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ch07. 天气系统

葛朝霞等，气象学与气候学教程，中国水利水电出版社（第2版）

• 7 天气系统

目录

1. 气团

2. 锋

3. 中纬度天气系统

   • 西风带（大气长波、大气短波）
   • 阻塞高压与切断低压
   • 温带气旋与反气旋

4. 低纬度天气系统

   • 副热带高压
   • 赤道辐合带

引言

• 锋面结构，澳洲气象局，https://www.youtube.com/watch?v=OFeN5nMqT7M

• 天气预报，英国气象局，https://www.youtube.com/watch?v=dGB2aCAcMQg

为何高压覆盖区会成云致雨？

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。

气团特征：水平范围可跨越20°，从几百km到几千km；垂直范围可达几km到十几km；同一气团内的温度水平梯度一般小于1~2℃/100km；垂直稳定度及天气现象也都变化不大。

气团的分类

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。

• 首先按源地的纬度位置把北（南）半球的气团分为4个基本类型：冰洋（北极和南极）气团、极地（中纬度）气团、热带气团和赤道气团。

• 再根据源地的海陆位置，把前三种基本类型又分为海洋型和大陆型。赤道气团源地主要是海洋，就不再区分海洋型和大陆型。

气团的变性

冬季极地气团势强；夏季热带气团势强。

气团的移动，受气压梯度力、风速、风向的控制

气团移动过程，逐渐被当地气象条件同化，多数情况下移动过程中势力变弱。

气团移动过程，逐渐被当地气象条件同化，多数情况下移动过程中势力变弱。

锋

当两个性质不同的气团相接触时，其间存在一个比较狭窄的过渡区，这个区域叫做锋。

• 锋面：冷暖气团的交界面

• 锋线：锋面与地面的交线。

锋包含锋面与锋线。锋是温带地区重要的天气系统，是冷、暖气团之间的过渡区，是三维空间的天气系统 。

锋面过程，常形成云系和降水天气，有时还出现大风、降温和雷暴等剧烈天气现。

锋的类型与天气

(1) 根据锋两侧冷、暖气团移动方向和结构状况，锋分为:

1. 冷锋(cold front)

2. 暖锋(warm front)

3. 准静止锋(stationary front)

4. 锢囚锋(occluded front)

冷锋

冷锋(cold front)：是锋在移动过程中，锋后冷气团占主导地位，推动着锋面向暖气团一侧移动的锋。

冷锋又因移动速度快慢不同，分为一型冷锋（慢）和二型冷锋（快）。

一型冷锋

暖气团比较稳定、水汽比较充沛，冷锋移动缓慢、坡度较小(约1/100)，多为稳定性降水（一般锋后降水）。当锋前暖气团不稳定时，在地面锋线附近出现积雨云和雷阵雨天气。

在我国境内一般由西北向东南移动。夏季多为此类，影响范围较小，一般只达黄河流域。

二型冷锋

二型冷锋：移动快、坡度大(1/40~1/80)、对流旺盛，对流性降水天气。冬季多为二型冷锋，影响可至华南，之后转为一型冷锋或准静止锋。

• 夏季时，空气受热不均，对流旺盛，冷锋常狂风骤起、暴雨倾盆、雷电交加，气象要素发生剧变。但是，这种天气历时短暂，锋线过后气温急降，天气豁然晴朗。

• 冬季时，由于暖气团湿度较小、气温较低，不可能发展成强烈不稳定天气，只在锋前方出现卷云、卷层云、高层云、雨层云等云系。当水汽充足时，地面锋线附近可能有很厚、很低的云层和宽度不大的连续性降水。锋线一过，云消雨散，出现晴朗、大风、降温天气。

