.PL=PN 锋线附近气压是连续的。锋线附近气压是连续的。b.锋线附近气压梯度是不连续的，锋线附近气压梯度是不连续的，所以等压线穿过锋线时有弯折。所以等压线穿过锋线时有弯折。c.满足，则折角指向高压，即锋满足，则折角指向高压，即锋线落在低压槽中。线落在低压槽中。0NLPPxxNLPPxxNLPPxx且2、锋附近变压场的特征：、锋附近变压场的特征：1.特征：对冷、暖锋来说，锋前变压代数值总是小特征：对冷、暖锋来说，锋前变压代数值总是小于锋后的变压代数值（冷锋前一般为负变压，后为于锋后的变压代数值（冷锋前一般为负变压，后为正变压。暖锋前后均为负变压，但代数值前小后正变压。暖锋前后均为负变压，但代数值前小后大）。静止锋两侧变压代数值则相差很小。移动锋大）。静止锋两侧变压代数值则相差很小。移动锋面引起的变压差，随锋面移速、锋面坡度及锋两侧面引起的变压差，随锋面移速、锋面坡度及锋两侧气团密度差的增大而增大。气团密度差的增大而增大。2.说明：说明：设锋面为密度的零级不连续面，且设锋面为密度的零级不连续面，且 PL=PN。取随锋取随锋面移动的坐标系：面移动的坐标系：x轴垂直于锋线，轴垂直于锋线，y轴平行于锋轴平行于锋线。则有线。则有展开后得：展开后得：其中其中 锋的移速锋的移速0LNdPPdtNNLLxPPPPCttxx3.讨论：讨论：（1）.暖锋暖锋 即暖锋前变压代数值小于锋后的变压代数值。即暖锋前变压代数值小于锋后的变压代数值。（2）.冷锋冷锋 即冷锋前变压代数值小于锋后的变压代数值。即冷锋前变压代数值小于锋后的变压代数值。（3）准静止锋）准静止锋 即准静止锋两侧变压代数值相等。即准静止锋两侧变压代数值相等。0XC0XCNLPPtt0XC NLPPxxNLPPxxNLPPttNLPPtt4.用气压倾向方程解释气压变化的物理意义用气压倾向方程解释气压变化的物理意义 （1）公式推导）公式推导代入连续方程代入连续方程:00Pgdz00Pgdztt设在平坦地面上设在平坦地面上Z=0处处于是上式变为于是上式变为 该式表明，在平坦的地面上垂直速度为零时，地面气该式表明，在平坦的地面上垂直速度为零时，地面气压变化由两项因子造成。第一项压变化由两项因子造成。第一项 为地面以上整个气为地面以上整个气柱中的密度平流（也称为热力因子）柱中的密度平流（也称为热力因子）第二项为地面以上整个气柱内速度水平散度的总和。第二项为地面以上整个气柱内速度水平散度的总和。气压倾向方程气压倾向方程000Puvg uvdzgdztxyxy（2）.讨论讨论 第一项为密度平流项（也称为热力因子）第一项为密度平流项（也称为热力因子）a.若若 则则 地面减压地面减压 b.若若 则则 地面增压地面增压0uvxy0uvxy密度平流为负或密度平流为负或气柱内有暖平流气柱内有暖平流密度平流为正或密度平流为正或气柱内有冷平流气柱内有冷平流因暖锋前有暖平流，故负变压明显。冷锋后有冷平流，因暖锋前有暖平流，故负变压明显。冷锋后有冷平流，故正变压明显。一般来说，平流越强，变压越大。故正变压明显。一般来说，平流越强，变压越大。00Pt00Pt 第二项为水平速度散度项（动力因子）第二项为水平速度散度项（动力因子）a.若若 气柱以辐散为主，质量减少。气柱以辐散为主，质量减少。则则 地面减压。地面减压。b.若若 气柱以辐合为主，质量增加。气柱以辐合为主，质量增加。则则 地面增压。地面增压。