气象学基础第六章天气系统.ppt

第六章 天气系统,第一节 天气系统发生发展的背景,天气 一定区域短时段内的大气状态（如冷暖、风雨、干湿、阴晴等）及其变化的总称天气可以理解为天气现象和天气过程的统称 天气系统 引起天气变化和分布的高压、低压和高压脊、低压槽等具有典型特征的大气运动系统,天气系统具有一定的空间尺度和时间尺度,系统：指在时间和空间上可以与其他系统区分开来的一个实体尺度：表征一个系统在空间上的大小，或者在时间上持续的长短通常将大气波动的一个波长或大气涡旋的直径长度作为系统的空间尺度，把系统从生成、发展到衰亡所经历的时间作为系统的时间尺度2000,2000-200,200-2,2,各类天气系统都是在一定的大气环流和地理环境中形成、发展和演变,大气环流指大范围的大气运动状态,大气环流形成的主要因素 1、太阳辐射作用 假设地球表面是光滑的，地球是静止的，仅考虑到地表接收到的太阳能量分布的不均匀，则可用单圈环流模型描述地球表面大气的运动,2、地球自转作用,在自转的地球上运动着的物体都要受到地球自转所产生的地转偏向力的作用,作用在地球表面的空气质点上的力除了重力外，还有气压梯度力、地转偏向力、摩擦力，作曲线运动的物体还受到惯性离心力的影响,气压梯度力 由于气压分布不均匀而产生的力，通常取单位质量的空气作为讨论对象，并把气压梯度存在时，单位质量的空气所受到的力称为气压梯度力。

气压梯度力可以分解为水平气压梯度力和垂直气压梯度力水平气压梯度力是空气产生运动的直接原因和动力地转偏向力 是一个为了在非惯性系中运用牛顿运动定律来解释所观察到的现象而引入的力它只能改变物体运动的方向而不能改变物体运动的速率，在北半球它使运动物体向右边偏，在南半球向左边偏地转偏向力图示,摩擦力 两个相互接触的物体作相对运动时，接触面之间所产生的一种阻碍物体运动的力惯性离心力 是物体做曲线运动时所产生的，也是一个假想力,3、地表性质作用,,,天气系统就是在一定的大气环流和地理环境中形成的、发展和演变着，都反映着一定地区的环境特征极区及其周围终年覆盖着冰雪，空气干燥、寒冷，这一特有的地理环境成为极区低空冷高压和高空极涡、低槽发展的背景条件,赤道和低纬度地区终年高温、潮湿，大气处于不稳定状态，湿对流性天气系统产生、发展的必要条件,中纬度地区是冷、暖气流经常交绥地带，冷暖气团你来我往交替频繁，是锋面、气旋系统得以形成、发展的重要条件,第二节 气团和锋,一、气团,气象要素（主要指温度、湿度和大气静力稳定度）在水平分布上比较均匀的大范围空气团其水平范围从几百千米到几千千米，垂直范围可达几千米到十几千米。

同一气团内的温度水平梯度一般小于1－2℃/100㎞，垂直稳定度及天气现象也都变化不大一）气团的源地,气团的源地是指最初形成气团的地域 气团的形成是大范围空气取得比较均匀的热力属性的过程气团形成的条件,1、要有范围广阔、地表性质比较均一的下垫面；如辽阔的海洋、无垠的大沙漠、冰雪覆盖的大陆和极区等等都可成为气团形成的源地原因：地球所获得的热量来源于太阳辐射，但大气所获得的热量和水分却主要来自于下垫面，下垫面的性质决定着气团的属性2、还必须有使大范围空气能较长时间停留在均匀的下垫面上的环流条件，以使空气能有充分时间和下垫面交换热量和水汽，取得和下垫面相近的物理特性比如缓行的高压（反气旋）系统（高纬度地区的准静止冷高压和副热带高压等），在其控制的区域不仅能使空气有充足的时间同下垫面进行热量和水分交换，以获得下垫面属性，而且高压中的低空辐散流场利于空气温度、湿度的水平梯度减小，趋势于均匀化，形成气团形成的环流条件气团形成的过程：在具备条件的情况下，主要通过大气中各种尺度的湍流、大范围系统性垂直运动以及蒸发、凝结和辐射等动力、热力过程而与地表间进行水汽和热量交换二）气团的变性,气团由源地移行到另一个新的地区时，由于下垫面性质以及物理过程的改变，气团的属性也随之发生相应的变化，这种气团原有物理属性的改变过程称为气团的变性。

