气团与锋.ppt

NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE&TECHNOLOGY,气团与锋,2.1,气团,2.2,锋的概念与锋面的坡度,2.3,锋面附近气象要素场的特征,2.4,锋面分析,2.5,锋生与锋消,大气科学学院 苗春生,引 言,1920,前后挪威学派,V.J.,皮叶克尼斯和伯杰龙等人以温度场为主要特征提出了气团与锋的概念,气团,气团的定义：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。,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。,水平尺度可达几千公里,垂直范围可达几公里到十几公里，常常从地面伸展到对流层顶。,大气科学学院 苗春生,气团形成的条件,1.,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。,2.,空气运动。空气辐散运动使得大气中的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。,大气科学学院 苗春生,气团变性含义：,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，两者间又产生了,热量与水分,的交换，气团的,物理属性逐渐发生变化,。这种变化称气团变性。,气团的变性,气团的分类,分类标准,1,、地理分类、,2,、热力分类,地理分类（,气团源地的地理位置和下垫面性质）,北极气团（冰洋气团）,极地气团,热带气团,赤道气团（赤道海洋气团）,极地大陆气团,极地海洋气团,热带大陆气团,热带海洋气团,气团,热力分类（,气团的相对温度）,气团,冷气团,暖气团,我国境内的气团与气团天气,冬季,西伯利亚气团,（绝大部分地区）,热带海洋气团,（华南、华东、云南）,西伯利亚气团,热带海洋气团,冷气团,：气团向比它暖的下垫面移动，所经之处温度下降,暖气团,：气团向比它冷的下垫面移动，所经之处温度升高,.,冷暖气团是相对而言的，他们之间可以相互转换，其过程就是气团变性的过程,热带太平洋气团,（东部地区）、,热带大陆气团,（西部地区）、,赤道气团,（长江以南地区）、,西伯利亚气团,（长城以北、大西北）、,极地太平洋气团,（东北地区）,夏季,西伯利亚气团,热带太平洋气团,极地太平洋气团,赤道气团,热带大陆气团,干旱,强降水,区域性降水,锋的概念和锋面的坡度,一、锋的概念,大气科学学院 苗春生,大规模气流汇合区可能有不同性质的气团相遇，天气图上表现为温度的水平梯度加大。,锋的定义,：,冷暖气团相遇，存在一个狭窄过渡区域，此过渡区域随高度往冷空气一侧倾斜，该,狭窄过渡区域,称为,“,锋,“,。,锋区的定义,：,密度不同的两个气团之间的过渡区，等压面图上温度水平梯度大而窄的区域，随高度向冷区倾斜，是一个等温线的密集带。锋面与空中某一平面相交的区域,(,上界和下界之间的区域,),。,。,温度梯度大,锋的概念和锋面的坡度,锋面的定义：,锋的长度远大于锋的宽度，忽略锋的宽度，冷暖界面趋于重合，此面称为,“,锋面,”,。,(,图,2.1b),锋面的空间结构,锋线的定义,：,锋面与地面的交线称为,锋线,x,y,z,二，锋面坡度,二、锋面的坡度,大气科学学院 苗春生,锋面的坡度数学公式,：,马古列斯坡度公式,大气科学学院 苗春生,锋面的坡度公式讨论,：,1.,其他条件不变，锋面坡度是随纬度增高而增大，当锋面南移时，坡度变小，在赤道 ，锋面不存在。,，锋面两侧温差越大坡度越小；,3.,当锋面两侧风速差 ，锋面坡度 ，锋面不存在,垂直面，没有锋面,水平面，没有锋面,锋面两侧平行于地转风风速具有气旋性切变。锋面处于低压槽中,与 相互联系，有相互抵消作用,但温差大，往往风速差就大，而可使坡度增大，两者抵消，锋面坡度变化不大。,北方,1/50-1/200,南方,1/200-1/500,三、锋的分类,大气科学学院 苗春生,按锋在移动过程中冷暖气团所占的主次地位锋分为：冷锋，暖锋，准静止锋，锢囚锋。,按锋伸展的不同高度分为：对流层锋，地面锋，高空锋。,按气团的地理类型，锋分为北极锋，极锋，副热带锋。