天气原理第2章--01-气团和锋面.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,天气学原理,授课教师 尚可政,shangkz,;,shangkz,0931-8912626;15339835153,内蒙古自治区气象局气象知识培训班课件,兰州大学大气科学学院,第二章 气团和锋面,北半球,北半球,重点和难点,本章重点：,1.,气团和锋面系统的概念,2.,锋面附近气象要素场的特征,3.,锋生和锋消,本章难点：,1.,锋面附近气象要素场的特征,2.,能利用锋生锋消公式解释天气现象。,主要内容,1,.,气团,2,.,锋的概念及锋面坡度,3,.,锋面附近气象要素场的特征,4,.,锋面分析,5,.,锋生和锋消,1,.,气团,1.1 气团的概念,1.2,气团的,形成,与变性,1.3 气团的分类,1.4 我国境内的气团活动与气团天气,1.1,气团的概念,(1).,定义：气象要素分布比较,均匀,的,大范围,的空气团,(2).,尺度：水平方向数千公里,垂直范围可达几公里到十几公里,(3).,气团控制的天气：,水平方向：天气现象基本相同，温湿分布均匀；,垂直方向：气象要素分布相同（包括稳定度）,1.2,气团形成与变性,(1).,气团的形成条件,下垫面性质均匀的广阔的地球表面（大沙漠、大平原、大洋、冰障覆盖），为,气团源地,。,稳定的环流（下沉辐散，如较少移动的反气旋）,(2).,形成方式,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,(3).,气团变性,气团物理属性的变化称为气团的变性,原因：,气团离开源地移到另一个地方，在移动过程,中，与所经过的下垫面不断发生水汽、热量等的交,换，引起原有气团物理属性和天气特征的改变。,冷气团变性快，还是暖气团变性快？,不同气团，其变性的快慢是不同的，,变性的快慢和它所经下垫面性质与气团性质差异的大小有关。,冷气团移到暖的地区变性较快,。原因：冷气团低层变暖，趋于不稳定，乱流对流容易发展，能很快地将低层的热量传到上层,暖气团移到冷的地区则变冷较慢,。原因：低层变冷趋于稳定，乱流和对流不易发展，其冷却过程主要靠辐射作用进行。,大陆移入海洋的气团容易取得蒸发的水汽而变湿，而从海洋移到大陆的气团，则要通过凝结及降水过程才能变干，所以,气团的变干过程比较缓慢,。,1.3,气团的分类,冰洋气团,(A=Arctic,AA=,Antartic,),）,极地气团,(P=Polar),热带气团,(T=Tropical),赤道气团,(Equatorial),(2),热力分类,冷气团：当气团向着比它暖的下垫面移动时称为冷气团,暖气团：当气团向着比它冷的下垫面移动时称为暖气团,海洋性气团,(m=maritime),大陆性气团,(c=continental),(1),地理分类,(3),海陆,(,1).,极地大陆气团：干冷,(2).,极地海洋气团：湿冷,(3).,热带海洋气团：暖湿（副热带高压）,(4).,热带大陆气团：暖干（中亚）,(5).,印度洋的赤道气团：暖湿（季风气团）,1.4 我国境内的气团活动与气团天气,鄂霍次克海气团（,mP,),热带海洋气团,(,mT,),热带海洋气团,(,mT,),西伯利亚气团（,cP,),中国气团,(,cT,),青藏气团,(,cT,),中亚气团（,cT,),热带海洋气团,(,mT,),1.,冬季,极地大陆气团,（,西伯利亚气团,）影响,源地：西伯利亚和蒙古,特点：*地面流场为,冷性反气旋,；,*中低空为,下沉逆温,；,*控制区为,干冷天气,；,与,热带海洋气团,相遇构成阴雨天气；,北极气团,南侵我国，可造成强,寒潮,天气。,各季节影响中国天气气候的气团,2.,夏季,西伯利亚气团,：在长城以北和西北活动频繁，与,热带海洋气团,交绥，是盛夏南北方区域降水的主要原因；,热带大陆气团,：影响我国西部地区，干旱酷热与此有关；,赤道气团,（来自印度洋,称季风气团）造成长江以南大量降水；,3.,过渡季节,春季,：西伯利亚气团与热带海洋气团势力相当，是,锋面,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，我国东部地区秋高气爽。,2,.,锋的概念及锋面坡度,锋面和气旋是中纬度最典型的两类天气系统，中纬度许多天气现象与锋面和气旋有关。锋面是天气学中最经典的概念之一，也是最重要的中纬度天气系统之一。