通过湍流、大范围垂直运动和蒸发、凝结、辐射等物理过程来实现气团变性的快慢和变性程度的大小，取决于流经地区下垫面性质和气团源地下垫面性质差异的大小，离开源地的时间长短以及空气运动状态的变化等思考题：冷气团更容易变性还是暖气团？干气团变湿容易还是湿气团变干容易？,（三）气团的分类,1、地理分类法 根据气团源地的地理位置和下垫面性质进行分类,地理分类法的优点是能够直接从气团源地了解气团的主要特征，它不易区分相邻的两气团的属性，也无法表示气团离开源地后的属性变化三）气团的分类,2、根据气团源地的地理位置和下垫面性质进行分类 气团可以分为冷气团和暖气团两种类型凡是气团向着比它暖的下垫面移动时，即气团温度高于下垫面的温度称为暖气团；相反，凡是向着比它冷的下垫面移动时，即气团温度低于流经地区下垫面温度，称为冷气团四）影响中国的气团,二、锋,锋是冷暖气团相交绥的地带，是温带地区常见的天气系统一）锋的概念,锋具有一定的厚度并在空间呈倾斜状态，随高度它总是向冷气团一侧倾斜锋的下方为冷气团，上方为暖气团靠近冷气团一侧的界面叫下界，靠近暖气团一侧的界面叫上界二）锋的分类,根据锋在移动过程中冷、暖气团所占的主次地位，可将锋分为冷锋（cold front）、暖锋（worm front）、准静止锋（stationary front）和锢囚锋（occluded front）四种类型。

1）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，这种锋面称为冷锋2）暖锋 锋面在移动的过程中，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3）准静止锋 当冷暖气团势力相当，锋面移动很慢时，称为准静止锋4）锢囚锋 冷气团、暖气团、更冷气团（三种性质不同的气团）相遇时先构成个锋面，然后其中一个锋面追赶上另一个锋面，即形成锢囚锋三）锋面天气,1、暖锋天气,暖锋是向冷气团向移动的，在它移动的过程中，暖空气一方面向冷空气方向移动，另一方面又沿锋面缓慢向上滑行，滑行的过程中，当升到凝结高度后在锋面上产生云系如果暖空气是层结稳定的，在地面锋线的最前缘是卷云、以后依次是卷层云、高层云、雨层云这个云系沿着整个锋面可连绵数百公里，离地面锋线越近，云层越低且厚度越厚，云顶可达6千米以上降水发生在雨层云中内，一般多属于连续性降水，降水的宽度约为300～400公里，降水区一般处于锋前由于从锋面上降落的雨滴蒸发使空气饱和，加上低层辐合、湍流混合作用，在锋下靠近地面锋线的冷空气里，常产生层云、碎层云、碎积云当空气中的饱和层到达地面时，可形成锋面雾2、冷锋天气,一型冷锋（缓行冷锋）移动缓慢，锋面坡度较小（在1/100左右），其天气模式见图5.10。

由于暖空气沿着冷空气楔向上滑升，所以主要云系和暖锋大体相似，只是云雨区在地面锋线后面，且云系排列次序与暖锋相反由于此型冷锋坡度通常比暖锋大，所以云区和降水区比暖锋窄且多为连续性降水但当锋前的暖气团不稳定时，在地面锋线的附近也常出现积雨云和雷阵雨天气这类冷锋是影响中国天气的重要天气系统之一，一般由西北向东南移动二型冷锋（急行冷锋）移动快，坡度大（1/40—1/80），其天气模式见图5.11冷锋后的冷气团势力强，移动快，猛烈地冲击着暖空气，使暖空气急速上升，形成范围较窄、沿锋线排列很长的积状云，产生对流性降水天气3、准静止锋天气,准静止锋天气一般分为两类，一类是云系发展在锋上并有降水，例如我国的华南准静止锋,另一类是主要云系发展在锋下，并无明显降水的准静止锋，例如昆明准静止锋,,,,,,,,,,,,,,,,冷空气,暖空气,4、锢囚锋天气,第三节 气旋和反气旋,一、气旋和反气旋概述,气旋是占有三度空间的在同一高度上中心气压比四周低的水平涡旋（从流场特征命名），又称为低压（从气压场特征命名）在北半球，空气做逆时针方向旋转；南半球则相反反气旋是占有三度空间的在同一高度上中心气压比周围气压高的水平涡旋，又称为高压（从气压场特征命名） 。

