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天气学原理 气团和锋  

2007-09-14 09:27:05|  分类: 天气学教学课件 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 第一节 气团

基本内容

 一、气团的概念;

二、气团的形成和变性的物理过程;

三、气团的分类;

四、影响中国的气团.  

 

 什么是气团?

诗词欣赏——1

惠崇春江晚景   苏轼

  竹外桃花三两枝,春江水暖鸭先知。

  蒌蒿满地芦芽短,正是河豚欲上时。

隐含道理:春天地球表面温度比大气温度先增高

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(诗词欣赏——2) 大林寺桃花    白居易

 

?人间四月芳菲尽,山寺桃花始盛开。

?常恨春归无觅处,不知转入此中来。

 (大林寺位于江西庐山牯岭西)

隐含道理:温度随高度减小,热源必在下方

 

气团的定义:

  在对流层内水平方向上物理属性比较均匀的大块的空气团称为气团。

(?一般指温度、湿度

?水平尺度一般在千公里以上)

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气团的形成条件:性质比较均匀的广阔的下垫面;

环流条件(经常受高压控制);

地理条件

 

气团形成的物理过程

通过大气中各种尺度的运动(湍流、流场、蒸发、辐射等),经过足够的时间,大气取得和下垫面类似的物理属性

 

气团源地

形成气团的,温湿特性比较均匀的地区为气团源地

源地特点:面积足够大,下垫面热力性质比较均匀,受高气压控制的时间多,大陆上气团源地的周围有山地环绕

 

气团变性

气团形成之后,当它移动到另一个新的下垫面的时候,由于下垫面的性质和物理属性都发生了改变,所以,气团的属性也随之发生相应的变化. 气团属性的变化称之为气团的变性。

 

气团分类

?地理分类法:

       可分为四大类:北极气团、极地气团、热带气团、赤道气团;

?热力分类法:

      可分为暖气团、冷气团

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影响中国的气团

中国境内出现的气团多为变性气团;

      冬半年中国通常受极地大陆气团影响,它来源于西伯利亚和蒙古,我们称它为西伯利亚气团;

       夏半年西伯利亚气团在中国长城以北和西北地区活动频繁,它和南方热带海洋气团交绥,是构成中国盛夏南北方地区降水的主要原因。热带大陆气团常影响我国西部地区,受其控制地区出现干旱和酷暑。

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气团季节性强弱变化对中国天气的影响

?春季,西伯利亚气团和热带海洋气团势力相当,是锋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,我国东部出现秋高气爽的宜人天气。

 

海洋对气团和天气的影响

 冷眼向洋看世界,热风吹雨撒江天。

 

思考题:

1、还有哪些事例可说明大气从地面直接得到热量?

2、海洋作为下垫面,在大气热量的供应中充当什么角色?

3、大气中热量的直接来源是地球表面,为什么在太阳光辉的照耀下,我们感到很温暖(夏季很热)?说明理由。

 

第二节 锋的基本特征

 锋的概念和分类

锋面坡度公式

锋面场附近的气象要素场特征

 

相邻不同性质气团之间的过渡区;

 大气中冷、暖气团相遇之后,其中间有一个界面,由于湍流、辐射、分子扩散等作用,形成了一个过渡区,即称为锋,其交界面为锋面

 

锋的空间结构

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锋的分类

热力分类:冷锋、暖锋、准静止锋、锢囚锋

地理分类:冰洋锋、极锋、副热带锋、赤道锋

高度分类:地面锋、高空锋

日常天气图上主要采用第一种分类方法

 

锋面类型介绍

冷锋:锋面在移动的过程中,冷气团起主导作用,推动锋面向暖气团一侧移动,形成冷锋。

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暖锋:锋面在移动的过程中,锋气团起主导的作用,推动冷面向暖气团一侧移动,形成暖锋。

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准静止锋:冷暖气团势力相当,锋面移动很慢,形成准静止锋。

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锢囚锋:暖气团、较冷气团和更冷气团(三种热力性质不同的气团)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,即形成锢囚锋。

锢囚锋又可分三类:冷式锢囚锋、暖式锢囚锋、中型锢囚锋。

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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为不连续面,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。

 

