章 天氣系統(tǒng)與大氣環(huán)流

1、2020/7/11，1，第六章天氣系統(tǒng)和大氣環(huán)流，2020/7/11，2，7節(jié)，8學時，第一節(jié)高緯度地區(qū)的天氣系統(tǒng)第二節(jié)溫帶氣旋和反氣旋第三節(jié)，小尺度天氣系統(tǒng)第四節(jié)熱帶天氣系統(tǒng)第五節(jié)季風和梅雨，2020/7/11，3，天氣指某地區(qū)、 大氣中發(fā)生的陰、晴、風、雨、雷、電、霧、霜、雪等都是天氣現(xiàn)象，它們的發(fā)生都與天氣系統(tǒng)的活動有著密切的關(guān)系，天氣與人類的生活、社會、經(jīng)濟活動有著密切的關(guān)系。 所謂2020/7/11,4、4、4，天氣系統(tǒng)是指具有一定溫度、氣壓、風等氣象要素空間結(jié)構(gòu)特征的大氣運動系統(tǒng)。 有以空間氣壓分布為特征的高壓、低壓、高壓脊、低壓溝等。 也有以風的分布特征來區(qū)分的。 旋風分離器、旋

2、風分離器、變線等。 有些是由溫度分布的特征決定的。 以雷暴和熱帶云團等幾個天氣特征分開。2020/7/11,5、5、5、天氣系統(tǒng)，通常構(gòu)成天氣系統(tǒng)的氣壓、風、溫度和氣象要素之間有一定的配置關(guān)系。 大氣中各種天氣系統(tǒng)的空間范圍不同，水平尺度從數(shù)公里到12千公里。 生命的歷史也不同，從幾個小時到幾天。 2020/7/11，6，6，地球上所有地方的天氣變化與大氣中移動的天氣系統(tǒng)有關(guān)，氣象臺宣布寒流通過，這是向人們宣布強冷空氣從西北方向移動。 氣象臺發(fā)布臺風警報的是，從熱帶西太平洋來的猛烈暴風雨在氣象學被稱為天氣系統(tǒng)。 使用氣象衛(wèi)星拍攝從上空漂浮在地球上空的云團時，夾雜著大小天氣系統(tǒng)，最大的天氣系統(tǒng)只

3、有數(shù)千公里，最小的天氣系統(tǒng)只有數(shù)公里。 因為天氣系統(tǒng)是演化為世界大氣環(huán)流的聲干擾系統(tǒng)，所以其與世界大氣環(huán)流密切相關(guān)。 在本章中，敘述了中、高緯地轄區(qū)和熱帶地轄區(qū)的天氣系統(tǒng)和世界大氣環(huán)流的特征和結(jié)構(gòu)。2020/7/11、7，各種常見尺度的天氣系統(tǒng)，2020/7/11、8，第一節(jié)中高緯度地轄區(qū)的天氣系統(tǒng)，2020/7/11，9，中高緯度地轄區(qū)的大氣與作為斜壓大氣的大氣中壓低面不重疊，溫度水平分布且具有明顯的不均勻性。 典型的天氣系統(tǒng)是指，地面鋒的溫帶旋風分離器和旋風分離器隔斷高壓、隔斷低壓急流等，2020/7/11，10、氣團是指，在水平方向上，大氣物理屬性主要是溫度、大氣濕度和穩(wěn)定度相對均勻的大

4、塊搖滾樂。 其水平尺度可達數(shù)百至數(shù)千公里，垂直尺度可達數(shù)公里至十幾公里。 氣團的形成必須具有范圍廣、性質(zhì)均勻的下墊面，還必須具有適當?shù)沫h(huán)流條件。2020/7/11、11、根據(jù)氣團的分類、形成的地理位置極地大陸氣團極地海洋氣團熱帶海洋氣團熱帶大陸氣團中緯度氣團主要來自極地和熱帶變性氣團。 用熱分類冷氣團暖氣團，2020/7/11、12，我國活動的主要氣團隨季節(jié)變化，冬季極地大陸氣團主要在南方的部分地區(qū)受到熱帶海洋氣團的影響，夏季受熱帶海洋和熱帶大陸氣團的影響，北方受極地大陸氣團的影響。 春天、秋天主要有變性極地大陸氣團和熱帶海洋氣團。影響中國的氣團活動形象、2020/7/11、13、一、地面鋒(

