大气科学概论-第四讲(气团和锋面).

大气科学概论课程内容第一讲概述第二讲大气的基本知识第三讲大气运动的基本规律第四讲关于气团和锋的介绍第五讲气旋与反气旋（热带气旋）第六讲海气相互作用的产物——厄尔尼诺第七讲天气预报简介第八讲气候变化与全球变暖第一节气团第二节锋和锋生的概念第三节锋面坡度第四节锋面天气第四讲关于气团和锋的介绍气团是指气象要素（主要指温度和湿度）水平分布比较均匀的大范围的空气团。在同一气团中，各地气象要素的垂直分布（稳定度）几乎相同，天气现象也大致一样。水平尺度可达几千公里，垂直范围可达几公里到十几公里，常常从地面伸展到对流层顶。第一节气团一、气团的概念能使大块空气获得比较均匀的物理属性的地区。必须具备大范围的性质比较均匀的下垫面和适合的流场等条件。如海洋，沙漠或冰雪覆盖的地区气团的形成是通过大气与下垫面之间的热量和水汽的交换过程及大气本身对于热量和水汽的内部调节而实现的。二、气团的源地冬季亚洲北部的西伯利亚和蒙古地区例如：干、冷的气团我国东南部的广大海洋暖、湿的气团南方的暖气团与北方的冷气团1.辐射大气本身的长波辐射，冷却率甚低，不易构成气团形成条件。但地表为冰雪时，因地表与低层大气的辐射热交换，辐射对北极气团影响大。辐射对除北极气团以外的气团形成作用甚微。三、气团形成的物理过程把近地面的热量和水汽，扩展到高层，使深厚的气层都受到下垫面的影响。低纬地区：温度高、湿度大、气层不稳定，乱流和对流易于发展。乱流和对流对低纬度气团的形成作用突出。2.乱流和对流蒸发和凝结是空气与下垫面、空气与空气交换水分和热量的重要方式。直接影响大气的湿度特征，间接影响大气的温度和稳定度。蒸发和凝结对大陆气团变为海洋气团以及热带气团作用大。3.蒸发和凝结大范围的下沉运动→气团温度升高→稳定干燥的气层更稳定；大范围的上升运动→气团温度降低→原来稳定未饱和的气层变得不稳定。下沉增温对于干冷空气变为暖气团起着重要作用。4.大范围的垂直运动气团离开源地移至与源地性质不同的下垫面时，气团的物理属性发生变化，称为气团变性。四、气团的变性1、地理分类法（见下表）2、热力分类法冷气团：气团向比它暖的下垫面移动，所经之处温度下降暖气团：气团向比它冷的下垫面移动，所经之处温度升高冷暖气团是相对而言的，他们之间可以相互转换，其过程就是气团变性的过程。五、气团的分类气团的地理分类Maritimetropical(mT)airContinentaltropical(cT)airContinentalpolar(cP)airContinentalarcticair(cA)ContinentalAntarctic(cAA)airMaritimepolar(mP)airairmasssourceregions冬半年西伯利亚气团干冷天气北极气团寒潮天气夏半年南方热带海洋气团区域性降水天气热带大陆气团干旱和酷暑天气赤道（季风）气团长江以南大量降水天气六、我国境内的气团与气团天气我国冬季的气团活动我国夏季的气团活动第二节锋和锋生的概念不同的两个气团间的过渡区或不连续面等温线密集带，温度水平梯度大而窄的区域，随高度向冷区倾斜一、锋的概念锋面(Front)在英语中，Front的意思是战线，尤其指第一次世界大战时的西欧战线。锋面的名称起源于第一次世界大战，挪威气象学家V.Bjerknes和他的儿子J.Bjerknes等首先提出的。锋面的空间结构不同的角度观察锋面：(a)侧视图，(b)俯视图，(c)三维视图根据锋在移动过程中冷、暖气团所占的主、次地位：冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚锋根据锋伸展的不同高度：对流层锋、地面锋和高空锋根据气团的不同地理类型：冰洋锋（北极锋），极锋和副热带（热带）锋。二、锋的分类锋的种类根据锋在移动过程中冷、暖气团所具有的主次位可将锋分为：1.冷锋(Coldfront),2.暖锋(Warmfront),3.静止锋(Stationaryfront),4.锢囚锋(Occludedfront)。