1、第二章 氣團與鋒 一、氣團的概念一、氣團的概念1.定義：氣象要素分布比較定義：氣象要素分布比較均勻均勻的的大范圍大范圍的空的空氣團。氣團。 2.尺度：水平方向數千公里，垂直范圍可達幾尺度：水平方向數千公里，垂直范圍可達幾公里到十幾公里，公里到十幾公里，3.氣團控制的天氣：氣團控制的天氣：水平方向：天氣現象基本相同，溫濕分布均水平方向：天氣現象基本相同，溫濕分布均勻；勻；垂直方向：氣象要素分布相同（包括穩定度）垂直方向：氣象要素分布相同（包括穩定度）二、氣團形成與變性二、氣團形成與變性1.氣團的形成氣團的形成下墊面性質均勻的廣闊的地球表面（大沙漠、下墊面性質均勻的廣闊的地球表面（大沙漠、大平原、

2、大洋、冰障覆蓋），為氣團源地。大平原、大洋、冰障覆蓋），為氣團源地。穩定的環流（下沉輻散，如較少移動的反氣穩定的環流（下沉輻散，如較少移動的反氣旋）旋）2.形成方式：各種尺度的湍流、系統性垂直運形成方式：各種尺度的湍流、系統性垂直運動、蒸發、凝結和輻射等物理過程動、蒸發、凝結和輻射等物理過程3.氣團變性氣團變性: 氣團的物理屬性逐漸發生變化氣團的物理屬性逐漸發生變化不同氣團，其變性的快慢是不同的，變性的快慢和它所經下墊面性質與氣團性質差異的大小有關。冷氣團移到暖的地區變性較快。冷氣團移到暖的地區變性較快。原因：冷氣團低層變暖，趨于不穩定，亂流對流容易發展，能很快地將低層的熱量傳到上層暖氣團移到

3、冷的地區則變冷較慢。暖氣團移到冷的地區則變冷較慢。原因：低層變冷趨于穩定，亂流和對流不易發展，其冷卻過程主要靠輻射作用進行。大陸移入海洋的氣團容易取得蒸發的水汽而變濕，而從海洋移到大陸的氣團，則要通過凝結及降水過程才能變干，所以氣團的變干過程比較緩慢。三三.氣團的分類氣團的分類1 地理分類北極氣團（冰洋氣團）極地氣團：分大陸性和海洋性熱帶氣團：分大陸性和海洋性赤道氣團2 熱力分類冷氣團：當氣團向著比它暖的下墊面移動時稱為冷氣團暖氣團：當氣團向著比它冷的下墊面移動時稱為暖氣團四、我國境內的氣團活動與天氣四、我國境內的氣團活動與天氣冬季：極地大陸氣團(西伯利亞氣團)和熱帶海洋氣團、北極氣團，華南有

4、熱帶海洋氣團夏季：西伯利亞氣團、熱帶海洋氣團、熱帶大陸氣團、赤道氣團春季：西伯利亞氣團、熱帶海洋氣團秋季：西伯利亞氣團主導，秋高氣爽、熱帶海洋氣團鋒面和氣旋是中緯度最典型的兩類天氣系統，中緯度許多天氣現象與鋒面和氣旋有關。鋒面是天氣學中最經典的概念之一，也是最重要的中緯度天氣系統之一。鋒鋒區鋒面鋒線一、鋒的概念一、鋒的概念1、鋒、鋒冷暖氣團相遇，存在一個狹窄的過渡帶，此過渡帶隨高度冷暖氣團相遇，存在一個狹窄的過渡帶，此過渡帶隨高度向冷區傾斜，稱此過渡帶為鋒。向冷區傾斜，稱此過渡帶為鋒。2、鋒面、鋒面 在近地面層中過渡帶寬約數十公里，在高層可達在近地面層中過渡帶寬約數十公里，在高層可達200-4