00Pt00Pt0uvxy0uvxy3、锋线附近风场特征：、锋线附近风场特征：锋两侧的风具有气旋式切变和气流辐合。地面锋两侧的风具有气旋式切变和气流辐合。地面锋线又是气流的辐合线。锋线又是气流的辐合线。三、以密度的一级不连续面模拟锋面时，三、以密度的一级不连续面模拟锋面时，锋面附近气压场、风场和变压场的特征锋面附近气压场、风场和变压场的特征1.在密度为一级不连续条件下的锋面坡度公式在密度为一级不连续条件下的锋面坡度公式这两式说明，当锋区内密度连续时，锋若存在，这两式说明，当锋区内密度连续时，锋若存在，则锋区附近必有密度的一级不连续和气压的二则锋区附近必有密度的一级不连续和气压的二级不连续。级不连续。22221NFNNFPPxxtggxx22221LFLLFPPxxtggxx2.锋面附近的锋面附近的气压场和风场特征气压场和风场特征已知锋区中的密度（或温度）梯度比锋区外的冷、已知锋区中的密度（或温度）梯度比锋区外的冷、暖气团中的大得多，即暖气团中的大得多，即又因又因 故有故有可以证明在气压场中槽线处可以证明在气压场中槽线处 ，而，而 就与等压线的曲率大小成正比。就与等压线的曲率大小成正比。数值越大，表示槽越深。数值越大，表示槽越深。NFLxxx或0tg222222NFLPPPxxx或0Px22Px22PPPKxy22Px结论：结论：以密度一级不连续面模拟锋面时，锋区以密度一级不连续面模拟锋面时，锋区附近气压场特征是：锋区内等压线气旋式曲率附近气压场特征是：锋区内等压线气旋式曲率比锋区外大得多。因此，等压线过锋面时应有比锋区外大得多。因此，等压线过锋面时应有较大的气旋式曲率突增现象。较大的气旋式曲率突增现象。锋区内风场的气旋式切变比锋区外大得多。锋区内风场的气旋式切变比锋区外大得多。锋区的上下，风的垂直切变很大。随高度增加，锋区的上下，风的垂直切变很大。随高度增加，风速急剧增大，到一定高度形成急流（原因是风速急剧增大，到一定高度形成急流（原因是锋区中的热成风很大）。因冷锋后有冷平流，锋区中的热成风很大）。因冷锋后有冷平流，故自下而上穿过冷锋锋区，风向作逆时针改变；故自下而上穿过冷锋锋区，风向作逆时针改变；暖锋前有暖平流，故自下而上穿过暖锋锋区，暖锋前有暖平流，故自下而上穿过暖锋锋区，风向作顺时针改变。风向作顺时针改变。3.锋面附近的变压场特征是：锋面附近的变压场特征是：锋区内变压梯度较锋区外为大。也即，锋区内等变锋区内变压梯度较锋区外为大。也即，锋区内等变压线比锋区外密集。压线比锋区外密集。四、锋线附近湿度场特征四、锋线附近湿度场特征 一般一般 暖气团湿度大暖气团湿度大 特殊特殊 海洋冷空气海洋冷空气冷湿冷湿 冷气团湿度小冷气团湿度小 大陆暖空气大陆暖空气干暖干暖锋面天气锋面天气 第一型冷锋天气第一型冷锋天气（缓行冷锋）缓行冷锋）n结构特点：地面结构特点：地面锋线位于高空槽前，坡度小（锋线位于高空槽前，坡度小（1/1001/100），移动慢。移动慢。n垂直运动：垂直运动：在冷空气一侧以下沉运动为主，暖空气一侧在冷空气一侧以下沉运动为主，暖空气一侧多为上升运动。多为上升运动。n云系云系分布分布：由低层到高层依次为：由低层到高层依次为NsAsCsCiNsAsCsCi，n降水：在锋线附近和锋后产生稳定性降水。若锋前暖空气降水：在锋线附近和锋后产生稳定性降水。若锋前暖空气不稳定，不稳定，则则伴有积雨云和雷阵雨天气。伴有积雨云和雷阵雨天气。n气温：逐渐降低。气温：逐渐降低。