,2.1,锋的概念,2.2,锋的分类,2.3,锋面坡度,2.1,锋的概念,1.,锋,气团角度考虑，指密度不同（,密度的不同主要表现为温度的不同）,的两个气团之间的过渡区。在天气图上表现为等温线密集（即温度水平梯度大而窄的区域）。,2.,锋面,在近地面层中过渡带宽约数十公里，在高层可达,200-400,公里。宽度与其水平长度相比,(,长达数百,-,数千公里,),是很小的。人们常把它近似地看成一个面，即锋面。靠近暖气团一侧的界面叫锋的上界，靠近冷气团一侧的界面叫下界。,上界和下界的水平距离称为锋的宽度。,3.,锋区：,锋面与空中某一平面相交的区域称为锋区,(,上界和下界之间的区域,),。,4.,锋线：锋面与地面的交线。,地面锋线与高空锋区的相对位置,锋面的空间结构示意图（,1,）,-,上宽下窄,Question:,锋区上宽下窄？锋面向冷空气一侧倾斜？,天气图上由于比例尺小，锋区的宽度表示不出来，可把它看作为空间的一个面，即为,锋面。,锋面与地面的交线称为,锋线,。,锋面的空间结构示意图（,2,）,2.2,锋的分类,1.,根据锋面两侧的气团的地理类型，分为：,冰洋锋、极锋和赤道锋（热带锋）。,2.,根据锋的伸展高度可分为：,地面锋（或低层锋）和高空锋（或高层对流层锋）,3.,根据锋在移动过程中冷、暖气团所占主次地位,，可分为：,冷锋、暖锋、准静止锋,和,锢囚锋,。,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运动。,平面图,剖面图,冷锋所经之处，冷空气代替暖空气，使该地区气温下降。,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运动。,平面图,剖面图,暖锋所经之处，暖空气代替冷空气，使该地区气温升高。,静止锋：,冷暖气团势力相当，锋面移动很少。,锋面在某一地区来回摆动。,平面图,剖面图,锢囚锋：,暖气团、较冷气团和更冷气团（,三种性质不同的气团,）相遇时先构成两个锋面，然后其中的一个锋面追上另一个锋面，即形成锢囚。将冷锋后部冷气团与暖锋前部冷气团的交界面，称为锢囚锋。,两条锋面相遇时，迫使暖空气被抬离地面，凌驾在上空。,锋前锋后都是冷气团。,平面图,a,b,c,A,冷式锢囚锋,B,暖式锢囚锋,C,中性锢囚锋,xy,面内红色的实线为高层等温线,锋后的冷气团比锋前的冷气团冷,冷式锢囚锋,锋后的冷气团比锋前的冷气团暖,暖式锢囚锋,锋前后的冷气团温差较小,中性锢囚锋,2.3,锋面坡度,2,个概念：,不连续面,物质面,大气中的不连续面,不连续面：其两侧距离为无限小的两个点上的某物理量,A,的数值不相等,(,即不连续,),，这样的面称为不连续面。,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,物理量不连续,物理量一阶导数不连续,气象上常用温度（密度）的零级不连续面来模拟锋面,COLD,WARM,不连续面,COLD,WARM,过渡带,COLD,WARM,不连续面过渡带,3,、新近观测事实,(Sanders,1955;,Shapiro,1984,1985),2,、过渡带锋面结构（高空急流,斜压不稳定）,1,、不连续面结,构（极锋理论,冷暖气团的交界面）,物质面：由相同空气质点组成的不连续面称为物质面,由于湍流、辐射、分子扩散等作用，锋面两侧的,密度水平分布是连续的。但在天气图上，因图的比例,尺太小，狭窄的锋区表现为一条线，锋区两侧有密度,不连续（成为密度的零级不连续）。为了便于理论上,的处理，气象上常设,锋面是一物质面。,2.,物质面,锋面作为物质面满足的条件,1.,动力学边界条件,:,即通过锋面时，气压应是连续的；,2.,运动学边界条件,:,即通过锋面时，垂直于锋线的风的分量是连续的。,3.,锋面坡度,设,x,轴由暖气团指向冷气团，,y,轴平行地面锋线,相减得,得到锋面坡度,由静力学方程,和地转风方程,得到,代入状态方程 （注意,P,c,=P,w,）,得,令,在实际计算发现第二项比较小，可略去,(4.8),-,Margules,锋面坡度公式,1),锋面的坡度与,f,成正比，高纬锋面坡度大于低纬。,冷锋南下时，锋面坡度逐渐减小,赤道上,即无锋面,2),锋面坡度与,锋两侧的温度差,成反比，温度差越大，,坡度越小。