5、00公公 里。寬度與其水平長度相比里。寬度與其水平長度相比(長達數百長達數百-數千公里數千公里)是是很小的。人們常把它近似地看成一個面，即很小的。人們常把它近似地看成一個面，即鋒面鋒面。 靠近暖氣團一側的界面叫靠近暖氣團一側的界面叫鋒的上界鋒的上界，靠近冷氣團一側，靠近冷氣團一側的界面叫的界面叫鋒的下界鋒的下界。 上界和下界的水平距離稱為上界和下界的水平距離稱為鋒的寬度鋒的寬度。3、鋒區、鋒區： 鋒面與空中某一平面相交的區域稱為鋒面與空中某一平面相交的區域稱為鋒區鋒區(上界和下上界和下界之間的區域界之間的區域)。4、鋒線：、鋒線：鋒面與地面的交線。鋒面與地面的交線。)()(NLgNNgLLgV

6、Vftg馬古列斯鋒面坡度公式TVTgfVgfTVTgftggmgmgm1 其他條件不變，鋒面坡度隨緯度增高而增大，其他條件不變，鋒面坡度隨緯度增高而增大，隨緯度的減小而減小，赤道隨緯度的減小而減小，赤道=0，無鋒面存在。，無鋒面存在。2 鋒面坡度與鋒兩側的溫差成反比。鋒面坡度與鋒兩側的溫差成反比。 鋒面坡度與鋒兩側的風速差成正比。鋒面坡度與鋒兩側的風速差成正比。 鋒面坡度與鋒兩側的平均溫度成正比。鋒面坡度與鋒兩側的平均溫度成正比。 鋒存在時，兩側平行于它的地轉風風速應具有鋒存在時，兩側平行于它的地轉風風速應具有氣旋式切變。氣旋式切變。6 鋒附近氣流曲率很大時應用梯度風公式，即氣鋒附近氣流曲率很

7、大時應用梯度風公式，即氣旋曲率越大的氣流中鋒面平衡坡度越大。旋曲率越大的氣流中鋒面平衡坡度越大。TVTgfVgfTVTgftggmgmgm討論：討論：三、鋒的分類三、鋒的分類第一種分類法：按照鋒面移動過程中冷暖氣團的第一種分類法：按照鋒面移動過程中冷暖氣團的主次地位決定：主次地位決定：冷鋒、暖鋒、靜止鋒、錮囚鋒冷鋒、暖鋒、靜止鋒、錮囚鋒第二種分類法：按鋒的伸展高度分類第二種分類法：按鋒的伸展高度分類對流層鋒、地面鋒、高空鋒對流層鋒、地面鋒、高空鋒第三種分類法第三種分類法按氣團的不同地理類型分類：按氣團的不同地理類型分類：冰洋鋒（北極鋒）、極鋒、副熱帶鋒冰洋鋒（北極鋒）、極鋒、副熱帶鋒鋒的類型冷

8、鋒：鋒面在移動過程中，鋒面在移動過程中，冷氣團起主導作用，推冷氣團起主導作用，推動鋒面向暖氣團一側運動鋒面向暖氣團一側運動動地面地面三維三維暖鋒：鋒面在移動過程中，鋒面在移動過程中，暖氣團起主導作用，推暖氣團起主導作用，推動鋒面向冷氣團一側運動鋒面向冷氣團一側運動動地面地面三維三維靜止鋒：冷暖氣團勢力相冷暖氣團勢力相當，鋒面移動很少當，鋒面移動很少錮囚鋒：暖氣團、較冷氣團、更冷氣團相遇時先構成兩個鋒面，然后其中一個追上另一個鋒面即形成錮囚。abcA冷式錮囚鋒B暖式錮囚鋒C中性錮囚鋒xy面內紅色的實線為高面內紅色的實線為高層等溫線層等溫線一、鋒面附近溫度場的特征1、水平溫度場特征、水平溫度場特征