n气压：逐渐升高，锋后有大的正变压。气压：逐渐升高，锋后有大的正变压。n能见度：锋过变好。能见度：锋过变好。n风：北半球锋前风：北半球锋前S-SWS-SW，锋后，锋后N-NWN-NW，过境顺转；，过境顺转；锋后风速远大于锋前，锋后风速远大于锋前，常可常可在海上造成在海上造成7-87-8级风。级风。第一型冷锋天气第一型冷锋天气第二型冷锋天气第二型冷锋天气（急行冷锋）（急行冷锋）n结构特点：地面结构特点：地面锋线位于高空槽后，坡度大（锋线位于高空槽后，坡度大（约为约为1/50-1/50-1/701/70），移动快；，移动快；n垂直运动：在冷空气一侧以下沉运动为主，在暖空气一垂直运动：在冷空气一侧以下沉运动为主，在暖空气一侧低层上升，高层下沉。侧低层上升，高层下沉。n云系：锋前不稳定云系：锋前不稳定时，时，为积状云，夏：为积状云，夏：AcAc（AsAs）,Cb,Cb，FnFn；冬：冬：CiCi、CsAsNsCsAsNs。n降水：锋前及锋线附近常为雷暴和阵性降水。降水：锋前及锋线附近常为雷暴和阵性降水。n气温：迅速下降。气温：迅速下降。n气压：急速上升，在锋后有最大正变压。气压：急速上升，在锋后有最大正变压。n能见度：锋过变好。能见度：锋过变好。n风：与第一型相同，但锋面过境时，狂风暴雨，雷电交风：与第一型相同，但锋面过境时，狂风暴雨，雷电交加，时间短暂。加，时间短暂。第二型冷锋天气（夏季）第二型冷锋天气（夏季）第二型冷锋天气（冬季）第二型冷锋天气（冬季）n锋面锋面坡度：坡度：1/1001/1001/2001/200。n垂直运动：一般锋附近的冷、暖空气均为上升运动。垂直运动：一般锋附近的冷、暖空气均为上升运动。n云系：从高层到低层依次为云系：从高层到低层依次为CiCsAsNsCiCsAsNs（与冷锋相反）（与冷锋相反）。n降水：在锋前降水：在锋前300-400300-400公里处产生连续性降水，中或大雨公里处产生连续性降水，中或大雨。n气温：气温逐渐升高。气温：气温逐渐升高。n气压：逐渐降低，暖锋前有气压：逐渐降低，暖锋前有较较大的大的P3P3负变负变压压。n能见度：最初较好，雨区能见度差。锋前能见度：最初较好，雨区能见度差。锋前可可出现锋面雾。出现锋面雾。n风：北半球锋前吹风：北半球锋前吹E-SEE-SE风，锋后风，锋后S-WSS-WS风，过境顺转；风速风，过境顺转；风速大小大小视气压梯度而定。视气压梯度而定。暖锋天气暖锋天气准静止锋天气准静止锋天气一（锋上坏天气）一（锋上坏天气）n结构特点：类似于第一类型冷锋，但坡度更小结构特点：类似于第一类型冷锋，但坡度更小（约为约为1/2001/200）n云系：与第一型冷锋相似，云系依次为云系：与第一型冷锋相似，云系依次为Ns-As-Cs-CiNs-As-Cs-Ci。n降水：降水：稳定的稳定的连续性降水，连续性降水，雨量小，雨区宽，持续时间雨量小，雨区宽，持续时间长，雨区离锋线有一段距离。长，雨区离锋线有一段距离。n气温和气压：变化不大气温和气压：变化不大n风：北半球锋北侧风：北半球锋北侧E-NEE-NE，多阴雨天气；锋南侧，多阴雨天气；锋南侧SWSW，晴好，晴好天气。天气。