兰大大气学院天气学原理教程气团和锋面.pptx

1.1.气团气团2.2.锋面系统锋面系统3.3.锋面特征及天气锋面特征及天气4.4.锋生和锋消锋生和锋消 5.5.锋面分析锋面分析主要内容主要内容难点和重点难点和重点重点和难点重点和难点第一章重点：1.影响大气运动的作用力及其数量级2.零级近似和一级近似的方程组3.风场与气压场的关系第一章难点：风场与气压场的关系第二章重点：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4.锋面分析第二章难点：1.锋面附近气象要素场的特征2.锋生和锋消 一、气团的概念一、气团的概念1.定义：气象要素分布比较定义：气象要素分布比较均匀均匀的的大范围大范围的空的空气团。气团。2.尺度：水平方向数千公里，垂直范围可达几尺度：水平方向数千公里，垂直范围可达几公里到十几公里，公里到十几公里，3.气团控制的天气：气团控制的天气：水平方向：天气现象基本相同，温湿分布均水平方向：天气现象基本相同，温湿分布均匀；匀；垂直方向：气象要素分布相同（包括稳定度）垂直方向：气象要素分布相同（包括稳定度）二、气团形成与变性二、气团形成与变性1.气团的形成气团的形成下垫面性质均匀的广阔的地球表面（大沙漠、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。大平原、大洋、冰障覆盖），为气团源地。稳定的环流（下沉辐散，如较少移动的反气稳定的环流（下沉辐散，如较少移动的反气旋）旋）2.形成方式：各种尺度的湍流、系统性垂直运形成方式：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动、蒸发、凝结和辐射等物理过程3.气团变性气团变性:气团的物理属性逐渐发生变化气团的物理属性逐渐发生变化不同气团，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。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。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。三三.气团的分类气团的分类1地理分类北极气团（冰洋气团）极地气团：分大陆性和海洋性热带气团：分大陆性和海洋性赤道气团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1.4 我国境内的我国境内的气团活动气团活动与气团天气与气团天气冬季：冬季：西伯利亚气团西伯利亚气团（极地大陆气团）影响；（极地大陆气团）影响；源地：西伯利亚和蒙古。源地：西伯利亚和蒙古。特点：特点：*地面流场为地面流场为冷性反气旋冷性反气旋；*中低空为中低空为下沉逆温下沉逆温；*控制区为控制区为干冷天气干冷天气；与；与热带海洋气团热带海洋气团 相遇，在华南沿海等地构成阴雨天气；相遇，在华南沿海等地构成阴雨天气；*北极气团北极气团 南侵我国，可造成强南侵我国，可造成强寒潮寒潮 天气。天气。夏季：夏季：西伯利亚气团西伯利亚气团：在长城以北和西北：在长城以北和西北活动频繁，与南方活动频繁，与南方热带海洋气团热带海洋气团 交绥，交绥，是盛夏南北方区域性降水的主要原因；是盛夏南北方区域性降水的主要原因；热带大陆气团热带大陆气团：常影响我国西部地区，：常影响我国西部地区，干旱酷热与此有关；干旱酷热与此有关；赤道气团赤道气团（来自印度洋（来自印度洋,又称季风气团）又称季风气团）造成长江以南大量降水；造成长江以南大量降水；春季：春季：西伯利亚气西伯利亚气团团与与热带海洋气团热带海洋气团 势力相当，是锋面势力相当，是锋面及气旋活动最盛时及气旋活动最盛时期；期；秋季：变性的秋季：变性的西伯利亚西伯利亚气团气团占主要地位，占主要地位，热带热带海洋气团海洋气团退居东南海上，退居东南海上，我国东部地区秋高气爽。我国东部地区秋高气爽。2.2锋的概念与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。2.2.锋面系统锋面系统 2.1 2.1 锋的概念锋的概念 2.2 2.2 锋的分类锋的分类 23 2.3 锋面坡度锋面坡度一、锋的概念一、锋的概念1、锋、锋密度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密度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）密度的不同主要表现为温度的不（即温度水平梯度大而窄的区域）密度的不同主要表现为温度的不同。同。2、锋面、锋面 在近地面层中过渡带宽约数十公里，在高层可达在近地面层中过渡带宽约数十公里，在高层可达200-400公公 里。宽度与其水平长度相比里。宽度与其水平长度相比(长达数百长达数百-数千公里数千公里)是是很小的。人们常把它近似地看成一个面，即锋面。