在北半球，空气做顺时针方向旋转，南半球则相反气旋和反气旋的空间尺度：以地面天气图上最外围一条闭合等压线的直径来确定 气旋的直径平均为1000公里左右，大的可达3000公里，小的只有200公里或更小些 反气旋的水平尺度比气旋的要大得多大的反气旋可以和最大的大陆或海洋相比拟，小的反气旋其直径也可达数百公里气旋和反气旋的空间尺度,2003年8月31日天气图,气旋和反气旋的强度一般用其中心气压值来表示气旋中心气压值愈低，气旋愈强；反之，气旋愈弱反气旋中心气压值愈高，反气旋愈强；反之，反气旋愈弱 地面气旋的中心气压值一般在970～1010百帕之间发展得十分强大的气旋，中心气压值可低于935百帕强台风中心气压值可低达870百帕地面反气旋中心气压值一般在1020～1030百帕冬季，东亚大陆上的反气旋中心气压值可达1040百帕，最高的曾达到1083.8百帕气象和反气旋强度的表示,气旋和反气旋的强度也有用其最大风速来表示的在强的气旋中，中心附近的最大风速可达30米秒以上，强台风中心极大风速曾达到110米/秒在强的反气旋边缘地面最大的风速可达20～30米/秒气象和反气旋强度的表示,当气旋中心气压随时间降低时，称气旋加深或发展，当气旋中心气压随时间升高时，称气旋减弱或填塞。

当反气旋中心气压随时间升高时，称反气旋加强或发展；当反气旋中心气压随时间降低时，称反气旋减弱气旋和反气旋随时间的变化,气旋按发生的地区分温带气旋和热带气旋，反气旋分极地反气旋、温带反气旋和副热带反气旋 按照内部热力结构，气旋可以分为锋面气旋和无锋面气旋；反气旋可以分为冷性反气旋和暖性反气旋 锋面气旋：在气旋中有锋面，温度是不对称的无锋面气旋：在气旋中没有锋面，如热低压、热带气旋、高空冷涡等气旋和反气旋的分类,二、温带气旋,指具有锋面结构的低压，因而又称为锋面气旋，它主要活动于中高纬度，在我国主要发生在长江中下游及其以北地区 其水平尺度大的可达1000～2000公里，小的只有几百公里中心气压一般在1000百帕左右，强的中心气压可降到980百帕以下，弱的中心气压可达1010百帕以上一）温带气旋的发生和发展,第一种类型主要形成于高空槽前的准静止锋或缓慢移动的冷锋上，这类气旋称为第一类（A类）气旋,第二种类型是由地面弱低压（或倒槽）与高空槽相遇并在高空槽的引导下，地面低压得到发展并产生气旋，这样发展起来的锋面气旋成为第二类（B类）气旋根据锋面气旋形成过程中各个阶段不同的温压场结构特点，可以将锋面气旋的形成过程分为四个阶段。

1）初生阶段：从发生波动到绘出第一根闭合等压线为止的整个阶段，称为锋面气旋的初生阶段高空锋区呈波状，温度槽落后于高度槽，而且高空槽位于地面气旋中心的后方，即地面气旋位于高空槽前脊后气旋的前部，高空有暖平流，后部有冷平流2）成熟阶段：有时也称为青年气旋阶段，指初生气旋发展到地面气旋出现一跟以上的闭合等压线时，称为青年气旋高空槽明显加深，振幅加大，但还没有出现闭合环流等温线出现冷舌和暖脊，温度槽仍落后于高度槽，但两者比前一阶段有所接近地面气旋仍处于高空槽前，气旋前部的暖平流和气旋后部的冷平流都很强，所以地面气旋的中心气压进一步降低3）锢囚气旋阶段：从地面冷锋追上暖锋形成锢囚锋开始，称为锢囚气旋阶段高空槽进一步发展达到最大程度，出现闭合中心，闭合的低压环流从地面一直伸展到500百帕高空，高低空中心轴线已接近垂直4）消亡阶段：锋面气旋进入消亡阶段以后，气旋就逐渐与锋面脱离，成为一个冷涡，环流减弱，气压升高、范围扩大，云雨随之减少高空的温压场近于重合，成为一个深厚的冷低压二）锋面气旋的结构和天气,当锋面气旋的前部（东部）通过时，常出现气压下降，温度升高，天气回暖，有阵雨或暴雨，多刮较大的偏南风；它的后部（西部）经过时，气压上。