5、一)地面鋒的定義、中緯度的對流層范圍達數(shù)千公里、存在熱性質(zhì)不同的氣團，即冷氣團和暖氣團。 冷暖團之間經(jīng)常存在界面，這個界面是地面鋒。 冷氣團特羅爾時，天氣很冷，經(jīng)常晴朗冬天的寒流過后，我國北方的天氣寒冷干燥的暖氣團正在空調(diào)特羅爾時，溫暖濕潤就像夏天中國長江流域的梅雨季節(jié)，空氣又熱又濕。地面鋒的概念是1919年微微網(wǎng)創(chuàng)立的，這個概念至今仍廣泛應(yīng)用于氣象學和天氣預(yù)報。2020/7/11、14、2020/7/11、15、2020/7/11、16，用折斷線表示溫度，用實線表示溫度，用粗實線表示地面鋒區(qū)的頂部、底部和對流層的頂部，如圖所示，地面鋒是溫度的不連續(xù)面，地面鋒為2020/7/11、17 它在近

6、床層中寬達數(shù)十公里，在上層達到200-400公里。 冷氣團空氣密度大，位于下方，暖氣團空氣密度小，位于上方。 一般來說，地面鋒增強的過程稱為地面鋒生成，相反，地面鋒上溫度梯度變小的過程稱為地面鋒消去(frontolysis )地面鋒和地面相交的線稱為地面鋒。 一般將地面鋒和地面鋒統(tǒng)稱為地面鋒。2020/7/11、18、2020/7/11、19、地面鋒梯度、2020/7/11、20、(2)地面鋒的分類、地面鋒根據(jù)其移動的方向，冷地面鋒靜止而約束地面鋒，2020/7/11、21、(1)冷地面鋒、冷氣團向暖氣團的方向移動2020/7/11、22、(2)暖地面鋒、暖團向冷氣團移動的地面鋒稱為暖地面鋒。

7、2020/7/11、23、(3)準靜止地面鋒、冷氣團勢力相當，使地面鋒前后搖動，該地面鋒的移動速度小，可以看作大致靜止。 2020/7/11，24，(4)約束地面鋒是指冷地面鋒趕上熱地面鋒，把地面空氣擠出到空中，地面被完全冷空氣占據(jù)，冷卻地面鋒后面的冷空氣接觸熱地面鋒前面的冷空氣的地面鋒。 前面的冷氣團溫暖，后面的冷氣團冷的話，后面的冷氣團在前的冷氣團的底部加入楔，形成冷氣式的囚徒地面鋒后的冷氣不像前面的冷氣那么冷的話，后面的暖氣團在前的冷氣團上滑動，形成溫暖的封閉地面鋒。2020/7/11、25、(3)地面鋒的結(jié)構(gòu)，由于地面鋒是低溫、暖氣團的界面，因此，其結(jié)構(gòu)在高空，地面鋒是等溫線的密集帶，

8、地面鋒內(nèi)的水平溫度梯度大，在地面鋒內(nèi)的等溫線上、下限有明顯的彎曲角的特征的前向區(qū)域，垂直溫度梯度小。 這與前向區(qū)域外的溫度分布的結(jié)構(gòu)相反，在前向區(qū)域外溫度的垂直梯度大，水平梯度小。 用折斷線表示溫度，用實線表示溫度粗的實線表示地面鋒區(qū)的上、下界和對流層的頂，2020/7/11，26，(3)地面鋒的結(jié)構(gòu)、地面鋒面可以看作物質(zhì)面，如第3章所述，在絕熱條件中，瓦斯氣體塊的位移溫度是在運動過程中被保存的， 利用變位溫度可以很好地分析地面鋒面的構(gòu)造等位溫度線的分布，地面鋒面外側(cè)的等位溫度線一般由北向南遞減，地面鋒區(qū)內(nèi)側(cè)溫度表現(xiàn)垂直梯度比的地面鋒區(qū)內(nèi)的等位溫度線密集，而與地面鋒區(qū)平行。 折斷線表示溫度，實

9、線表示溫度粗的實線表示地面鋒區(qū)的上、下界和對流層的頂，2020/7/11，27，(3)地面鋒面的結(jié)構(gòu)，由于水平溫度梯度大，地面鋒區(qū)的風速隨高度迅速增大，最大風速中心位于地面鋒面的上空。 2020/7/11，28，中國位于歐亞大陸東部，冬天、春天西伯利亞冷氣團的前鋒能充分觀測到寒帶的極端活動。 因為地面鋒可以提升暖氣，地面鋒越境時伴隨著大風和雨的天氣出現(xiàn)。2020/7/11、29、2020/7/11、30、第二節(jié)溫帶旋風和反旋風、2020/7/11、31、溫帶旋風和反旋風是伴隨溫帶中低壓的大氣環(huán)流系統(tǒng)。 溫帶氣旋和反氣旋的概念至今仍廣泛應(yīng)用于日常天氣預(yù)報。2020/7/11、32、一、溫帶旋風模