锋面在移动过程中，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。冷锋过境后，冷气团占据了原来暖气团所在的位置。冷锋WarmColdxz-y锋面在移动过程中，若暖气团起主导作用，推动锋面向冷气团一侧移动，这种锋面称为暖锋。暖锋xz-y当冷暖气团势力相当，锋面移动很少时，称为准静止锋。准静止锋暖气团、较冷气团和更冷气团（三种性质不同的气团）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。锢囚锋沿锢囚锋不同部位的垂直剖面锢囚锋的形成过程地面图和垂直剖面基本定义锋生：密度不连续性形成的过程，或已有锋面的温度（位温）水平梯度加大的过程锋消：与锋生相反的过程实际工作锋生：锋面附近天气现象，气象要素变得更加明显锋消：与锋生相反三、锋生、锋消的概念一、水平气流辐合、辐散二、空气垂直运动三、空气的热量交换锋生和锋消的三个基本条件锋面在空间向冷空气一侧倾斜，有一定的坡度，这是锋面的重要特征。但是锋面在空间为什么呈倾斜状态呢？由于锋面处在由冷气团指向暖气团的气压梯度力，使得冷气团向暖气团下方楔入，抬举暖气团，又由于科氏力的平衡作用，不至于使锋面变得水平，而呈现倾斜状态。第三节锋面坡度xyz锋面的坡度当锋面保持稳定时，锋面与地平面的交角称锋面倾斜角（α），其简化的表达式为：式中f为地转参数，g为重力加速度，ΔT=T2-T1（T2、T1分别为暖、冷气团气温），Tm=（T1＋T2）/2，ΔVg=Vg1-Vg2（Vg1、Vg2分别为冷暖气团平行于锋线的风速分量）。表达式说明锋面坡度角的大小与Tm成正比。而当ΔT=0，ΔVg=0，f=0时，α=90和α=0，即不会有锋出现。锋面的坡度gmVftgTgT第四节锋面天气锋面天气主要是指锋面附近的云和降水。锋面云系和降水的形成，主要是暖气团沿着冷气团斜坡爬升时，由于绝热冷却作用使暖气团中的水汽发生凝结的结果。锋经过的地区，天气往往有突然的变化，甚至有急剧的灾害性天气。冷锋锋面在移动过程中，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。冷锋过境后，冷气团占据了原来暖气团所在的位置。等压线过冷锋有一折角，温度,风向和风速都很大发生变化，降水和雷暴天气也发生在冷锋的附近。冷锋一年四季在我国都有，冬半年更为常见。冷锋附近地面气压场、风场和天气现象由于锋面坡度大于暖锋，因而云区和雨区都比暖锋窄些，且多稳定性降水。暖锋锋面在移动过程中，如果暖气团起主导作用，推动锋面向冷气团一侧移动，这种锋面称为暖锋。暖锋多在我国东北地区和长江中下游地区活动，大多与冷锋联结在一起。暖锋附近的等压线也有一折角，但没有冷锋明显。温度有变化,风向在暖锋两侧发生变化，几乎相互垂直。暖锋降水范围比冷锋宽的多。暖锋附近地面气压场、风场和天气现象云层的厚度视暖空气上升的高度而异，一般可达几千米，厚者可到对流层顶，而且距地面锋线愈近，云层愈厚。暖锋降水主要发生在雨层云内，多是连续性降水。静止锋当冷暖气团势力相当，锋面移动很少时，称为准静止锋。静止锋的个别地段有时会向暖气团方向移动，或者向冷气团方向移动，因此它可以转变为冷锋或暖锋。在我国,静止锋常常在华南和华东地区活动，形成持续的阴雨天气。在我国华南和云贵高原等地区常见到冷锋由于受到山脉阻挡和适当的流场共同作用而形成准静止锋。准静止锋示意图锢囚锋由于冷锋移速远快于暖锋，冷锋赶上暖锋后把暖空气抬离地面，近地面层冷暖锋合并而形成一种锋叫锢囚锋。这时表现出暖空气、冷空气和比较强的冷空气。有时由于地形作用，使两条冷锋相对而行，也可以形成锢囚锋。锢囚锋的形成预报天气的思路第一、要了解现在（包括过去）锋面的位置，第二、要把握锋面的移动，第三、要把握锋面强度的变化（锋生、锋消）。思考题1.什么是气团？什么是气团变形？2.从热力学上，气团如何划分？影响我国的气团有哪些?3.什么是锋面?锋面有哪些种类?分别画出它们的垂直剖面简图，标出冷暖气团以及锋面的移动方向。4.锋生和锋消的概念。