,即无锋面,3,）锋面坡度与,锋两侧平行于锋的地转风分量差,成正比，故,风呈气旋性切变,(,v,c,v,w,),风速差（风速切变）越大，坡度越大,锋面坡度是与两气团的风速差成正比而与温度差成反比，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；,4,）锋面坡度与,平均温度,成正比,Tm,越高，坡度越大；冬季坡度小于夏季,我国统计结果,北方（高纬）锋面坡度,南方（低纬）锋面坡度,注意：冷锋的坡度大于暖锋和静止锋,气旋性曲率越大，锋面坡度越大；,反气旋曲率气流中，锋面坡度比地转风气流的小。,考虑,k,T,说明什么问题,?,利用,梯度风公式,得到的锋面坡度表达式,3.,锋面附近气象要素场的特征,3.1,锋面附近,气象要素场的特征,3.2,锋面天气,3.3,锋区输送带,3.1,锋面附近气象要素场的特征,1.,温度场,2.,气压场和风场,3.,变压场,4.,湿度场,1.,水平温度场特征,（,1,）锋区内温度水平梯度大（,等温线密集,）,同一气团中水平温度梯度一般为 12,0,C,100km，,而锋区内，温度的水平梯度可达 510,0,C100km,；,一、锋面附近,温度场的特征,（,2,）锋面类型的确定,高空锋区内冷暖平流的性质,锋区内有冷平流则为冷锋，,有暖平流则为暖锋，,无平流（弱），少移动，则为准静止锋,锢囚锋温度场,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,暖式锢囚：高空暖舌在地面锋线前,应用：根据高空图锋区内等温线密集度确定锋区强度、地面锋,线位置，等压面上冷暖平流确定锋的类型,高空锋区,高空锋区,高空锋区,2.,垂直方向温度场特征,锋区内温度垂直梯度小，逆温、等温或递减率,小；,两侧气团内温度随高度递减,(,冷暖气团温差越,大，锋面逆温越强或过渡区越窄，通过锋区时等温,线弯折越厉害,),冷锋后侧温度随高度的变化,（,1,）特点：,锋区内的位温线比较密集且与锋区平行,（,2,）说明：,取对数,并对,z,取偏导得到：,3.,锋附近的,位温场,特征,代入状态方程 和静力学方程,有,其中,气团内,位温随着高度的升高而增大,锋区内，,0,或,0,但很小，所以（,d,-,）比,一般气团内大很多，使锋区内,/,z,比,周围大得多，所以等,线密集。,结论：,a,）,0,，位温垂直梯度在锋区内比气团内大得多，所以锋区内等位温线密集；,b,）假定锋面是物质面，即其两侧的冷、暖空气只能沿锋面上下滑动。而在干绝热条件下，位温是守恒的，于是沿锋面滑动的空气的位温将保持不变，因而锋面必将是等,面。等位温面同锋面一致，且随高度向冷空气倾斜；,c,）锋面并非物质面，水汽凝结现象也经常发生。在近地面，非绝热影响较大，等,面与锋面有较大夹角。实际工作中不使用位温而使用假相当位温。,-,假相当位温场（,se,）,在实际大气中，考虑水汽凝结的影响，可用,se,代替,进行分析，同样可得：锋区中等,se,线密集，锋区与等,se,线平行，,se,随高度迅速增大，,在锋区附近，中低层冷锋前有舌状高值区，冷锋后有舌状低值区。,假相当位温垂直分布,(,虚线为等温线，细实线为等,se,线，粗实线为锋的上下界,),二、,锋面附近,气压场的分布特征,设,x,轴 垂直于锋线，由暖指向冷；,y,轴 平行于锋线,1.,以,密度零级不连续模拟锋面,，由锋面坡度：,得,故，,锋面两侧气压梯度不连续,。,P,场（,密度,0,级不连续面,）,1.,等压线通过锋面时呈气旋式弯折，且折角指向高压；,2.,锋线一般位于地面气压槽内。,结论：,a.,锋线附近气压连续；,b.,锋线附近气压梯度不连续，即等压线穿过锋线时,有弯折。,c.,等压线折角指向高压，锋线落在,低压槽中。,2.,以,密度一级不连续模拟锋面,锋区有两个界面，,其坡度要求,气压梯度也连续,重新考虑锋面坡度,：,密度一级不连续的情况下，气压梯度连续,在锋面上有,:,考虑其在,Y,方向不变化有：,说明,:,锋面存在时，,锋区附近有密度的一级不连续和气压的二级不连续,。,展开后得,因为,故,确定等压线分布特征,等,P,线方程,P（X,Y)=const,，取,X,轴与槽（脊）线垂,直，,Y,轴与槽（脊）线,重合，则在,槽（脊）线上,，,，,全微分,解出,两次微分,P=const，,并带入,dy/dx,的表达式，利用,槽线上,P/,x=0,得：,整理,在槽线,上：,则,因为,所以：气压的二级不连续说明锋区内等压（高）线气旋式曲率比锋区外大,三、锋面附近,风场特征,前提：不考虑摩擦，认为,满足地转关系,1.,水平方向风场特征,2.,垂直方向风场特征,1.,水平风切变,地面锋位于气压槽中，锋线附近的风场有气旋式切变；地面摩擦使风与等压线成一交角，在锋面附近形成辐合区。