准静止锋天气一（锋上坏天气）准静止锋天气一（锋上坏天气）主要云系发展在锋下，并无明显降水的准静止锋，例如昆明准主要云系发展在锋下，并无明显降水的准静止锋，例如昆明准静止锋，它是南下冷空气为山所阻而呈静止状态，锋上暖空气静止锋，它是南下冷空气为山所阻而呈静止状态，锋上暖空气干燥而且滑升缓慢，产生不了大规模云系和降水，而锋下的冷干燥而且滑升缓慢，产生不了大规模云系和降水，而锋下的冷空气沿山坡滑升和湍流混合作用，在锋下可形成不太厚的雨层空气沿山坡滑升和湍流混合作用，在锋下可形成不太厚的雨层云，并常伴有连续性降水。云，并常伴有连续性降水。锢囚锋天气锢囚锋天气n主要天气特征：云系由两条锋面的云合并而成，主要天气特征：云系由两条锋面的云合并而成，最显著的特征是最显著的特征是云层增厚云层增厚，降水增强降水增强，雨区扩大雨区扩大，锋两侧均有降水锋两侧均有降水和锋面雾，天气较复杂。和锋面雾，天气较复杂。2.4 锋面分析锋面分析 n首先可以按照历史连续性的原则，将前首先可以按照历史连续性的原则，将前6小时或小时或12小时锋面的位置描在待分析的天气图上，根据过去小时锋面的位置描在待分析的天气图上，根据过去几张图的连续演变，结合地形条件，大致确定出本几张图的连续演变，结合地形条件，大致确定出本张图上锋面的位置。但要注意锋生锋消现象。张图上锋面的位置。但要注意锋生锋消现象。n其次，可以结合分析高空锋区，判断出地面图上锋其次，可以结合分析高空锋区，判断出地面图上锋面的位置和类型。地面锋线应位于高空锋区的偏暖面的位置和类型。地面锋线应位于高空锋区的偏暖空气一侧，而且与高空锋区大致平行，高空锋区有空气一侧，而且与高空锋区大致平行，高空锋区有冷平流时，地面为冷锋；高空锋区有暖平流时，地冷平流时，地面为冷锋；高空锋区有暖平流时，地面为暖锋；如果有冷锋赶上暖锋，高空又有暖舌，面为暖锋；如果有冷锋赶上暖锋，高空又有暖舌，则地面应是锢囚锋；高空锋区中冷、暖平流均不明则地面应是锢囚锋；高空锋区中冷、暖平流均不明显时，所对应的是静止锋。显时，所对应的是静止锋。（一）温度场的应用（一）温度场的应用 将锋定在温度差异最大的两个测站之间。但要考虑纬度的将锋定在温度差异最大的两个测站之间。但要考虑纬度的影响和温度的代表性。特别注意下面两种情况影响和温度的代表性。特别注意下面两种情况1.有锋面但无明显温差的情况，造成这种现象的主要原因有：有锋面但无明显温差的情况，造成这种现象的主要原因有：1)锋面两侧辐射条件不同锋面两侧辐射条件不同2)锋面两侧蒸发凝结条件不同锋面两侧蒸发凝结条件不同3)锋面两侧垂直运动不同锋面两侧垂直运动不同4)地理条件的影响地理条件的影响2.有明显温差但无锋面的虚锋现象。如冬季，由于海陆热力性有明显温差但无锋面的虚锋现象。如冬季，由于海陆热力性质的不同，在海岸线附近引起的较大温差。再有，在高原质的不同，在海岸线附近引起的较大温差。再有，在高原与平原接壤处，因为测站海拔高度不同也容易造成明显的与平原接壤处，因为测站海拔高度不同也容易造成明显的温差。温差。根据地面要素场定锋根据地面要素场定锋（二）湿度场的应用二）湿度场的应用在没有降水发生的条件下，将锋定在露点差异最大处。在没有降水发生的条件下，将锋定在露点差异最大处。（三）气压场的应用（三）气压场的应用将锋定在低压槽中或冷高压前缘的隐槽中（将锋定在低压槽中或冷高压前缘的隐槽中（隐槽是指等压线互隐槽是指等压线互相平行，仅是梯度不同，前后风向虽没有差异，但风速仍具相平行，仅是梯度不同，前后风向虽没有差异，但风速仍具有气旋性切变的气压场型式）。但要注意有槽的地方不一定有气旋性切变的气压场型式）。但要注意有槽的地方不一定都有锋。都有锋。（四）风场的应用（四）风场的应用将锋定在风场气旋式切变最大处。