1、4 . 鋒生和鋒消鋒生和鋒消4.1 概念概念4.2 鋒生函數鋒生函數4.3 影響鋒生函數的因子影響鋒生函數的因子4.1概念概念 鋒生鋒生 和和 鋒消鋒消 是鋒面動力學和天氣分析中的兩個重要天氣概念。大是鋒面動力學和天氣分析中的兩個重要天氣概念。大氣中鋒的形成、加強或減弱、消失，可導致鋒面附近天氣的劇烈變化。氣中鋒的形成、加強或減弱、消失，可導致鋒面附近天氣的劇烈變化。鋒生鋒生 一般是指一般是指密度或溫度不連續形成密度或溫度不連續形成 的一種過程，或者的一種過程，或者是指已有一條鋒面存在，其密度（或溫度）是指已有一條鋒面存在，其密度（或溫度）水平梯度增大水平梯度增大 的過程。的過程。鋒消鋒消 是

2、指與鋒生過程相反的過程。是指與鋒生過程相反的過程。 按鋒的定義，鋒的兩側水平溫度差異顯著是鋒的熱力場最主要的特征。因此研究鋒生、鋒消時，可以從 水平溫水平溫度梯度隨時間的變化度梯度隨時間的變化 入手。 鋒面的鋒生和鋒消過程可以用鋒生函數鋒生函數來描述4.2鋒鋒生生函函數數鋒生函數定義為：T1T2T3T4T5鋒生的必要條件: 鋒生函數0，鋒生作用 鋒生函數 0 ,0 ,0FFnn22F 0 ,0 ,0FFnnnTdtdF二、鋒生鋒消公式及物理意義 1. 公式推導 其中展開： dtdFh求： 和 而： duvdttxyP2222duvdtxtxxx yx p pxpxpxvyxvxuxxutxdt

3、dx2222)()()()( 同理 P xwy xvx xudtdx x dtd dduvdtxx dtxxxyx P dduvdtyy dtyyyyyP鋒生函數 將，代入式 )()(1)(1)()2()2(1dtdyydtdxxhpyyxxhyuxvyxyvyxuxhFyvxuDyvxuEyuxv熱力學方程水平散度伸展變形切變變形垂直方向的渦度yuxvFQdtd2. 討論式。（鋒生消公式） 設坐標系x軸平行于等位溫線，由冷指向暖； y軸垂直于等位溫線，指向位溫升的方向。 ， 所以 轉為討論式（1）水平運動的作用 當 時，則 ， 鋒消 當 時，則 ， 鋒生 氣流輻合，鋒生 沿溫度升度方向，水平

4、氣流輻合，則有鋒生作用沿溫度升度方向，水平氣流輻散，則有鋒消作用即在垂直于等位溫線的方向上有氣流輻合利于鋒生， 反之則有利于鋒消。氣流輻散，鋒消進一步說明： 一個線性流場可分解為四種簡單的流場 平流場 旋轉場 輻合輻散 變形場前三種對鋒生，鋒消不起作用。變形場：a.若等位溫線與伸展的軸夾角45，則在輻合氣流下易鋒生b.若45，則輻散氣流下易鋒消；但等位溫線會逐漸旋轉使45變形場最有利于產生鋒生在天氣圖上鞍型場最易產生鋒生。abcA利于鋒生B利于鋒生C不利于鋒生（等位溫線與膨脹軸正交）（2）垂直運動作用 a. 穩定大氣（一般狀態下） 當 時 ， ，鋒生 當 時 ， ， 鋒消 說明： 0，（ ），

5、下沉。 0，上升。 同理 ，暖上升，冷下沉（輻散） 鋒消在穩定大氣中，暖空氣一側相對于冷空氣一側是下沉的，則鋒生；反之則鋒消 ，暖下沉，冷上升（輻合） 鋒生(穩定度與垂直運動項):a)穩定大氣 例：冷鋒上山：其上空有等溫線密集帶，靠近其暖一側有上升運動，上升絕熱膨脹冷卻，其暖一側降溫，而靠近其冷一側上升運動很弱或無上升運動，靠近其冷一側溫度無變化，這樣密集帶等溫線變稀疏，所以鋒減弱或消失，鋒消。 冷鋒下山：靠暖的一側基本無下沉運動，溫度無變化；其靠冷一側，下沉運動很強，溫度升高，等溫線變稀疏，鋒消。b.在不穩定大氣中 當 ， ，鋒生 當 ， ，鋒消 因為暖氣團的凝結潛熱作用抵消了上升作用。b）