,锋面附近的风场气旋性切变包括,风速切变,和,风向切变,。在有些情况下，风速切变要比风向切变明显（隐槽：锋线与等压线平行），有时风向切变要比风速切变明显，有些情况下两者都非常明显。,锋面附近的气压场和风场分布,倒槽,隐槽,2.,垂直风切变,风速的垂直切变：,因为锋区内水平温度梯度很大，所以热成风很大，故风的垂直切变很大。,风向的垂直切变：,地面冷锋之后的测站，自低层至高空，通过锋层时风向作逆时针旋转，对应有冷平流；地面暖锋之前的测站，自低层至高空通过锋层，风向作顺时针旋转，对应有暖平流。,西北风,偏西风,东南风,偏西风,冷锋,暖锋,用单站的风判断高空有无锋区及锋区的性质,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。,由于地面锋位于气压槽中，由地转风定理，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。,锋面附近的风场气旋性切变包括,风速切变和风向切变,。在有些情况下，风速切变要比风向切变明显，有时风向切变要比风速切变明显，有些情况下两者都非常明显。,在冷锋附近有,冷平流,，所以自下而上穿越锋区，水平风向随高度增加是,逆时针旋转,；暖锋附近有,暖平流,，水平风向随高度增加而呈,顺时针旋转。,由于锋区的水平温度梯度要比其周围的水平温度梯度大，由,热成风关系,可知，在,锋区存在较大的风速垂直切变,。,在地面锋的上空，可出现大风速区，甚至可以出现,急流,。,锋面附近风场特征小结,四、锋面附近,变压场的特征,所谓,变压场,是指空间各点气压随时间的变化,在某位面上的分布情况。常用,3,小时变压和,24,小时,变压。,气压倾向方程,地面以上整个气柱中密度平流（热力因子）,地面以上整个气柱中速度水平散度总和,（动力因子）,气压变化的原因,在平坦的地面上垂直速度为零时，,地面气压变化由热力因子和动力因子造成：,暖锋前地面减压（暖平流）,冷锋后地面加压（冷平流）,冷锋前暖锋后，静止锋附近：变压不明显,散度总和辐散则地面气压下降,散度总和辐合则地面气压上升,冷锋后有三小时正变压 暖锋前有三小时负变压,冷锋，,锋后有三小时正变压,，锋前的气压变化不大。,暖锋，,锋前有三小时负变压,，锋后的气压变化不大。,锢囚锋,，一般是由冷锋追上暖锋而形成，所以锢囚锋前多为三小时负变压，而锢囚锋后多为三小时正变压。,暖式锢囚锋,，,由于冷锋位于暖锋的上方，故正变压线常出现在锋前（,图,c,）；,冷式锢囚锋,，由于暖锋位于冷锋的上方，故负变压线常出现在地面锋线的后面（,图,d,）。,准静止锋,，,由于其移动性较小，所以气压变化较小。,锋面附近的变压场分布,a,冷锋；,b,暖锋；,c,暖式锢囚锋；,d,冷式锢囚锋,（,1,）密度的零级不连续,暖锋前的变压代数值小于暖锋后的变压代数值；,冷锋后的变压代数值大于冷锋前的变压代数值；,总的来说，不论冷暖锋，锋后的变压代数值一定大于锋前的变压代数值。,C,X,锋面的移速,取随锋面移动坐标系,（,2,）密度的一级不连续,气压梯度连续,C,X,锋面的移速,取随锋面移动坐标系,暖锋，锋区边界附近有变压梯度不连续，故变压风也不连续。冷锋同理，所以,锋区内变压梯度较锋区外大。,在天气图上，地面锋区内，等变压线密集。,五、锋面附近湿度场特征,一般 暖空气 湿度大，露点高,冷空气 湿度小，露点低,锋线附近湿度场的特征,一般 暖气团湿度大,冷气团湿度小,特殊 海洋冷空气,冷湿,大陆暖空气,干暖,注意：冷暖气团的源地。,3.2,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,地面锋线处在低压槽；,锋面抬升,“,爬坡,”,条件；,高空槽作用,锋面在槽前，上升，反之下沉,；,温度平流,暖平流上升，冷平流下沉；,二、水汽和层结稳定度,“爬坡”条件：垂直于锋线的风速分量大于锋的移动速度,warm,cold,C,x,锋面移动速度,u,锋面上质点的水平速度,w,锋面上质点的垂直速度,锋面云系和降水的形成，主要是暖气团沿着锋面爬升时，由于绝热冷却作用使水汽发生凝结的结果。