10、型和生命史、溫帶旋風是在中高緯溫帶地區(qū)生成和活動的低氣壓系統(tǒng)。 從氣壓場來看，中心氣壓比周圍低，是關(guān)閉等壓線的低壓系統(tǒng)。 從風場來看，在北半球低壓區(qū)，風以低壓中心為中心逆時針旋轉(zhuǎn)。 氣象上，這種風逆時針旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)稱為旋風分離器。 溫帶氣旋常常由冷、暖團構(gòu)成，伴隨冷、暖地面鋒活動。 這種溫帶旋風分離器也被稱為地面鋒旋風分離器。就2020/7/11、33、2020/7/11、34、(1)旋風分離器模型的發(fā)展史，向十九世紀提出了弗洛伊德(Fitz-Roy )關(guān)于溫帶旋風分離器的初步模型。 溫帶氣旋由兩個氣團組成，這兩個氣團中的溫度、水蒸氣和運動各自不同的溫帶濕氣團來自亞熱帶，冷氣團指出極地溫帶氣旋形

11、成于這兩個氣團的邊界面，其運動方式取決于兩氣團氣流之間的運動。 2020/7/11，35，(1)關(guān)于旋風模型的發(fā)展史(續(xù)1 )，但在19世紀末，亥姆霍茲(Helmhotz )和一些學者提出旋風是不連續(xù)面的。 他們主要基于當時在歐洲的實驗結(jié)果，設(shè)想旋風分離器的氣壓形式可能是旋渦，而沒有考慮旋風分離器系統(tǒng)的運動。 關(guān)于2020/7/11，36，(1)氣旋模式的發(fā)展史(續(xù)2 )，第一次世界大戰(zhàn)末期，比利牛斯于1918年在斯堪的納維亞半島比較密集的觀測站總結(jié)觀測結(jié)果，提出氣旋模式。 之后，比利牛斯和索爾伯格(j.bjerknesandsalalberg )在1921年提出了旋風模型(圖)。 關(guān)于202

12、0/7/11、37、2020/7/11、38、(1)旋風機模型的發(fā)展史(續(xù)3 )，這兩個模型稍有不同，但是有共同點，在北半球旋風機的氣流逆時針旋轉(zhuǎn)。 在皮葉克尼斯提議的旋風模型中，冷空氣形成楔形并被插入冷空氣下，云雨分布可以很好地說明低溫地面鋒上的冷空氣絕熱上升蒸發(fā)制冷。 旋風分離器的動能是來自低溫瓦斯氣體團的能量差。 微網(wǎng)提出的氣旋概念符合實際觀測，迄今已廣泛應(yīng)用于天氣預(yù)報。2020/7/11、39、(1)關(guān)于旋風模型的發(fā)展史(續(xù)4 )，微微網(wǎng)認為旋風分離器的聲干擾來源于波狀聲干擾，為Rossby在20世紀30年代提倡Rossby波奠定了基礎(chǔ)，而且旋風分離器能源是冷氣團的2020/7/11，

13、40，(二)旋風分離器的生命史，旋風分離器在正常情況下必須經(jīng)歷一系列典型的階段：在初始聲干擾階段的發(fā)展階段，監(jiān)禁階段，2020/7/11，41，1 .初始聲干擾階段，如圖所示，初始場景擾動是平坦的準靜止地面鋒嗎在2020/7/11，42，2 .發(fā)展階段，一次場的聲干擾幅度越來越大。 此時，冷地面鋒和暖地面鋒的發(fā)展表明，冷地面鋒西邊也有強西北風和冷空氣，冷地面鋒前方有西南風和冷空氣。 并且在暖氣的前方有暖氣地面鋒，暖氣地面鋒的后方有西南風，其前方有東南風。 2020/7/11，43，3 .在監(jiān)禁階段，冷空氣沿著溫暖的地面鋒上升到高層，進入云同步，冷空氣楔狀進入了冷空氣。 如此一來，供暖區(qū)逐漸減少