9、地面圖：地面圖： 鋒附近溫度水平梯度大，平均約鋒附近溫度水平梯度大，平均約5-6 /100公里公里高空圖高空圖 高空鋒區為等溫線的密集帶，該密集帶向冷區傾斜，高空鋒區為等溫線的密集帶，該密集帶向冷區傾斜，與地面鋒線平行。錮囚鋒在高空圖上有暖舌，暖舌與地面鋒線平行。錮囚鋒在高空圖上有暖舌，暖舌兩側等溫線密集。兩側等溫線密集。應用：根據高空圖鋒區內等溫線密集度確定鋒區強度、應用：根據高空圖鋒區內等溫線密集度確定鋒區強度、地面鋒線位置，等壓面上冷暖平流確定鋒的類型地面鋒線位置，等壓面上冷暖平流確定鋒的類型高空鋒區高空鋒區高空鋒區鋒面有坡度2 垂直方向 ：鋒區內溫度垂直梯度小，逆溫、等溫或遞減率小，兩

10、側氣團內溫度隨高度遞減冷暖氣團溫差越大，鋒面逆溫越強或過渡區越窄，通過鋒區時等溫線彎折越厲害 鋒附近的位溫特征 位溫隨高度增大的快，鋒區水平等位溫線密集 見圖（2.6）)(:ln)1000(dhphhhCARTzzppcARTTpTp求求，取微商，兩邊求二、以密度的零級不連續模擬鋒面時，二、以密度的零級不連續模擬鋒面時，鋒面附近風場氣壓場和變壓場的特征鋒面附近風場氣壓場和變壓場的特征鋒面有坡度、氣象要素有突變：溫度、鋒面有坡度、氣象要素有突變：溫度、氣壓、風、鋒面附近天氣變化劇烈氣壓、風、鋒面附近天氣變化劇烈 氣壓場特征氣壓場特征 鋒面兩側氣壓連續，密度不連續，鋒面兩側氣壓連續，密度不連續，氣

11、壓梯度不連續：冷氣團中氣壓梯氣壓梯度不連續：冷氣團中氣壓梯度大于暖氣團中氣壓梯度度大于暖氣團中氣壓梯度 應用：等壓線過鋒面有氣旋性彎曲，應用：等壓線過鋒面有氣旋性彎曲，鋒面處等壓線有折角，指向高壓鋒面處等壓線有折角，指向高壓 氣壓場3 變壓場特征變壓場特征 變壓場是某一位面，空間各點氣壓隨時間的變壓場是某一位面，空間各點氣壓隨時間的變化變化 冷鋒、暖鋒均是鋒前變壓代數值小于鋒后變冷鋒、暖鋒均是鋒前變壓代數值小于鋒后變壓代數值壓代數值 暖鋒前地面減壓暖鋒前地面減壓 冷鋒后地面加壓冷鋒后地面加壓 冷鋒前暖鋒后，靜止鋒附近：變壓不明顯冷鋒前暖鋒后，靜止鋒附近：變壓不明顯l假設條件：l鋒面是密度零級不

12、連續面，PL=PN) 2() 1 (CVtdtdVtdtd（）（移動坐標系：）（固定坐標系：移固l所以：（1）右端=（2）右端l得移動坐標系與固定坐標系的關系為：Ctt移固）（）因：（dtddtd0 xCtPtPNL)()(0)(xPxPCPPtPPtNLxNLNL暖鋒情況下而xPxPNL因此有即暖鋒前變壓代數值小于暖鋒后變壓代數值同理有冷鋒前變壓代數值小于冷鋒后變壓代數值氣壓傾向方程00)()(0zyvxugzyvxugtPz地面以上整個氣柱中密度平流（熱力因子）地面以上整個氣柱中速度水平散度總和（動力因子）在平坦的地面上垂直速度為零時，地面氣壓變化在平坦的地面上垂直速度為零時，地面氣壓變化