,锋面附近出现什么样的天气，主要决定于暖气团的水汽含量和层结稳定度。,层结稳定和水汽含量多的暖空气沿锋面爬升时，则形成层状云和连续性降水，,若暖空气水汽含量大和层结不稳定则可形成对流性云和阵性降水。,锋附近的垂直运动,暖锋：冷暖空气两侧整层均为上升运动。,冷锋：冷空气一侧下沉运动，低层有微弱的上升运动，,暖空气一侧有时整层皆为上升运动；有时高层为,下沉运动，低层为上升运动。,一、冷锋天气,根据冷锋和高空槽的配置、移动速度和锋上垂直运动等特点，可将冷锋分为,缓行冷锋（第一型冷锋）,急行冷锋（第二型冷锋）,1.,冷锋附近垂直运动特点,（,1,）缓行冷锋,（槽前对应冷锋）,冷锋附近地面处在气旋中，风向辐合上升；,冷锋附近暖界面上的暖湿气流被迫抬升；,冷锋对应处在高空槽前有系统性上升；,冷锋上空对应弱冷平流引起下沉运动,降水落在冷锋后到冷空气边界，稳定,（,2,）,急行冷锋,（槽后对应冷锋）,近地面摩擦辐合,暖湿气流被迫抬升,高空槽后有系统性下降,强冷平流引起下沉运动,降水区处于锋前到锋线，且不稳定,（,3,）,缓行冷锋与急行冷锋的区别,a,位置,：缓行冷锋在槽前，急行冷锋在槽后,b,降水区,：,缓行冷锋,在锋后，,急行冷锋,在锋前,c,高层冷平流,：,缓行冷锋,弱，,急行冷锋,强,d.,降水稳定性,：,缓行冷锋,稳定，,急行冷锋,不稳,定,2.,缓行冷锋天气模型,锋面在高空槽前,，多稳定性天气；,移动缓慢,，锋面坡度不大,（约,1/100,）；,锋后冷空气迫使暖空气沿锋面平稳地上升；,降水区出现在锋后,，多为稳定性降水；,如果锋前暖空气不稳定时，在地面锋线附近也常出现积雨云和雷,阵雨天气。,夏季，在我国西北、华北等地，以及冬季在我国南方地区出现的冷锋天气多属这一类型。,锋后连续性降水，雨区宽,150,200km,，暖空气不稳定时，出现积雨云，形成阵性降水,天气特征,：,地面锋线过后开始降水，风速突然增大，天气恶劣，待高空槽过后，降水逐渐停止，天气开始转晴。,-,这种冷锋在中国冬半年比较常见,。,若,暖空气比较干燥,，锋上云系中就可能不出现雨层云或高层云。,-,如中国东北和西北高纬地区，锋上仅有卷,层云，但常有降雪现象。,若,暖空气处于对流性不稳定时,，在锋线附近可有浓积云和积雨云发展，出现雷阵雨天气。,-,这种情况在中国夏季比较常见。,3.,急行冷锋天气模式,锋面在高空槽后或槽线附近,，,移动快,，坡度大,(1/40-1/80),；,锋后冷空气移动速度远较暖气团为快，它冲击暖气团并迫,使其产生强烈上升；,高空,，这时冷锋往往处于西风带低槽后，,冷平流较强,，暖空,气沿锋面下滑，出现下沉气流；,因而,云系及降水区分布于地面锋线附近，云雨区比较狭窄,，一,般约为几十公里到一百公里。,在地面锋线移近时，,由于冷空气的冲击，,往住形成强烈发展的,积雨云，沿着锋线排,列成一条狭窄的积雨云带，顶部常可达,10,公里以上，而宽度则仅有数十公里。这种积雨云带之间一般多有空隙。,天气特征：,当这种冷锋来临时，常常是狂风暴雨，乌云满天，且有雷电现象，待锋面过后不久，天气即转晴朗。,-,中国,夏半年比较常见,。,如果暖空气比较稳定时，云系分布和暖锋相似，为层状云系。当锋面来临时，也是先见卷云、卷层云，以后云层逐渐增厚变低，在临近锋线时有时有降水。待锋线一过，云消雨散，仅风速突然增大有大风出现。,-,这种冷锋天气多出现在中国冬半年。,如果暖空气比较干燥，可能只出现少量高云和中云，而无降水现象，在锋后常出现大风和风沙现象，称为,“,干冷锋,”,。,-,多出现于中国北方的春季,。这种冷锋由北方移到江南地区时，若暖空气中水汽含量丰富，有时也可以产生降水现象。,冷锋锋前云,二、暖锋天气,暖锋是向冷气团方向移动的，在它移动过程中，暖空气,方面向冷空气方向移动，另,方面又沿着锋面向上滑升。,暖锋天气模型,暖锋的坡度很小,，约为,1/150,；,暖空气一般含有比较多的水汽，主动上升前进,，在冷气团之上慢慢地向上滑升可以达到很高的高度，暖空气在上升过程中绝热冷却，达到凝结高度后，在锋面上便产生广阔的、系统的层状云系。,云系序列为,：卷云,(,Ci,),，卷层云,(Cs),，高层云,(As),，雨层云,(Ns),；,云层的厚度视暖空气上升的高度而异,，一般情况下可达几公里，厚者可达对流层顶，而且愈接近地面锋线云层愈厚；,离锋线越远，云就越薄越高,。,天气特征：,-,锋前连续性降水,：,主要发生在雨层云内，降水宽度随锋面坡度大小而有变化，一般约,300-400,公里。