但一定要注意风的代表性以将锋定在风场气旋式切变最大处。但一定要注意风的代表性以及一些特殊地方锋面过境时风的演变特点。及一些特殊地方锋面过境时风的演变特点。（五）变压场的应用（五）变压场的应用将锋定在变压梯度最明显的地方，与等变压线密集带相平行。将锋定在变压梯度最明显的地方，与等变压线密集带相平行。但要注意气压的日变化和气压系统强度变化的影响。但要注意气压的日变化和气压系统强度变化的影响。应用高空测风资料定锋应用高空测风资料定锋n单站高空风图的填绘（参见天气学分析单站高空风图的填绘（参见天气学分析3.2）单站高空风图是一张将某站测得的高空风风向、单站高空风图是一张将某站测得的高空风风向、风速填在极坐标上的图。风速填在极坐标上的图。n填写的方法是：根据测风报告中的某层风向，填写的方法是：根据测风报告中的某层风向，在图上找到相应的风向线，再根据该层的风速，在图上找到相应的风向线，再根据该层的风速，沿此风向线找到相应风速值的点，在这里点上沿此风向线找到相应风速值的点，在这里点上点子；在该点旁注明风记录的高度（以点子；在该点旁注明风记录的高度（以km为为单位，填写到小数一位）。其它各层按同样的单位，填写到小数一位）。其它各层按同样的方法填写。如图所示：方法填写。如图所示：图中A、B、CH各点是根据各高度测风记录点的点子。矢量 分别表示各高度上的风向、风速。矢量 分别表示两相邻高度之间的热成风方向和大小。A、B、C到H点的连线称为热成风曲线。OA OBOH 、AB BCGH 、n利用单站高空风图可以判断有无锋面存在利用单站高空风图可以判断有无锋面存在 有锋面时，热成风较大；无锋面时，热成风较小。有锋面时，热成风较大；无锋面时，热成风较小。n利用单站高空风图可以判断锋面性质利用单站高空风图可以判断锋面性质 风向随高度逆转时有冷锋；顺转则为暖锋风向随高度逆转时有冷锋；顺转则为暖锋n利用单站高空风图可以判断锋区的强度利用单站高空风图可以判断锋区的强度 最大热成风线段愈长，则锋区愈强最大热成风线段愈长，则锋区愈强n利用单站高空风图可以判断高空锋区的走向利用单站高空风图可以判断高空锋区的走向 高空锋区的走向与最大热成风的走向平行高空锋区的走向与最大热成风的走向平行n利用单站高空风图可以判断锋面的移速利用单站高空风图可以判断锋面的移速 方法是：从极坐标原点作一垂直于锋区热成风矢线的垂线。方法是：从极坐标原点作一垂直于锋区热成风矢线的垂线。垂线愈长，表示该层垂直于锋区的风速分量愈大，则锋垂线愈长，表示该层垂直于锋区的风速分量愈大，则锋的移动较快；反之，则移动较慢。如果垂线很短，则可的移动较快；反之，则移动较慢。如果垂线很短，则可判定此锋为静止锋。判定此锋为静止锋。利用单站高空风图分析锋面利用单站高空风图分析锋面右图是冷锋。锋区位于右图是冷锋。锋区位于2.02.5km的气层内，的气层内，呈东北呈东北-西南走向。西南走向。左图是一暖锋。锋区位左图是一暖锋。锋区位于于1.52.0km的气层的气层内内 ，近于东西走向。，近于东西走向。一、锋生与锋消的概念一、锋生与锋消的概念锋生锋生密度不连续面的形成过程或水平温度梯度加密度不连续面的形成过程或水平温度梯度加大的过程；即锋的生成或原有锋强度增强的过程，大的过程；即锋的生成或原有锋强度增强的过程，均称为锋生。反之锋消均称为锋生。反之锋消。1.等压面图上锋区内等温线随时间增密；等压面图上锋区内等温线随时间增密；锋生表现：锋生表现：2.