,1,2,3,大气环流,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，这种锋面称为冷锋，锋面坡度大。冷锋过境后，冷气团占据了原来暖气团所在的位置。,x,z,y,暖 锋,锋面在移动过程中，若暖气团起主导作用，推动锋面,向冷气团一侧移动，这种锋面称为暖锋，锋面坡度小。,x,z,y,准静止锋,当冷暖气团势力相当（或受地形阻挡），锋面移动（南北摆动）很少时，称为（准）静止锋。,昆明,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，然后其中一个锋面追上另一个锋面，,即形成锢囚。,x,z,y,一、锋面附近温度场的特征,1,、水平温度场特征,地面图：,锋附近温度水平梯度大，平均约,5-6/100,公里,高空图,高空锋区为等温线的密集带，该密集带向冷区倾斜，与地面锋线平行。锢囚锋在高空图上有暖舌，暖舌两侧等温线密集。,锋面附近气象要素场的特征,大气科学学院 苗春生,2,锋附近垂直温度分布特征,在锋区中，温度的垂直梯度较小,有时会出现,“,风区逆温,”,现象。,探空曲线,大气科学学院 苗春生,3,锋附近位温分布特征,锋附近等位温线近于与锋冷暖界线平行，锋内（锋区）等位温线相当密集，存在等位温线密集带,二、以密度的零级不连续面模拟锋面时，锋面附近气压场，风场和变压场特征,1,气压场特征,1.,锋区处于低压槽中；,2.,等压线通过锋面时产生折角，其折角指向高压。,3.,等压线呈气旋性弯曲。,风场特征,锋面附近应具有气旋式风切变，,地面锋线也是气流的辐合线。,隐槽,风是气旋式辅合,2.,变压场特征,暖锋前的,变压代数值,小于暖锋后的,变压代数值,。,冷锋前的,变压代数值,小于冷锋后。,-,对冷、暖锋来说皆有：锋前变压代数值小于锋后变压代数值,暖舌在锋前，零线在锋前,四、锋面附近的湿度场特征,大气科学学院 苗春生,一般说来，暖空气来自南方比较潮湿的地区或洋面上，气温高，饱和水汽压大，露点高，冷空气来自北方内陆，气温低，水汽含量小，露点温度也低，所以锋面附近露点温度差异比温度差异显著,五、锋面天气,1.,锋附近云和降水特征,.,冷锋,a.,锋前坏天气：,700,百帕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（或复积云），降水性高层云（或雨层云或层积云）。高空槽和冷锋过境，偏北风加大，云层变薄，天气转好。,大气科学学院 苗春生,b.,锋后坏天气：,700,百帕高空槽线位于地面锋线的后面，暖空气湿而稳定，锋前天气由晴转多云天气，冷锋过后，风雨交加，,700,百帕高槽过后大雨即停，转为中云天气，,500,百帕高空槽过后才会转为晴或高云天气。,大气科学学院 苗春生,.,暖锋,暖锋上的云系常常有几层云组成，降水发生在锋前还是锋后，主要视暖锋低空的辐合程度和高空槽线的位置决定。若暖锋低层辐合明显，且,700,百帕槽线或气旋性曲率大的地方大致在地面暖锋上空，则暖锋前降水较大。,大气科学学院 苗春生,.,准静止锋,a.,无降水或仅有层积云和雨量极小的零星降水，多半处于高压控制下，锋上暖空气没有显著的云，在锋面稳定层下有冷湿空气沿地形抬升而形成层积云，锋上暖空气较干，沿锋面没有明显的云系出现,(,图,2.16a),b.,有显著降水，锋上暖空气有较强的上升运动。准静止锋停滞某地区时，就使该地区产生连阴雨天气,(,图,2.16b),大气科学学院 苗春生,.,锢囚锋,天气最恶劣的地区及降水区多位于锢囚锋附近，云系多为高层云，复高积云和层积云等。降水宽度一般从地面锋线至,700,百帕槽线。,大气科学学院 苗春生,2.,锋面天气输送带模式,输送带是指以天气系统为坐标系的相对气流，他们是系统内产生云和雨区的主要气流。,3.,暖输送带,暖输送带是一支既暖又湿的气流，它通常位于冷锋前方的边界层内，输送带方向主要是与冷锋平行，但其中有少量的分量与锋面垂直，这种分量产生了两种完全不同的锋面天气结构,。,大气科学学院 苗春生,.,向后上滑暖输送带,这类暖输送带的上升发生在冷锋附近和冷锋上方。在地面锋线附近的锋面坡度比较陡，冷锋前方边界层中的暖空气受到强烈抬升，在其附近形成具有几米,/,秒上升速度的狭长带状区域，常称为线对流区。,地面锋线附近强烈抬升作用，一般只限于,2-3,公里以内，再向上暖空气沿冷锋楔的上方滑升，上升速度仅为几十厘米,/,秒。