暖锋

暖锋是锋在移动过程中，锋后暖气团起主导作用，推动着锋面向冷气团一侧移动的锋。

基本特点：①暖气团滑行在冷气团之上； ②暖锋坡度较小，一般小于1/100； ③覆盖的范围广。锋前降水

准静止锋

准静止锋是冷、暖气团势力相当或有时冷气团占主导地位，有时暖气团又占主导地位，锋面很少移动或处于来回摆动状态的锋。

准静止锋运动缓慢，并常常来回摆动，使阴雨天气持续长达10d至半个月，甚至一个月以上，“清明时节而纷纷”就是江南地区这种天气的写照。常出现在江淮流域梅雨时期。

锢囚锋

锢囚锋是当冷锋赶上暖锋，两锋间暖空气被抬离地面锢囚到高空，两锋间的冷气团合并形成的锋。

两侧降水

中纬度天气系统

• 西风带（大气长波、大气短波）
• 阻塞高压与切断低压
• 温带气旋与反气旋

西风带

西风带大气环流两种基本状态：纬向环流和经向环流

• 纬向环流： 平直西风气流

• 经向环流： 波状流型具有较大南北向气流或出现大型暖高压，冷低压

西风带的波动产生天气现象！

(Ahrens, 2019)

• 长波：波长300010,000km，50120经距，北半球3~7波，由行星锋区长波扰动引起
• 短波：波长几百~3000km，由锋区中的短波扰动引起；一个大气长波中可能会存在多个大气短波

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• 长波：具有冷槽、暖脊的温压结构。槽前暖平流，槽后冷平流。高空槽前对应低压，槽后为高压。

• 短波：槽前盛行暖湿的西南气流（上升气流），常成云致雨；槽后盛行干冷的西北气流（下沉气流），多晴冷天气。

切断低压与阻塞高压

• 切断低压（冷涡）：温压场结构比较对称的冷性气压系统。

  和阻高相伴，位于阻高的东南或西南，与阻高共同构成了大气环流中阻塞形势。也有单独出现，两侧有明显的高压脊或高压。

天气：低压前部（东和东南侧）因低层有冷暖空气交汇，常有锋面气旋波动发生，有云雨天气出现。后部（西侧）因不断有冷空气南下，常有冷锋和切变线生成，有阵性降水出现。

• 阻塞高压（阻高）：温压场比较对称的深厚的暖性高压。

  特征：①位于50°N以北。②57天，有时可达20天以上。③沿纬向移动每天不超过78个经度，常呈准静止状态，有时甚至向西倒退。 天气：高压东部盛行偏北气流，有冷平流和下沉运动，天气以冷晴为主；西部盛行偏南气流，有暖平流和上升运动，天气较暖且多云雨。南北两侧多稳定的西风气流，并常伴有短波活动，天气时阴、时晴。

两种类型：

(Frederick, 2012)

2021年10月中旬末，强烈的阻塞高压在加拿大北部、格陵兰一带发展，大量暖空气突入北极，迫使北极涡旋分裂，并南下阿拉斯加、白令海，阿留申群岛附近强风暴不断。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/456850903

温带气旋与反气旋

温带气旋

气旋：指的是低压系统，又称旋涡。

温带气旋：具有锋面结构的低压系统（又称锋面气旋）；半冷半暖的温度不对称系统（与冷涡的区别）。降水区域：中心、冷锋后部、暖锋前部。

主要发生地：东亚（东亚气旋）、北美以及地中海等地区。

东亚气旋主要发生于我国东北地区，约北纬45°~55°之间（称东北低压）；偏南部的江淮地区（称江淮气旋）；日本南部海域三个地区。

温带气旋形成过程

形成过程：初生阶段、成熟阶段、锢囚阶段、消亡阶段

1. 势均力敌的冷暖气流相遇，冷气流从北向南、暖气流从南向北。势均力敌，意味着开始时等高线近似平直，在科氏力的影响下，冷气流行东风，暖气流行西风；也意味着可能会存在准静止锋。