地面图上锋附近要素场特征更加明显，地面图上锋附近要素场特征更加明显，天气表现加剧。天气表现加剧。第五节第五节 锋生与锋消锋生与锋消二、锋生锋消公式及物理意义二、锋生锋消公式及物理意义1.公式推导公式推导用用 表示位温水平梯度的绝对值表示位温水平梯度的绝对值令令 为锋生函数（或锋生强度）为锋生函数（或锋生强度）则则F0为锋生，为锋生，F0为锋消为锋消 取坐标系取坐标系x轴平行于等位温线（锋区），轴平行于等位温线（锋区），y轴垂轴垂直于等位温线，指向位温升高的方向（由冷区直于等位温线，指向位温升高的方向（由冷区指向暖区）。指向暖区）。则则 可得锋生锋消公式可得锋生锋消公式dFdt0 x讨论：讨论：（1）.水平运动的作用水平运动的作用 当气流辐散时，当气流辐散时，则则 ，锋消，锋消 当气流辐合时，当气流辐合时，则则 ，锋生，锋生即在垂直于等位温线的方向上有气流辐合利于锋生，即在垂直于等位温线的方向上有气流辐合利于锋生，反之则有利于锋消。反之则有利于锋消。vdFyyypydt 在天气图上最易产生锋生的流场是鞍型场在天气图上最易产生锋生的流场是鞍型场。a.若等位温线与伸展轴的夹角若等位温线与伸展轴的夹角45，则在辐合，则在辐合气流下易锋生气流下易锋生b.若等位温线与伸展轴的夹角若等位温线与伸展轴的夹角45，则在辐散，则在辐散气流下易锋消；但等位温线会逐渐旋转使气流下易锋消；但等位温线会逐渐旋转使45所以变形场最有利于产生锋生。所以变形场最有利于产生锋生。（2）垂直运动作用）垂直运动作用 dpT式中式中表示大气稳定度表示大气稳定度a.稳定大气下稳定大气下0p暖下沉，冷上升则暖下沉，冷上升则锋生锋生暖上升，冷下沉则暖上升，冷下沉则锋消锋消故在稳定大气情况下，冷锋上山、下山均为锋消故在稳定大气情况下，冷锋上山、下山均为锋消b.在不稳定大气中在不稳定大气中 当当 时，时，锋生，锋生 当当 时，时，锋消，锋消 因为暖气团的凝结潜热作用抵消了上升冷却作用。因为暖气团的凝结潜热作用抵消了上升冷却作用。0p3）.非绝热加热项非绝热加热项 其中其中 加热时加热时 冷却时冷却时当当 时（暖空气相对加热，冷空气时（暖空气相对加热，冷空气相对冷却），则相对冷却），则 锋生。反之，锋消。锋生。反之，锋消。加热形式加热形式 凝结潜热加热凝结潜热加热有利于锋生有利于锋生 下垫面加热下垫面加热有利于锋消有利于锋消PdQdtC T0ddt0ddt三、我国锋生锋消的概况三、我国锋生锋消的概况1.我国的锋生区（主要有两个）我国的锋生区（主要有两个）1）北方锋生带：河西走廊）北方锋生带：河西走廊东北，东北，40 50 N2）南方锋生带：华南）南方锋生带：华南长江流域，长江流域，20 30 N3）这两个锋生带是和南北两支高空锋区相对应的，）这两个锋生带是和南北两支高空锋区相对应的，随季节南北位移。自春到夏逐渐北移，自夏到冬逐随季节南北位移。自春到夏逐渐北移，自夏到冬逐渐南移。渐南移。4）此外，天山北坡、南岭北坡、云贵川一线坡地等，）此外，天山北坡、南岭北坡、云贵川一线坡地等，都是常见的静止锋锋生区。都是常见的静止锋锋生区。1）冷锋锋生）冷锋锋生高空高空:常有冷性低槽发常有冷性低槽发展，冷槽在高空槽后，展，冷槽在高空槽后，槽后有较强的冷平流，槽后有较强的冷平流，槽前平流较弱。槽前平流较弱。地面地面:冷锋常产生在冷锋常产生在低槽内或冷高压前部低槽内或冷高压前部隐槽中。