13、由熱力因子和動力因子造成：由熱力因子和動力因子造成： 暖鋒前地面減壓（暖平流）暖鋒前地面減壓（暖平流） 冷鋒后地面加壓（冷平流）冷鋒后地面加壓（冷平流） 冷鋒前暖鋒后，靜止鋒附近：變壓不明顯冷鋒前暖鋒后，靜止鋒附近：變壓不明顯 散度總和輻散則地面氣壓下降散度總和輻散則地面氣壓下降 散度總和輻合則地面氣壓上升散度總和輻合則地面氣壓上升3 風場特征風場特征水平：水平： 鋒線附近風場具有氣旋性切變，鋒線附近風場具有氣旋性切變， 地面摩擦作用可使這種氣旋式切變更加地面摩擦作用可使這種氣旋式切變更加明顯，并導致鋒線附近強的風場輻合明顯，并導致鋒線附近強的風場輻合垂直：暖鋒附近風向隨高度順轉垂直：暖鋒附近

14、風向隨高度順轉 冷鋒附近風向隨高度逆轉冷鋒附近風向隨高度逆轉三、以密度一級不連續模擬鋒面，鋒面坡度與其附近的氣壓場、風場和變壓場特征1.鋒面坡度公式由密度一級不連續，則有2222xPxPxPxPxPPPxxxNLFNLNLFNLLNFxxxPxPgtgxxxPxPgtgFLFLLNFNFN2222222211鋒區存在，鋒區附近密度一級不連續，氣壓二級不連續2.密度一級不連續模擬鋒面，鋒面附近氣壓場和風場特征氣壓場：鋒區內等壓線氣旋式曲率比鋒區外大得多，反氣旋式曲率比鋒區外小得多風場：鋒區中溫度水平梯度大于兩側，鋒區中熱成風比鋒區外大得多風隨高度順轉，暖平流最強且熱成風最大高度為高空暖鋒區；風隨

15、高度逆轉，冷平流最強且熱成風最大高度為高空冷鋒區；熱成風很大而無明顯平流，可能是靜止鋒變壓場特征：變壓梯度不連續，變壓風也不連續；地面鋒區中，等變壓線密集，鋒區外，等變壓線稀疏，變壓值比較小四、鋒附近濕度場特征：一般 暖空氣 濕度大，露點高 冷空氣 濕度小，露點低五、鋒面天氣：指鋒附近的云和降水1.鋒附近引起垂直運動（上升運動）的因子地面摩擦輻合上升鋒場移動過程中的抬升、滑升抬升高空槽前后系統性上升下降冷暖平流引起的上升下降2 暖鋒附近垂直運動情況暖鋒附近地面處在氣旋中，風向輻合上升暖鋒附近暖濕氣流沿暖界面滑升運動暖鋒對應處在槽前脊后有系統性上升暖鋒上空對應暖平流上升運動強3 冷鋒附近垂直運動

16、情況一型冷鋒（槽前對應冷鋒） 冷鋒附近地面處在氣旋中，風向輻合上升 冷鋒附近暖界面上的暖濕氣流被迫抬升 冷鋒對應處在高空槽前有系統性上升 a. 冷鋒上空對應弱冷平流引起下沉運動 降水落在冷鋒后到冷空氣邊界，穩定 二型冷鋒（ 槽后對應冷鋒） 近地面摩擦輻合 暖濕氣流被迫抬升 高空槽后有系統性下降 強冷平流引起下沉運動 降水區處于鋒前到鋒線，且不穩定一型冷鋒與二型冷鋒的區別 a 位置：一型在槽前，二型在槽后 b 降水區不同：一型在鋒后，二型在鋒前c 高層冷平流強弱不同：一型弱，二型強 d. 降水穩定性不同：一型穩定，二型不穩定 鋒面在高空槽前，多穩定性天氣。移動緩慢，鋒面坡度不大（約1/100），