暖锋云系有时因为空气湿度和垂直速度分布不均匀而造成不连续，可能出现几十公里，甚至几百公里的无云空隙。暖空气,不稳定时，出现积雨云，形成阵性降水。,-,暖锋下的冷气团中,，空气比较潮湿，在气流辐合作用和湍流作用下，常产生层积云和积云。如果从锋上暖空气中降下的雨滴在冷气团内发生蒸发，使冷气团中水汽含量增多，达到饱和时，会产生碎积云和碎层云。如果这种饱和凝结现象出现在锋线附近的地面层时，将形成锋面雾。,-,在夏季暖空气不稳定时，也可能出现积雨云、雷雨等阵性降水；在春季暖气团中水汽含量很少时，则仅仅出现一些高云，很少有降水。,-,明显的暖锋在我国出现得较少，大多伴随着气旋出现。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。,三、准静止锋天气,中国的准静止锋一般是由冷锋演变而成的，它的坡度一般很小,(,约为,1/250),。,准静止锋的天气，类似于第,型冷锋，云区、雨区都比暖锋更宽些，降水强度虽比暖锋小，但降水持续时间比暖锋长，往往是连绵细雨不断，准静止锋附近风力很小。,北侧,：偏北、东北风；,南侧,：偏南风,静止锋,北侧连续性降水,（,连阴雨天气,），,雨区宽,600km,不稳定时，出现积雨云，形成阵性降水,在,冬半年,，当准静止锋的坡度特别小时，由于暖空气滑升到离地面锋线一定距离之处才能凝结成云雨，故云雨区不紧靠地面锋线，而是离锋线有一定距离。,在,春夏季节,，若暖空气层结不稳定，在准静止锋上同样可以出现积雨云和雷阵雨天气，若在低空有切变线或低涡相配合，多有显著的降水现象，有时甚至可产生暴雨。,-,梅雨时期江准流域的准静止锋,常出现这种天气,由于准静止锋移动缓慢，当冷暖空气时强时弱时，可使准静止锋在某一地区来回摆动，受它影响的地区可出现长时间的晴雨相间天气。,准静止锋天气一般分为两类,一类是云系发展在锋上，有明显的降水,。例如，我国华南准静止锋，大多是由于冷锋减弱演变而成，天气和第一型冷锋相似，锋面坡度更小，云区、降水区更为宽广，其降水区并不限于锋线地区，可延伸到锋面后很大的范围内，降水强度比较小，为连续性降水。,准静止锋的阴雨天气持续时间长达,10,天至半个月，甚至一个月以上，,“,清明时节雨纷纷,”,就是江南地区这种天气的写照。直至该准静止锋转为冷锋或暖锋移出该地区或锋消失以后，天气才能转睛。,另一类是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云，并常伴有连续性降水。,-,地形静止锋,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的影响很大。,天山静止锋、昆明静止锋,冷,暖,无云、无降水,层积云、雨层云,少量降水,地形静止锋,准静止锋云系,有明显降水,无明显降水,四、锢囚锋天气,锢囚锋常是由两条锋面合并而成，故它的天气就保留原有两条锋的特点。,如由两条层状云系合并而成的锢囚锋，它的主要云系也是层状云，且近乎对称地分布于锢囚锋的两侧，这种锢囚锋为,暖式锢囚锋,。,若原来一条锋面是层状云，而另一条锋面是积状云，两者合并锢囚后，层状云和积状云相连在一起，这种锢囚锋为,冷式锢囚锋。,当锢囚锋形成后，在锢囚点以上的上升运动会进一步发展，云层增厚，降水强度增强，降水区域也不断扩大；而在锢囚点以下则有新的云系产生。,随着锢闪锋的进一步发展，暖空气会被抬得更高，所含水汽也因降水而逐渐减少，锢囚点以上的云层就会逐渐变薄而消散。在锢囚点以下的有可能发展成新的云系，但就锢囚锋而言，已是消亡阶段，天气一般逐渐好转。,在中国，锢囚锋主要出现在东北和华北地区，在一年当中以春季为最多。,暖式锢囚锋天气模式,-,保留原来两条锋的一些特征；,-,云层增厚，降水增强，雨区扩大，风力界于两条锋之间,冷锋锢囚锋天气模式,3.3,锋区的输送带,许多观测结果表明，基于,挪威学派的锋面天气模型,与实际情况有较大差别。70年代初，开始利用高分辨率的雷达、卫星等观测资料，以及一些新的天气分析技术，在总结大量的新的观测事实的基础上，,Browning,提出了,锋面输送带,的概念，建立了大尺度气流输送带的锋面天气模式。,输送带,是指以移动性天气系统为坐标系的相对气流，它是系统内产生云和雨区的主要气流。,暖输送带,是指一支位于冷锋前方边界层内的暖湿气流，其运动方向主要与冷锋相平行，但,有少量分量跨越锋面,。