隐槽中。2.有利于锋生的天气形势有利于锋生的天气形势2）暖锋锋生）暖锋锋生高空高空:850、700hpa有有一暖式风切变，切变线一暖式风切变，切变线南部有较强的偏南风且南部有较强的偏南风且有温度脊配合，南部暖有温度脊配合，南部暖平流远大于北部。平流远大于北部。地面地面:从西南地区常有从西南地区常有暖倒槽（开口向南的槽）暖倒槽（开口向南的槽）向东北方向伸展向东北方向伸展 3.我国的锋消区我国的锋消区 主要是在青藏高原以东主要是在青藏高原以东 30 40 N一带。一带。这是因为：这是因为：1）高原东侧）高原东侧下坡下沉气流作用下坡下沉气流作用2）冬季处于东亚大槽后部，有利加压和气流下沉）冬季处于东亚大槽后部，有利加压和气流下沉3）夏季副热带高压西伸北移，控制我国东部地区，）夏季副热带高压西伸北移，控制我国东部地区，大陆温度高，冷空气极易增暖变性。大陆温度高，冷空气极易增暖变性。常见的锋消形势常见的锋消形势n锋面转处高空槽后脊前，锋面转处高空槽后脊前，n锋面附近出现下沉运动，锋面附近出现下沉运动，n地面气流辐散地面气流辐散n维持锋面的冷暖平流减弱或消失维持锋面的冷暖平流减弱或消失n气团变性气团变性n冷锋从高原下到平原冷锋从高原下到平原我国锋面活动概况我国锋面活动概况n我国四季均有频繁的锋面活动，其中以冷锋最多、静我国四季均有频繁的锋面活动，其中以冷锋最多、静止锋次之、锢囚锋和暖锋最少。止锋次之、锢囚锋和暖锋最少。n冷锋在我国活动范围甚广，几乎遍及全国，尤其在冬冷锋在我国活动范围甚广，几乎遍及全国，尤其在冬半年，北方地区更为常见，它是影响我国天气的最重半年，北方地区更为常见，它是影响我国天气的最重要的天气系统之一。冬季我国大陆上空气干燥，冷锋要的天气系统之一。冬季我国大陆上空气干燥，冷锋大多从苏联、蒙古进入我国西北地区，然后南下，在大多从苏联、蒙古进入我国西北地区，然后南下，在锋面上很少形成降水，冬季寒潮冷锋过境时，只形成锋面上很少形成降水，冬季寒潮冷锋过境时，只形成大风降温天气。冬季时多为第二型冷锋，影响范围可大风降温天气。冬季时多为第二型冷锋，影响范围可达华南，但移到长江流域和华南地区后，常常转变为达华南，但移到长江流域和华南地区后，常常转变为一型冷锋或准静止锋。夏季时多为一型冷锋，影响范一型冷锋或准静止锋。夏季时多为一型冷锋，影响范围较小，一般只达黄河流域，我国北方夏季雷阵雨天围较小，一般只达黄河流域，我国北方夏季雷阵雨天气和冷锋活动有很大的关系。气和冷锋活动有很大的关系。n单独的暖锋在我国出现得较少，大多与冷锋一起单独的暖锋在我国出现得较少，大多与冷锋一起组成锋面气旋出现。春秋季一般出现在江淮流域组成锋面气旋出现。春秋季一般出现在江淮流域和东北地区，夏季多出现在黄河流域。和东北地区，夏季多出现在黄河流域。n我国准静止锋主要出现在华南、西南和天山北侧，我国准静止锋主要出现在华南、西南和天山北侧，出现时间多在冬半年，对这些地区及其附近天气出现时间多在冬半年，对这些地区及其附近天气的影响很大。的影响很大。n我国锢囚锋主要出现在锋面频繁活动的东北、华我国锢囚锋主要出现在锋面频繁活动的东北、华北地区，以春季最多。北地区，以春季最多。东北锢囚锋：锋面气旋发展到后期而形成东北锢囚锋：锋面气旋发展到后期而形成 河套锢囚锋：黄土高原及华北倒回的冷空气河套锢囚锋：黄土高原及华北倒回的冷空气 汇合于太行山汇合于太行山气团和锋复习思考题气团和锋复习思考题