在线对流区形成窄的暴雨带；宽广的中小雨区，它扩展到冷锋后相当大的范围。,大气科学学院 苗春生,.,向前上滑暖输送带,这类暖输送带的上升发生在地面冷锋前方的暖区，在暖锋上方倾斜上升。在冷锋的上方的暖空气从对流层下部下沉具有很低的湿球位温，具有很低湿球位温空气叠置在暖输送带上方时，两支气流叠加处建立了位势不稳定区，如果有足够的触发抬升作用，将有对流发生，有可能有深对流发生。,如图,2.19,，高空冷锋前头，暖湿空气的厚度突然增加，形成有组织的对流云带，尾随弱的暖锋降水之后出现大的对流性降水。冷锋过境，气旋中心附近可能出现深对流，在浅层湿区，出现小雨或对流性降水。,大气科学学院 苗春生,4.,冷输送带,冷输送带是形成锋面云系的次要气流，这支气流主要来源于气旋东北部的反气旋辐散流出的气流，位于地面暖锋前和暖输送带之下，相对移动的气流向西运动，使原为冷干的空气，因接收从暖输送带中落下来降水物迅速蒸发而变湿。当冷输送带空气继续向西接近气旋中心或接近暖锋地面锋线时，摩擦辐合上升增强，可能与暖输送带合并并作反气旋旋转上升，形成大尺度逗点云系的一个组成部分。,锋面分析,大气科学学院 苗春生,锋区的斜压性很大，有利于垂直环流的发展与能量转换，锋面附近常有比较剧烈的天气变化和气压系统的发生发展。因此锋区和锋线的分析在天气分析与预报中占有非常重要的位置。,确定锋面的位置与性质的基本思路：,（,a,）按照历史连续性原则（根据过去几张图的连续演变，再结合地形条件确定）；,（,b,）分析高空锋区（在平原地区分析,850,，,700,百帕等压面，高原地区分析,500,百帕等压面上锋区）。,大气科学学院 苗春生,一、分析地面图上各气象要素场以确定锋面的位置,（一）温度,锋面的主要特征应是锋面两侧有明显的温差,大气科学学院 苗春生,（二）露点,一般来说，暖空气来自南方比较潮湿的洋面上，气温高，水汽含量多，露点温度也较高；到我国来的冷空气一般来自欧亚大陆，温度低，水汽含量少，露点温度也低，所以锋面附近露点差异显著。在没有降水发生的条件下，露点温度比温度更为保守，能更好地表达气团的属性，对确定锋的位置很有用，但是如果锋面附近任一侧有降水发生，那么锋面附近的露点差异就不能很好地反映气团属性的差异了。,大气科学学院 苗春生,（三）气压与风,以温度的零级不连续面来模拟锋面：,气压是连续分布的，但是气压梯度并不连续，等压线通过锋面时会有折角，而且折角尖端指向高压，锋面两侧有气旋式切变。,如果等压线与锋面平行，则锋面两侧等压线密集程度一定不同，而两侧的风向虽没有差异，但风速仍有气旋式切变，这种等压线相互平行，仅是梯度不同，而风场具有气旋性切变的气压场形式称为,隐槽,。,大气科学学院 苗春生,（四）变压,1,、,3,小时变压,大气科学学院 苗春生,2,、,24,小时变压和变温（和 ）：,因为 和 消除了日变化影响，在地形较复杂的地区能较好地反映出冷暖空气活动的情况。,冷锋后一般有大的,24,小时正变压和,24,小时负变温,大气科学学院 苗春生,（五）云和降水,一般在云和降水较明显的地区常有锋面存在,大气科学学院 苗春生,五、应用卫星云图分析锋面,（一）锋面云系,在卫星云图照片上，锋面往往表现为带状云系，称之为,锋面云带,。,尺度：,这种云带一般长达数千公里；宽度则各处差异很大，窄的只有,2,到,3,个纬距，宽的达,8,个纬距左右，平均为,4,到,5,个纬距左右。,锋可以分为两类：,暖空气主动地沿锋面上升，此类锋的云带较宽，我们把具有完整云带的锋称为“活跃的锋”。,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“不活跃的锋”。,大气科学学院 苗春生,三、应用其他资料来分析锋面,（一）探空资料的应用,如图（,a,）所示：上界湿度一般大于下界。,当锋面逆温与下沉逆温很难区别时，如果逆温层下有明显的降温，而在其上是增温、等温或降温不大（图,b,）初步可判断为锋面逆温。,（二）高空测风资料的应用,锋区内热成风很大。,有冷锋时风向随高度逆转；有暖锋时，风向随高度顺转。,如左图所示，风随高度逆转，为冷锋。,大气科学学院 苗春生,风随高度顺转：,暖锋,锋区高度上垂直于最大热成风的风分量很小：,准静止锋,大气科学学院 苗春生,如下图所示：锋前低层是西南风，冷锋过后转为西北风，锋区位于西北风和西南风的层次里，随着时间向上抬升。