该分量虽然小，但它是非地转的，对锋面附近天气的产生具有很重要的作用。按照垂直于锋分量的不同情况，可以产生两类完全不同的锋面天气。,3.3.1,暖输送带,1.,向后倾斜,滑升暖输送带,A,B,暖输送带,线对流,a,),平面图,b）,沿（,a）,中,AB,线的垂直剖面,位于冷锋上方的暖空气倾斜上升，在其下侧的冷空气下沉,LLJ,表示低空急流，图中气流是系统的相对气流。,上升运动一般发生在冷锋附近和冷锋的上方。,线对流,：在冷锋线前缘附近可以形成具有几,ms,的上升速度的狭长带状区域，一般称为线对流。位于冷锋前侧的低空急流具有很强的气旋性切变（10,-2,s,-1,）,，由于气旋性切变可引起边界层中很强的辐合，从而产生了线对流。,地面冷锋线附近强烈的抬升运动，一般只限于大气低层23,km,以内，到一定的高度，向上的暖空气将沿冷锋模向上滑升，其上升速度仅为几十,cm/s。,这两种不同的上升运动区产生了两种不同的降水型，在线对流区可形成窄的暴雨或大雨带。,2.,向前倾斜,滑升暖输送带,暖输送带,平面图,剖面图,冷输送带,平面图,剖面图,主要上升运动发生在地面冷锋前方的暖区中，在暖锋上方倾斜上升。在冷锋的上方，暖空气从对流层下部下沉，这支具有低的湿球位温的空气叠置在暖输送带上方时，在这两支气流叠加处建立了位势不稳定区，如果有足够触发作用，就将有（深）对流发生。当暖输送带在暖锋区滑升时逐渐发生反气旋向右偏转，在转向区形成向北凸的边界，在卫星云图上可以看到一个卷云幕覆盖在低云之上，这就是暖锋云雨区。,表示暖锋降水,表示高层冷锋的对流单体降水,表示高层冷锋的对流降水下落通过暖输送带的降水,表示高层冷锋与地面冷锋之间的浅薄湿层中降水，它们是暖输送带中的小雨和毛毛雨,表示地面冷锋的浅层降水。,平面图,剖面图,暖输送带,UU,表示高层的冷锋,向前倾斜滑升暖输送带的降水分布,冷输送带,:,对流层低层闭合环流的出现造成地面低压极地一侧的相对东风气流，它使得暖锋前的空气在暖输送带下面移动，相对于移动的气流向西运动，这类气流称为冷输送带。,3.3.2,冷输送带,剖面图,暖输送带,平面图,冷输送带,WW,是暖输送带,CC,是冷输送带,图中宽箭头里的数字表明输送带顶部高度，单位为,hPa,花边线表示由这些气流产生的云的边缘,LS,是流线边界,L,为地面低压,描绘中纬度成熟低压,冷暖输送带主要特征的示意图,4.,锋面位置和性质的分析,4.1,利用地面图分析锋面,4.2,利用高空图分析锋面,4.3,应用卫星云图分析锋面,4.4,应用其它资料分析锋面,锋面位置和性质的分析,根据地面天气图、高空天气图上各种,气象要素的分布,和相邻时次天气图作比较很容易确定冷锋、暖锋、静止锋和锢囚锋的位置和性质,。,但也有在相邻时段中锋线前半段移向暖空气一侧而后半段移向冷空气一侧摆动的现象，这时要参考瞬间天气图上锋前后垂直于锋并指向锋线的气流分量强度才能确定锋的性质,。,冷空气分量大的是冷锋，相反为暖锋，两者相当时为静止锋,。,在我国，除少数发展完好的锢囚锋外，地形强迫作用形成的地形锢囚锋较多，追踪和比较锢囚锋的形成过程，容易确定锢囚锋的类型。,关键是正确的锋面位置分析,。,4.1,利用地面天气图分析锋面,地面天气图上填绘的并不限于海平面的气象要素，实际是一种综合天气图，是分析地面锋线位置的主要依据。,具体方法是根据锋附近具有气温、露点,(,湿度,),、风场、气压场、变压场以及云和天气现象的剧烈变化这一特征，综合考虑并作出判断。,1,.,气温,锋线两侧有较大的气温差异。,这一特征,在地表性质相近，地势平坦地区比较明显。但是，,地面气温受多种因素的,影响,，使锋附近的温差可以变得不明显：,（,1,）辐射,：一般在地面锋线冷气团一侧的上空都有较厚的云层及降水，地面锋线暖气团一侧的上空多为少云天气。所以白天锋两侧气温对比明显，但在,夜间及清晨,，暖区天空晴朗，辐射降温较多，冷区受云层阻挡，辐射降温较少，于是近地面层锋两侧的温差变得模糊不清。,（,2,）锋面两侧蒸发凝结条件不同；,（,3,）,地理条件的影响,：锋面在高原和平原之间、大陆和海洋之间移动；,（,4,）,冷空气膜的影响,：冬季，有时在盆地区域近地面层中存在着一层较薄的冷空气膜。如果锋在冷空气膜上滑行，这时根据地面气温记录就很难将锋面分析出米，这种情形在我国塔里木盆地、四川盆地较为多见。,2,.,露点,通常，冷气团内水汽较少，暖气团内水汽,较多，所以锋两侧有明显的露点差。