6、不穩定大氣例：冷鋒上山，靠暖的一側，大量水蒸氣凝結釋放潛熱，溫度升高；而靠近其冷的一側上升運動很弱或無上升運動，溫度變化不大。這樣溫度密度集帶變密。所以鋒生（3）.非絕熱加熱項 ，暖空氣相對加熱，冷空氣相對冷卻則 ，鋒生同理 ，則 ，鋒消加熱形式 凝結潛熱加熱有利于鋒生 下墊面加熱有利于鋒消 非絕熱加熱項冷鋒南下，暖鋒北上，由于下墊面影響，鋒消冷鋒南下，靠冷一側，下墊面影響大，溫度升高, 靠暖一側，下墊面影響不大，所以等溫線密集帶變疏， 鋒消。三、鋒生、鋒消的動力學特點AB運動學鋒生a 溫度水平梯度加大（熱成風加大），風垂直切變加大；等壓面間厚度南側加大北側減?。ǖ葔好嫣荻壬蠈蛹哟蟮貙訙p?。゜

7、 熱成風平衡破壞 ，高層西風加速，低層西風減速 c 高層有向東的加速度，產生向北地轉偏差，低層有向西的加速度，產生向南地轉偏差d 鋒區內地轉偏差大于鋒區外 有垂直于鋒面的環流：鋒生次級環流產生次級環流又對鋒生發生作用高層輻合發生在b點（冷邊界），低層輻合發生在a點（暖邊界），使得鋒區發生傾斜，使這兩處溫度梯度加大，鋒區加強。中層暖空氣絕熱冷卻，冷空氣絕熱增溫，中層趨于鋒消4.3影影響響鋒鋒生生函函數數的的因因子子（l）非絕熱加熱非絕熱加熱 T1 T1 表示沿已存在溫度梯度方向的非絕熱加熱的梯度產表示沿已存在溫度梯度方向的非絕熱加熱的梯度產生的鋒生作用。生的鋒生作用。（2）垂直運動作用）垂直運動

8、作用 T2 T2 表示沿溫度垂直梯度方向上，垂直速度的水平梯度產生的鋒生表示沿溫度垂直梯度方向上，垂直速度的水平梯度產生的鋒生作用。若大氣為穩定層結作用。若大氣為穩定層結 / z0，當暖氣團中下沉運動當暖氣團中下沉運動w0，而冷氣團中有上升運動而冷氣團中有上升運動w0，相應有相應有n h h wo，則則T2 0，表示鋒生；相反為鋒消過程表示鋒生；相反為鋒消過程（3）水平運動輻合）水平運動輻合 T3 T3 表示在已有的水平溫度梯度情況，水平表示在已有的水平溫度梯度情況，水平輻合（輻合（D0）或水或水平輻散（平輻散（D0）產生的水平溫度梯度的增加（或減弱），即鋒產生的水平溫度梯度的增加（或減弱），

9、即鋒生或鋒消。生或鋒消。（4）水平變形場的作用）水平變形場的作用 T4 表示整個水平變形產生的鋒生作用。為了更進一步表示整個水平變形產生的鋒生作用。為了更進一步簡化，選擇簡化，選擇典型變形場典型變形場，設，設x軸為變形場的膨脹軸，軸為變形場的膨脹軸，y 軸為收縮軸，而等位溫線與軸為收縮軸，而等位溫線與x 軸的夾角為軸的夾角為，相應位溫梯度，相應位溫梯度h h 與與 x 軸的夾角為軸的夾角為900+，則位溫梯度，則位溫梯度h h = |h h | (sin ,-cos )，相應相應 T4 表達式為表達式為T4 = - Esin2 2Fsin cos Ecos2 / |h h | /2， 對線性變

10、形場對線性變形場F=0(無切變變形），無切變變形），所以所以 相應相應,當當 450， T4表示鋒生作用，當表示鋒生作用，當 450，表示鋒消作用，當表示鋒消作用，當 =0，表示鋒生作用最大。表示鋒生作用最大。2214ECOSTh4.4 中國的鋒生鋒消概況4.4.1 中國的鋒生區 一個是北方鋒生區北方鋒生區，位于河西走廊到東北一帶; 一個是南方鋒生區南方鋒生區，位于華南到長江流域一帶。 這兩個鋒生帶是和南北兩支高空鋒區相對應的。 鋒生帶隨高空鋒區的季節變化而相應地發生位移。自春到夏，鋒生帶逐漸北移，自夏到冬，則逐漸南移。 北方鋒生區北方鋒生區北方鋒生區季節變化特征季節變化特征冬季冬季，由于這一