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锋的下界。的界面叫锋的下界。上界和下界的水平距离称为锋的宽度。上界和下界的水平距离称为锋的宽度。3、锋区：、锋区：锋面与空中某一平面相交的区域称为锋区锋面与空中某一平面相交的区域称为锋区(上界和下界上界和下界之间的区域之间的区域)。4、锋线：锋面与地面的交线。、锋线：锋面与地面的交线。锋锋区锋面锋线锋面的空间结构示意图（锋面的空间结构示意图（2）2.2 2.2 锋的分类锋的分类A.根据锋在根据锋在移动过程移动过程中冷、暖中冷、暖气团所占气团所占主次地位，主次地位，可将锋分可将锋分为：为：冷锋冷锋、暖锋暖锋、准准静止锋静止锋和和锢囚锋锢囚锋。B.B.根据锋的伸展高度可将锋分为：根据锋的伸展高度可将锋分为：地面锋地面锋（或低层锋）和（或低层锋）和高空锋高空锋（或高层对流层锋）（或高层对流层锋）C.C.根据锋面两侧的气团来源的地理位置不同，可将锋分为：根据锋面两侧的气团来源的地理位置不同，可将锋分为：冰洋锋冰洋锋、极锋极锋 和和赤道锋赤道锋（热带锋）。（热带锋）。准静止锋准静止锋 当冷、暖气团的势力相当时，锋面的移动十分当冷、暖气团的势力相当时，锋面的移动十分缓慢或相对静止，这种锋面称为缓慢或相对静止，这种锋面称为准静止锋准静止锋。冷锋冷锋 锋面移动过程中，冷气团起主导作用，冷气团推动锋面移动过程中，冷气团起主导作用，冷气团推动锋面向暖气团一侧移动，这类锋面称为冷锋。锋面向暖气团一侧移动，这类锋面称为冷锋。暖锋暖锋 锋面移动过程中，暖空气团起主导作用，推动锋面向冷锋面移动过程中，暖空气团起主导作用，推动锋面向冷气团一侧移动，这类锋面称为暖锋气团一侧移动，这类锋面称为暖锋。锋的类型冷锋：锋面在移动过程中，锋面在移动过程中，冷气团起主导作用，推动冷气团起主导作用，推动锋面向暖气团一侧运动锋面向暖气团一侧运动地面地面三维三维暖锋：锋面在移动过程中，锋面在移动过程中，暖气团起主导作用，推动暖气团起主导作用，推动锋面向冷气团一侧运动锋面向冷气团一侧运动地面地面三维三维静止锋：冷暖气团势力相冷暖气团势力相当，锋面移动很少当，锋面移动很少锢囚锋：暖气团、较冷气团、更冷气团相遇时先构成两个锋面，然后其中一个追上另一个锋面即形成锢囚。abcA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面内红色的实线为高层等温线层等温线 锋的分类示意图锋的分类示意图 (1)(1)a a冷锋冷锋 b b暖锋暖锋 c c准静止锋准静止锋abc 锋的分类示意图（锋的分类示意图（5 5）锢囚锋锢囚锋 典型的中纬度波动性气旋中典型的中纬度波动性气旋中冷式锢囚锋冷式锢囚锋 形成过程的物理图像。形成过程的物理图像。在在图图的的上上半半部部为为波波动动性性气气旋旋中中锢锢囚囚锋锋形形成成过过程程平平面面图图，其其下下半半部部为为经经过过平平面面图图中中ABAB两两点点，跨跨越越锋锋面面的的垂垂直直剖剖面面图图。图图a a表表示示成成熟熟性性波波动动气气旋旋，此此时时尚尚未未形形成成锢锢囚囚锋锋，冷冷锋锋继继续续向向前前运运动动，逐逐渐渐赶赶上上暖暖锋锋；图图b b表表示示部部分分锢锢囚囚性性波波动动气气旋旋，此此时时在在气气旋旋的的中中心心附附近近，出出现现锢锢囚囚锋锋；图图c c表表示示锢锢囚囚性性波波动动气气旋旋，此此时时出出现现比比较成熟的锢囚锋。较成熟的锢囚锋。2.3锋面坡度2个概念：不连续面物质面物质面：由相同空气质点组成的不连续面称为物质面。锋面是一个近似的物质面锋面是一个近似的物质面物质面物质面锋面作为不连续面满足的条件1.动力学条件，即通过锋面时，气压应当是连续的；2.运动学边界条件，即通过锋面时，垂直于锋线的风的分量应当是连续的。2.锋面坡度公式设x轴由暖气团指向冷气团，y轴平行地面锋线求锋面倾角展开得两式相减得：得到锋面坡度由静力学方程和地转风方程其中和是平行与锋线的地转风分量代入式得代入状态方程（注意）得、式为Margules锋面坡度公式令讨论上式：a).锋面的坡度与f成正比，高纬锋面坡度大于低纬赤道上即无锋面b).锋面坡度与平均温度成正比越高，坡度越大，冬季坡度小于夏季c).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。即无锋面d).锋面的坡度与锋两侧平行与锋的地转风分量差成正比风呈气旋性切变风速差（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，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，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；总的来说对锋面坡度影响不大；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