14、，然后冷地面鋒逐漸追上供暖地面鋒，當冷地面鋒和供暖地面鋒重疊時，旋風被監(jiān)禁。 2020/7/11，44，3 .在監(jiān)禁階段(續(xù))，旋風禁閉階段，溫暖的地面鋒弱，完全消失，與此相伴，云雨區(qū)也消失，意味著旋風禁閉階段經(jīng)歷了，之后旋風逐漸消失。 在2020/7/11、45、地面鋒的氣旋系統(tǒng)生成、發(fā)展到消散的過程(稱為生命周期life-cycle )中，冷地面鋒在氣旋中心附近已超過暖地面鋒，稱為囚禁(occlusion )時，冷地面鋒完全追加暖地面鋒圖上的列是北虛線的垂直截面，可以看到旋風中心(低氣壓中心)的降水系統(tǒng)。 下一列是與南邊的折斷線線垂直的斷面，冷地面鋒和暖地面鋒的降水系統(tǒng)也顯示在一盞茶上。

15、2020/7/11、46、2020/7/11、47、溫帶氣旋的平均直徑約1000公里，有的達到23公里，幾乎呈圓形。 我國活動的溫帶氣旋主要包括北方氣旋、蒙古氣旋、東北低壓、黃河氣旋、江淮氣旋、東海氣旋等，2020/7/11、48、二，溫帶氣旋及其分類，指中高緯、溫帶地區(qū)高氣壓系統(tǒng)的生成和活動從氣壓場來看，中心氣壓比周圍高，有關(guān)閉等壓線的高壓系統(tǒng)。 從風場來看，在北半球高壓區(qū)，風以高壓中心為中心順時針旋轉(zhuǎn)。 因此，也被稱為旋風分離器。2020/7/11、49、二、溫帶氣旋及其分類(續(xù))，氣旋經(jīng)常伴隨氣旋產(chǎn)生。 但是，旋風分離器的形成、進化和旋風分離器具有許多不同的特征：旋風分離器在其形成、成長

16、和衰退的形式上具有相當一致的一致性，而旋風分離器無論形成、進化如何，看起來都是不規(guī)則、變化緩慢、被動的系統(tǒng)。 西風帶反旋風分離器也處于發(fā)展階段，有時可以達到較強的強度，但其進化總是伴隨著西風帶旋風分離器的發(fā)展。2020/7/11、50、二、溫帶氣旋及其分類(續(xù))，從氣旋結(jié)構(gòu)來看，亞熱帶高壓極地大陸高壓寒波高壓、2020/7/11、51、亞熱帶高壓存在于亞熱帶地區(qū)的一般指南、北緯2040之間的廣闊地區(qū)副熱帶高壓水平范圍達數(shù)千公里，約占世界面積的1/51/4。 在對流層，低部約500hpa顯著出現(xiàn)。 2020/7/11，52，北半球主要有三個中心：太平洋副熱帶高壓大西洋副熱帶高壓北非副熱帶高壓對中

17、國有重要影響的是太平洋副熱帶高壓的西側(cè)，習慣被稱為西太平洋副高中。 2020/7/11，53，西太平洋副高隨季節(jié)的變化有季節(jié)性的移動。 春季，高壓脊線位于北緯15南。 5月份向北移動15N左右。 從6月上旬到7月上旬，北向2025N左右移動。 7月上旬，中旬的8月頭兒山脊線達到了30N左右。 9月上旬山脊向南后退了25N左右。 10月上旬以后，南撤2 0N南，轉(zhuǎn)入冬季副高，都降到海上，對我國的影響明顯減少。 2020/7/11，54，由于副高的季節(jié)性變動，西北側(cè)可以從洋面輸送大量的水蒸氣，而與北方的冷空氣匯合，形成大范圍的降雨天氣，出現(xiàn)強風暴。 因此，西太平洋副高活動與我國汛期關(guān)系密切，如45月華南前汛期、67月江淮地轄區(qū)梅雨。 并且78月的華北、東北的雨季和次高季節(jié)性活動有密切的關(guān)系。 2020/7/11，55，(1)副熱帶高壓的副高天氣，副熱帶高壓的上空是沉入氣流，而且，如果布搖滾樂是絕熱沉入運動，由于布塊變暖，被副熱帶高壓控制的地區(qū)的天氣很悶熱，如中國長江流域的盛夏是副熱帶高壓控制的以我國三大火爐而聞名的重慶、武漢、南京位于長江流域，盛夏受次熱帶高壓支配出現(xiàn)悶熱天氣，出現(xiàn)“火爐”樣的天氣。 2020/7/