锋面坡度

按动力学边界条件,锋面两边的气压是连续的,根据静力学方程、地转风公式、状态方程有锋面坡度公式:

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 讨论:

1、如果其他因子不变,锋面坡度随纬度增高而增大;

2、锋面坡度与锋两侧温度差成反比;

3、当锋面两侧平行于锋面的地转风速差         时,锋面不存在;

4、锋面坡度是与两气团的风速差成正比而温度差成反比,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;

 

锋面附近气象要素场的特征

 

T场

水平温度梯度大(等温线密集);

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垂直温度梯度小;

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等位温线密集(锋区内,特别大,强稳定层)。

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P场

等压线通过锋面时呈气旋式弯折,且折角指向高压;

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锋线一般位于地面气压槽内。

锋区内等压线(等高线)的气旋式曲率大。

 

变压场

暖锋前负变压明显;

冷锋后正变压明显。

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地面变压与温度平流的关系

冷平流使地面气压增加

暖平流使地面气压减小

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风场

前提:不考虑摩擦,认为满足地转关系;

          锋线附近的风场具有气旋式切变,这种现象在有摩擦的地方更为明显;

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冷式切变

暖式切变

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锢囚锋风场

 

锋区附近风场随高度的变化

从地面向高空,穿越锋面,风随高度快速增大;

从地面向高空,穿越冷锋,风随高度逆时针旋转;

从地面向高空,穿越暖锋,风随高度顺时针旋转

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用单站的风判断高空的有无锋区及锋区的强度

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。

 

 

第三节 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;

§“爬坡”条件;

§高空槽作用;

§温度平流

二、水汽和层结稳定度

 

暖锋天气

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第一型冷锋天气

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第二型冷锋天气

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准静止锋天气

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锢囚锋天气(暖式)

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锢囚锋天气(冷式)

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山坡与锋面对暖空气构成“錮囚”(冷锋);

山坡的存在增大了冷气团对锋面的“抬升”能力(暖锋)

 冬季烟台、日本北海道的强降雪常常与越海冷锋和地形共同作用形成

 

第四节 锋的移动

 锋面移动与变压场的关系

 锋面的移动速度与起附近的变压梯度成正比,与其附近的气压槽的深度成反比;

 

锋面移动与地面风场的关系

不考虑地形,低空温压场结构等其它因素的影响时,锋的移动主要由锋两侧风的分布情况所定,即决定于锋两侧垂直于锋线的风的分量。

锋沿着垂直于锋的气流方向移动。

实际地面图上锋两侧的气流,往往与锋有交角。锋的移动速度与锋两侧垂直于锋的气流强弱和方向有关。

 

高空气流的引导作用

n700hPa和500hPa层上的气流对地面的锋面移动有引导作用,故称此气流为引导气流。地面锋面移动速度与其上空引导气流垂直于地面锋线的分速成正比。锋面移动的经验公式可写成

                        c=av*sinA

   其中a为引导系数,v为引导气流的速度,A引导气流与锋面的交角。

 

我国北方地区700hPa引导系数

                 新疆         东北        河套

     春         1.1            0.8         0.9

     夏         1.1            0.7         0.8

     秋         1.2            0.8         0.8

     冬         1.1            0.8         0.9

 

地面摩擦及地形对锋的影响

地面上运动的锋,受地面摩擦和地形的影响,不仅锋面的运动状态(速度、方向、坡度等)受影响,锋面叠置(锢囚)、锋上垂直运动和天气都受影响。锋面在移动过程中,其移速因地面摩擦而不断变化。

当锋移近和它平行的山脉时,正对山脉的锋段受阻而停滞,形成地形静止锋(如天山、南岭、昆明准静止锋),其两侧的锋段可绕山而过,使整个锋面变成弓形。在地形合适情况下(浙江东部山区),可形成地形静止锋。

 

第五节 锋生和锋消

定义:锋生包括锋的生成和加强,锋消包括锋的减弱和消失。

按锋的定义,锋的两侧水平温度差异显著是锋的热力场最主要的特征。因此研究锋生、锋消时,可以从水平温度梯度随时间的变化入手。     锋生和锋消公式 天气学原理  气团和锋 - 如是 - 如是博客