17、鋒后冷空氣迫使暖空氣沿鋒面平穩地上升，當暖空氣比較穩定，水汽比較充沛時，會形成與暖鋒相似的范圍比較廣闊的層狀云系，只是云系出現在鋒線后面，而且云系的分布次序與暖鋒云系相反，降水性質與暖鋒相似，在鋒線附近降水區內還常有層積云、碎雨云形成。降水區出現在鋒后，多為穩定性降水。如果鋒前暖空氣不穩定時，在地面鋒線附近也常出現積雨云和雷陣雨天氣。夏季，在我國西北、華北等地，以及冬季在我國南方地區出現的冷鋒天氣多屬這一類型。 鋒面在高空槽后或槽線附近，移動快、坡度大(1/40-1/80)的冷鋒。鋒后冷空氣移動速度遠較暖氣團為快，它沖擊暖氣團并迫使產生強烈上升。而在高層，因暖氣團移速大于冷空氣，出現暖空氣沿鋒

18、面下滑現象，更加強了鋒線附近的上升運動和高空鋒區上的下沉運動。夏季，地面鋒線附近，一般會產生強烈發展的積雨云，出現雷暴、甚至冰雹、颮線等對流性不穩定天氣。高層鋒面上，往往沒有云形成。第二型冷鋒云系呈現出沿著鋒線排列的狹長的積狀云帶，好似一道寬度約有十公里，高達十多公里的云堤。在地面鋒線前方也常常出現高層云、高積云、積云。冷鋒過境時，往往烏云翻滾，狂風大作，電閃雷鳴，大雨傾盆，氣象要素發生劇變。這種天氣歷時短暫，鋒線過后，天空豁然晴朗。在冬季，由于暖氣團濕度較小，氣溫不可能發展成強烈不穩定天氣，只在鋒線前方出現卷云、卷層云、高層云、雨層云等云系。當水汽充足時，地面鋒線附近可能有很厚、很低的云層，

19、和寬度不大的連續性降水。地面鋒過境后，云層很快消失，風速增大，并常出現大風。在干旱的季節，空氣濕度小，地面干燥、裸露，還會有沙暴天氣。這種冷鋒天氣多出現在我國北方的冬、春季節暖鋒的坡度很小，約為1/150。暖空氣一般含有比較多的水汽，主動上升前進，在冷氣團之上慢慢地向上滑升可以達到很高的高度，暖空氣在上升過程中絕熱冷卻，達到凝結高度后，在鋒面上便產生云系。當暖空氣滑升的高度足夠高，水汽又比較充沛時，暖鋒上常常出現廣闊的、系統的層狀云系。云系序列為：卷云(Ci)，卷層云(Cs)，高層云(As)，雨層云(Ns)。云層的厚度視暖空氣上升的高度而異，一般情況下可達幾公里，厚者可達對流層頂，而且愈接近地

20、面鋒線云層愈厚。暖鋒降水主要發生在雨層云內，是連續性降水，降水寬度隨鋒面坡度大小而有變化，一般約300-400公里。暖鋒云系有時因為空氣濕度和垂直速度分布不均勻而造成不連續，可能出現幾十公里，甚至幾百公里的無云空隙暖鋒下的冷氣團中，空氣比較潮濕，在氣流輻合作用和湍流作用下，常產生層積云和積云。如果從鋒上暖空氣中降下的雨滴在冷氣團內發生蒸發，使冷氣團中水汽含量增多，達到飽和時，會產生碎積云和碎層云。如果這種飽和凝結現象出現在鋒線附近的地面層時，將形成鋒面霧。以上是暖鋒天氣的一般情況，但是在夏季暖空氣不穩定時，也可能出現積雨云、雷雨等陣性降水。在春季暖氣團中水汽含量很少時，則僅僅出現一些高云，很少