11、帶經常位于高空脊前槽后，地面反 氣旋活動頻繁而強，所以鋒生不多。 3月以后月以后，這一帶冷空氣勢力減弱，暖空氣勢力增強，高空槽活動頻繁，鋒生逐漸增多。 5月以后月以后高空鋒區北移，中蒙邊界一帶鋒生減少。 （但我國東北地區，這時因常有冷渦存在，渦后強烈的冷平流常在東北及華北地區生成副冷鋒。 ）南方鋒生區 南方鋒生區，在冬半年（105月）位于江南地區，以春季最為活躍，因冷暖空氣逐漸趨于勢均力敵，高空東移低槽增多，地面倒槽容易發展，有利于鋒生。67月間鋒生帶移到長江流域，盛夏北移到華北，9月后逐漸南移。 我國有些地區的鋒生與地形有關。 如天山北坡、南嶺北坡和昆明-貴陽-成都一線的坡地等，都是常見的靜

12、止鋒鋒生區。4.4.2 鋒生的天氣形勢和氣象要素變化（1）天氣形勢 高空溫壓場形勢 地面氣壓形勢（2）氣象要素場的變化）氣象要素場的變化 鋒生在鋒生在變壓場變壓場上有明顯的反映：上有明顯的反映：冷鋒鋒生前，由于冷平流，地面常有明顯的正變壓；冷鋒鋒生前，由于冷平流，地面常有明顯的正變壓；暖鋒鋒生前，有明顯的負變壓。暖鋒鋒生前，有明顯的負變壓。另外，鋒生往往配合有云量增加和云層變厚，另外，鋒生往往配合有云量增加和云層變厚，以及雨區的擴大和發展的以及雨區的擴大和發展的天氣現象天氣現象。東北地區的冷鋒鋒生 東北地區的冷鋒鋒生，天氣形勢和氣象要素有下列變化： 高空有低槽移入，出現明顯的冷平流或冷平流加強

13、。 地面低槽顯著加深，使槽后有較強冷空氣侵入，且天空出現云量810量的密卷云。 原停滯性的大陸高壓突然向東或東南移動，高壓前部3小時正變壓達23hPa，同時偏北風加強。江南地區鋒生 江南地區，鋒生天氣形勢特點為： 500hPa常有高空槽自青藏高原上空東移，700hPa、850hPa圖上都有明顯的切變線，有時表現為一個變形場。南海高壓或高脊往往加強北伸，江南上空出現大片偏南風，暖平流很強。4.4.3 鋒消 中國的鋒消區主要在青藏高原以東 北緯3040度一帶。 該地區常處于東亞大槽后部，又處于高原東側，下沉氣流往往較強，有利于鋒消。鋒消，一般有下列幾種情況：鋒消，一般有下列幾種情況： 與地面鋒線配

14、合的高空槽減弱，地面甚至出現輻散流場，鋒將減弱、消失。 維持鋒面的冷暖平流減弱、消失，鋒也將減弱、消失。如東北地區冷鋒鋒消與冷平流減弱、中斷有關。當冷中心位于低槽的西南或南部時，冷平流較弱甚至出現暖平流，鋒減弱消失。 當地面鋒兩側變壓差減弱或與鋒相聯系的天氣區強度減弱，范圍縮小，都是鋒消的征兆。 氣團變性：鋒在南下過程中由于下墊面的熱力作用，總是引起鋒消。鋒的移動概況： 地區差異，鋒的移速北方比南方快。平均移速，西北35-50km/h，可達100km/h華北30-40km/h，可達90-100km/h華東、中南20km/h華南小于20km/h。 季節差異，冬季最快，其次是春夏秋季。 鋒的移動可

15、以從以下幾方面考慮：1、高空引導氣流 移速與其上空引導氣流（700，500hpa）垂直于地面鋒線的風速成正比。（隨地區和季節有差異，要考慮高空氣流本身的變化。）2、地面氣壓場 低壓槽越淺，移速越大；低壓槽越深，移速越小。 變壓梯度越大，移速越大；變壓梯度越小，移速越小。3、地面地轉風 假定不考慮摩擦影響，可用鋒兩側地轉風垂直于鋒線的風速來估計移速，即當等壓線與鋒的交角越大，等壓線越密，移速越快。4、地面摩擦及地形 地面摩擦：移速減慢，上下層移速不同影響鋒面坡度。 地形：遇高原或山脈阻擋將變慢、變形，如天山靜止鋒、云貴靜止鋒等。復習題 1、氣團的概念及分類。鋒，鋒面，鋒線，鋒區含義是什么？ 2、請寫出冷鋒、暖鋒、錮囚鋒、冷性錮囚鋒、暖性錮囚鋒定義(空間結構及等溫線分布) 3、鋒在空間狀態為什么會隨高度往冷的方向傾斜？ 4、鋒區內等溫線及等位溫線為什么會存在密集帶？ 5、對鋒面坡度公式進行討論 6、請用鋒面坡度公式解釋鋒面附近氣壓分布特征 7、鋒面附近要素場的特征是什么？鋒面附近氣壓場、變壓場、風場特征如何？（以密度零級和一級不連續不連續模擬鋒面） 7