 F  =   水平运动 f1+ 垂直运动(f2 + 非绝热加热项(f3

  F>0:锋生; F<0:锋消。

 

影响锋生锋消的因素

 

水平运动

若水平气流沿着温度升度方向是辐合的, 当f1>0,有锋生作用。

若水平气流沿着温度升度方向是辐散的,当f1<0,有锋消作用。

有锋生作用并不一定有锋生成,还要求在相当广阔区域内,温度梯度 或速度梯度都不能呈线性分面。

实际工作中,锋生场型式主要有以下三种:

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垂直运动的影响

 

未饱和空气的稳定度决定于干绝热直减率和气温直减率的差值;

饱和空气的稳定度则决定于干绝热直减率和湿空气温直减率的差值。

若大气层结稳定,当有上升运动沿指向暖空气方向加大时,则f2<0,即锋消。

若大气层结不稳定,当有上升运动沿指向暖空气方向加大时,则f2>0,即锋生。

 

 

非绝热加热

 冷空气冷却,暖空气加热最为有利于锋生。非绝热过程的凝结潜热释放多在锋区暖空气一侧,因而有助于锋的生成及加强。

 

中国的主要锋生锋消区

一个是北方锋生区,位于河西走廊到东北一带,

另一个是南方锋生区,位于是华南到长江流域一带。

 北方锋生区上,在冬季,由于这一带经常位于高空脊前槽后,地面反气旋活动频繁而强,所以锋生不多。3月以后,这一带冷空气势力减弱,暖空气势力增强,高空槽活动频繁,锋生逐渐增多。

 南方锋生区,在冬半年(10~5月)位于江南地区,以春季最为活跃,因冷暖空气逐渐趋于势均力敌,高空东移低槽增多,地面倒槽容易发展,有利于锋生。6~7月间移到长江流域,盛夏北移到华北,9月后逐渐南移。

 中国的锋消区主要在青藏高原以东北纬30~40度一带。这是因为该地区常处于东亚大槽后部,又处于高原东侧,下沉气流往往较强,有利于锋消。

 锋生在变压场上有明显的反映,冷锋锋生前,由于冷平流,地面常有明显的正变压 ;在暖流锋生前,却有明显的负变压。另外,锋生往往配合有云量增加和云层变厚,以及雨区的扩大和发展的现象。

 

东北地区的冷锋锋生,天气形势和气象要素有下列变化:

高空有低槽移入,出现明显的冷平流或冷平流加强。

地面低槽显著加深,使槽后有较强冷空气侵入,且天空出现云量8~10份的密卷云。

原停滞性的大陆高压突然向东或东南移动,高压前部3小时正变压达2~3hPa,同时偏北风加强。

 

江南地区,锋生天气形势特点为:

500hPa常有高空槽自青藏高原上空东移,700hPa、850hPa图上都有明显的切变线,有时表现为一个变形场。南海高压或高脊往往加强北伸,江南上空出现大片偏南风,暖平流很强。

 

锋消,一般有下列几种情况:

与地面锋线配合的高空槽减弱,地面甚至出现辐散流场,锋将减弱、消失。

维持锋面的冷暖平流减弱、消失,锋也将减弱、消失。如东北地区冷锋锋消与冷平流减弱、中断有关。当冷中心位于低槽的西南或南部时,冷平流较弱甚至出现暖平流,锋变减弱消失。

当地面锋两侧    差减弱或与锋相联系的天气区强度减弱,范围缩小,都是锋消的征兆。

锋在南下过程中由于下垫面的热力作用,总是引起锋消。

 

(气团与锋)复习思考题

 什么是气团?什么是锋?

气团在什么地方形成?

气团性质的改变是如何发生的?

气团是如何分类的?

锋如何分类?

锋面坡度主要取决于什么因素?

锋的动力学条件和运动学条件

等压面上锋区附近的温度场分布有什么特点?

 等压面图上,锋区附近的高度场一般有什么特征?

地面图上,各种要素(T、P、ΔP3、风场、天气区等)各有什么特征?

如何判断地面图上锋的移动规律?“引导气流”法的实质是什么?

什么是锋生和锋消?如何从天气图上判断锋生和锋消?

尝试在思想中建立锋的生、消、移动以及天气变化的图象

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