21、有降水。 明顯的暖鋒在我國出現得較少，大多伴隨著氣旋出現。春秋季一般出現在江淮流域和東北地區，夏季多出現在黃河流域。準靜止鋒與連陰雨準靜止鋒與連陰雨很少移動或移動緩慢的鋒叫準靜止鋒。它的兩側冷暖氣團往往形成對峙狀態，暖氣團前進，為冷氣團所阻，暖氣團被迫沿鋒面上滑，情況與暖鋒類似，出現的云系與暖鋒云系大致相同。由于準靜止鋒的坡度比暖鋒還小，沿鋒面上滑的暖空氣可以伸展到距離鋒線很遠的地方，所以云區和降水區比暖鋒更為寬廣。但是降水強度小，持續時間長，可能造成霞雨霏霏、連日不開的連陰雨天氣。準靜止鋒天氣一般分為兩類一類是云系發展在鋒上，有明顯的降水。例如，我國華南準靜止鋒，大多是由于冷鋒減弱演變而成，

22、天氣和第一型冷鋒相似，鋒面坡度更小，云區、降水區更為寬廣，其降水區并不限于鋒線地區，可延伸到鋒面后很大的范圍內，降水強度比較小，為連續性降水。由于準靜止鋒移動緩慢，并常常來回擺動，使陰雨天氣持續時間長達10天至半個月，甚至一個月以上，“清明時節雨紛紛”就是江南地區這種天氣的寫照。直至該準靜止鋒轉為冷鋒或暖鋒移出該地區或鋒消失以后，天氣才能轉睛。初夏時，如果暖氣團濕度增大，低層升溫，氣層可能呈現不穩定狀態，鋒上也可能形成積雨云和雷陣雨天氣另一類是主要云系發展在鋒下，并無明顯降水的準靜止鋒，例如昆明準靜止鋒，它是南下冷空氣為山所阻而呈靜止狀態，鋒上暖空氣干燥而且滑升緩慢，產生不了大規模云系和降水，

23、而鋒下的冷空氣沿山坡滑升和湍流混合作用，在鋒下可形成不太厚的雨層云，并常伴有連續性降水。我國準靜止鋒主要出現在華南、西南和天山北側，出現時間多在冬半年，對這些地區及其附近天氣的影響很大。準靜止鋒云系有明顯降水無明顯降水 鋒面天氣的輸送帶模式 輸送帶是指以天氣系統為坐標系的相對氣流，它們是系統內產生云和雨區的主要氣流。 分為暖輸送帶：向后上滑暖輸送帶 向前上滑暖輸送帶 冷輸送帶歷史連續性原則結合高空鋒區：鋒隨高度向冷區傾斜，地面鋒線位于高空等壓面上等溫線相對密集區的偏暖一側，據冷暖平流確定鋒的性質分析地面天氣圖上各氣象要素以確定鋒的位置應用衛星云圖；應用其他資料一、鋒生、鋒消概念鋒生：指密度不連

24、續性形成的一種過程或指已經有的一條鋒面，其溫度或位溫水平梯度加大的過程。鋒消：指作用相反的過程。二、鋒生函數1.鋒生帶的概念在等壓面圖上，某一帶有一組等溫線，其水平升度為 ，假如大氣運動使 沿這一帶（線）比其他部分增大得更迅速，則這個線（帶）稱為鋒生線（帶），這種使 增大的過程稱為鋒生過程。鋒生線必須是物質線。2.鋒生函數的推導nTTnnTnT)(nTdtdF F0表示有鋒生作用，溫度水平梯度加大F0表示有鋒消作用，溫度水平梯度減小鋒面生成條件鋒面消失條件個別鋒生函數0, 0, 022nFnFF0, 0, 022nFnFFnwnVTdtdQnCFdnnp)()(1nTdtdFnwnTnVdtd

25、Tnn1.非絕熱加熱項(F1)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。F2(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）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F3（水平輻合輻散項）:0nVnnVTFnn10nVn當 ，即沿溫度升度方向，水