,在,没有降水发生,的条件下，露点温度比温度,更为保守，所以它是分析锋面的依据；,当锋两侧,有降水时,，露点差就不甚明显了。,3.,风,锋两侧的风都呈气旋性切变，但风存在很强的地方差异，必须结合当地的地形条件和当时的具体情况进行分析。,风速较大时，风的代表性较好，能作为分析锋的依据,；风速较小时，往往受地方性风影响大，不宜作为分析锋的依据。此外，局部热力环流以及雷暴等中、小尺度现象对风亦有影响，,应以大范围风为依据,。,4.,气压,地面锋线大多处于明显的低压槽中，可依据气压场的分析进一步,校准锋的位置,。锋附近的气压场有一些特殊的形式，例如下图，就是一种常见的冷锋处在,隐槽,中的形式。,5,.,3,小时变压,暖锋前有明显的,3,小时负变压，冷锋后有明显的,3,小时正变压，暖锋后、冷锋前变压都很小。锢囚锋后往往是,3,小时正变压，锋前往往是,3,小时负变压。但当两条冷锋相向而行形成锢囚锋后，则锢囚锋两侧都会出现,3,小时正变压。例如我国的华北锢囚锋，两侧均为,3,小时正变压，其西侧较强，东侧较弱。,应用3小时变压分析锋面时，要考虑到气压系统的加强或减弱、气压,日变化,等的影响。这些影响明显时，甚至会掩盖锋所造成的3小时变压。,应用24小时变压和24小时变温分析锋，,其优点是不受日变化的影响,。特别是山地和高原，由于海拔高度相差悬殊，地面气象要素不便于直接比较，利用24小时变压和24小时变温可以部分克服这一缺点。,一般冷锋后有正24小时变压和负24小时变温，暖锋前有负24小时变压和正24小时变温。,当锋的活动频繁，一个地区在24小时内有两条以上锋过境，24小时变温和变压不好用。,6.,24小时变压和24小时变温,7,.,云和降水,分析锋时，可以参考,各类锋的天气模式,。但锋的天气复杂多样，使用时必须结合各地的经验和当时的具体情况。,4.2,利用高空图分析锋面,除了垂直伸展高度很低,(1.5,公里以下,),的地面锋以外，所有对流层锋都在等压面上有所反应。,锋是向冷空气方向倾斜的，所以高度越高锋区向冷区方向偏离越远。在,850hPa,等压面图上的锋区和地面锋线比较靠近而且近于平行,，根据,850hPa,图上的锋区，找出或修正地面锋线的位置。,在我国南方有时高空锋区不明显，在中、低空却有,风场切变线,相配合，随着高度的增加，切变线逐渐向北偏移。,地面锋线位于高空切变线的南侧。,分析高空锋区附近的,冷、暖平流,，确定,锋面性质,。当有冷平流时，可判断为冷锋；当有暖平流时，为暖锋，如果冷暖平流很弱，可能是准静止锋。,出现锢囚锋时，高空图上往往有一个狭长的暖舌相配合,。暖式锢囚锋,，,暖舌位于地面锢囚锋线的前方,，,冷式锢囚锋，暖舌位于地面锢囚锋线的后方,。,在卫星云图上，锋面往往表现为带状云系，称之为,锋面云带。,这种云带一般长达数千千米；宽度则各处差异很大，窄的只有,2,3,个纬距，宽的达,8,个纬距左右，平均为,4,5,个纬距左右。,锋面云带常是,多层云系，,最上面的一层是卷状云，下面是中云或低云。锋可以分为两类：一类是暖空气主动沿锋面上升，此类锋的云带较宽，把具有完整云带的锋称为,“,活跃锋,”,，,它一般都出现在强斜压性区域内,。,另一类是冷空气主动下沉,，,迫使其前面的暖空气抬升，云图上表现为云带窄，甚至断裂,，,也可能没有云带，我们把云带不明显的锋称为,“,不活跃锋,”,。,4.3,应用卫星云图照片分析锋面,一、锋面云系,洋面上锋面云带模型，,它反映的锋面云系有以下特点：,1.,冷锋、静止锋云系,500,hPa,槽线,(,虚线,),以东的冷锋是,活跃冷锋,，,有一条连续的、完整云带。云带的边界很清楚。与强的斜压区联系。,500,hPa,槽线后面的冷锋段为,不活跃冷锋,，,常出现狭窄而不完整且破碎（断裂）的云带。斜压性比较弱,，,冷平流和风的垂直切变甚小。,当,活跃的冷锋移动甚缓或变成静止锋时,，从锋面云带南部边界伸出一条条,积云线或枝状云系,(e),可用来,定锋面南边副高脊线位置,(f),。,活跃的静止锋,表现为一条宽的云带，高空风大体平行于锋,。,不活跃的静止锋,，一般出现在较低纬度，大体东西向,，,云带断裂，趋于消失，云带中只有高云，没有中、低云。,2.,暖锋云系,活跃的暖锋,：云带最宽，呈现一大片高空卷云覆盖,区，具有强的斜压性，云带和暖区云系,相连系，不易确定,地面暖锋,(d),的位,置。,不活跃暖锋,(,地面天气图分析不出）卫星云