2. 相反反向的风产生切应力，切应力作用下系统会旋转起来（如玩具蜻蜓）。

3. 系统旋转，意味着冷空气南下，暖空气北上，形成冷锋和暖锋。

4. 冷锋移动速度快，暖锋慢，冷锋会逐渐追赶上暖锋。

5. 当冷锋会逐渐追赶上暖锋，形成锢囚锋，暖空气被被连根铲起，暖空气的雨水很快被抖落干净，锋面过程进入消亡阶段。

6. 锋面过程消失，地表低压中心的暖空气被替换为冷空气，形成深厚的冷低压系统（冷涡）。气压升高，云雨减少。

降水区域：低压中心、2型冷锋锋前（1型冷锋后部）、暖锋前部

高空槽脊与气旋之间的关系

槽前脊后，对应着阴雨；高空幅散，地表气流辐合。

(Frederick, 2012)

温带反气旋

温带反气旋：反气旋指的是高压系统。温带反气旋指的是活动在中、高纬度地区的高压系统。

冷性反气旋：是一种浅薄天气系统，出现在近地面层内，中心气压值达10301040hPa，强时达1080hPa。平均厚度不到 34km，700hPa以上不清，500hPa以上消失。

源地：极寒冷的中纬度和高纬度地区：格陵兰、加拿大、 北极、西伯利亚和蒙古等地。 冬季最多见。中、高纬地区冬季最突出的天气过程。

天气现象：常见的有冬季寒潮（给活动地区造成降温、大风和降水）

低纬度天气系统

副热带高压

分析方法

1. 水汽压达到饱和的有利条件

   地形抬升、空气对流、高纬度气流→低纬度

   冷→暖，es升高，RH下降，水汽难以饱和，难以降水；反之，则易于降水。

2. 气流运动方向

   科氏力作用下，气流运动过程中北半球右偏，高压系统顺时针旋转。

副高的天气特征

1. 控制区域内为下沉气流、多高温干旱。

   冷→暖，es升高，RH下降，水汽难以饱和，难以降水。

2. 北、西北部边缘因与西风带天气系统（锋面、气旋、低槽）相交绥，气流上升运动强烈，水汽比较丰富，因而多阴雨天气。

   科氏力的影响，气流右偏，冷暖气流最有可能在北侧、西北侧相遇

3. 南侧是东风气流，晴朗少云，低层潮湿、闷热，但当热带气旋、东风波等热带天气系统活动时，也可能产生大范围暴雨和中小尺度雷阵雨及大风天气。

   东风可以将太平洋的暖湿气流运送到西部，但同纬度气温变化不大，因此东风气流并不会促进降水；但如遇地形起伏，则易于降水

4. 东部受北来冷气流的影响，形成较厚逆温层，产生少云、干燥、多雾天气，长期受其控制的地区，久旱无雨，出现干旱，甚至变成沙漠气候。

   冷→暖，es升高，RH下降，水汽难以饱和，难以降水。

副高与我国雨季的移动规律

• 4、5月，华南雨季（脊线15°N以南）；
• 6月（北跳越过20°N），江淮准静止锋，长江中下游梅雨；
• 7月上、中（二次跳过25°N），梅雨结束，雨带转黄河流域；
• 7月底、8月初（越过30°N），雨带继续北移，华北、东北雨季；江淮地区副高控制，伏旱；
• 9月退（25°N以南），江淮地区秋雨绵绵，长江以南秋高气爽；
• 10月份退回冬季形式（20°N以南）。

口诀: 华南5，江淮6，两北7、8，9回头

祁连山地理, 2020, 中国锋面雨带的移动规律，https://www.bilibili.com/video/BV1gk4y117HM

口诀: 华南5，江淮6，两北7、8，9回头

祁连山地理, 2020, 中国锋面雨带的移动规律，https://www.bilibili.com/video/BV1gk4y117HM

副高异常对降水的影响

graph LR;
    副热带高压-->偏强 --> 夏季风强 --> 雨带移动速度快/雨带偏北 --> 南旱北涝;
    副热带高压-->偏弱 --> 夏季风弱--> 雨带移动速度慢/雨带偏南 --> 南涝北旱;

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空梅现象

副高强，移动速度过快，使长江流域梅雨季过短，伏旱过长

实战1: 1998年长江洪水

实战2: 2021年10月山西洪水

实战3: 2020年7月31两北强降水

木阳说天气，2020-07-31两北强降水，https://www.bilibili.com/video/BV1SC4y1b7h6