,锋生和锋消,大气科学学院 苗春生,一、锋生、锋消的概念,锋生,是指密度不连续性形成的一种过程，或是指已有的一条锋面，其温度（或位温）的水平梯度加大的一种过程，而,锋消,是指相反的过程。,大气科学学院 苗春生,锋生线是一条物质线，那么锋生函数就可以写为：,，称为个别锋生函数。,锋面生成的条件是：,F0,，；,锋面消失的条件是：,F0,，。,大气科学学院 苗春生,把（,2.13,）代入到（,2.12,）,（,2.14,）,注：,右端第一部分表示空气水平运动对锋生的作用，第二部分表示垂直运动对锋生的作用，第三部分表示非绝热加热对锋生的作用,A,B,C,大气科学学院 苗春生,（一）水平运动的作用,等位温线在有速度辐合的水平流场作用下渐趋变密则为锋生作用，反之则为锋消作用。,大气科学学院 苗春生,物理解释：,暖气团下沉增温，冷气团上升冷却，温度对比增加，故锋生。,物理解释：,冷气团下沉增温，暖气团上升冷却，温度对比减小，故锋消。,（二）垂直运动作用,大气层结稳定,大气层结不稳定,-,水汽含量充沛,暖湿空气抬升,-,凝结潜热释放,-,暖空气增暖,冷空气上升绝热冷却,-,锋生,大气科学学院 苗春生,（三）非绝热加热项,冷空气南下,湍流、对流,辐射、传导,位温增加,冷暖,气团位温梯度减小,（锋消）,暖空气北上,湍流、对流,辐射、传导,位温减小,冷暖,气团位温梯度减小,（锋消）,大气科学学院 苗春生,四、我国锋生锋消概况,我国境内的锋生区，可分为,南方锋生带,和,北方锋生带,。,-,华南到长江流域和河西走廊到东北,南方锋生带：冬半年（,105,月），位于江南地区；,6,、,7,月，位于长江流域；盛夏时，移到华北；,9,月以后，又逐渐南移。,北方锋生带：冬季受反气旋控制，锋生不多；,3,月以后受频繁东移的西风槽影响，蒙古和东北地区多有锋生；,5,月以后，高空锋区北移，中蒙交界锋生又减少，东北华北地区受冷涡影响形成副冷锋，而河西地区锋生较多。,大气科学学院 苗春生,锋生时的温压场形势：,1,、高空温压场形势：上空常有低槽移入和发展，在高空槽前，地面低压或低压槽容易获得发展，地面气流辐合加强，导致锋生。,冷锋锋生：高空冷性低槽发展，槽后冷平流,暖锋锋生：高空暖式切变切变线南部暖平流,大气科学学院 苗春生,2,、地面气压场形势：,在地面图上，锋生常发生在低压或低槽中。,例子：,（,1,）,东北地区，低槽加深快，后部冷平流显著，槽内有冷锋锋生。,（,2,）江淮气旋的倒槽锋生。,注：,有时候，冷锋锋生也不一定在低槽中，而是在冷高压的东或东南侧。,大气科学学院 苗春生,锋生时，气象要素的变化：,1,、,24,小时和,3,小时变压场：在华南地区，有倒槽发展起来，在倒槽内 达,-3,到,-4hPa,以后，在,6,到,12,小时可能有锋生成；当青藏高原有,-,东移时，表示有高空槽移来，四川盆地和江南一带可能有锋生。,冷锋锋生以冷空气活动为主，所以冷锋锋生前，地面常有正的三小时变压。而暖锋锋生是以暖空气为主，所以暖锋锋生前，地面常有明显的负的三小时变压。,大气科学学院 苗春生,2,、风场,江南地区，暖锋锋生前，常有明显的气旋性风切变出现,3,天气状况,锋生之前，天气常常有明显的变化。例如在江南锋生之前，在四川一带有雨区发展，并逐渐向东扩展，雨区有南北向转为东西向。又如东北地区，锋生前低槽内常出现,8,到,10,成的密卷云，天气逐渐转坏。,大气科学学院 苗春生,（二）锋消概况,我国的锋消区主要是在,青藏高原以东,30,o,到,40,o,N,一带。,原因：,它常处在东亚大槽后部，有利于加压和冷空气下沉。当冷空气从西北高原向东南移动时，地形助长了西北来的冷空气的下沉。因此冷锋经过此地区时，有显著的锋消现象。,活动时期：,夏半年（,6,到,9,月）锋消较多，由于太平洋副高西伸并北移，高压脊控制我国近海及东南大陆，环流形势有利于锋消。,大气科学学院 苗春生,不利于锋面存在的条件：,1,、高空或地面的气压形势发生变化,2,、维持锋面的冷暖平流减弱或消失,3,、锋消过程中，许多气象要素（如变压）也有明显的表现。,4,、气团变性对锋消有很大影响。冷锋在南下过程中，由于下垫面热力作用使冷气团逐渐增暖变性，而使冷锋逐渐减弱消失。,