第二章 气团与锋

第二章 气团与锋 第一节 气团一、概念：气团——气象要素水平分布比较均匀的大范围的空气团 水平尺度：几百~几千公里 垂直尺度：几~十几公里 二、气团的形成和变性1、 气团形成的两个条件① 大范围性质均匀的下垫面地球表面的空气属性传给大气、气团形成的物理过程 辐射传导和乱流 蒸发和凝结大范围的垂直运动② 有适当稳定的大气环流，使空气团长时间稳定在下垫面上高压系统——稳定 低压系统——不稳定具备上述两条的地区为气团源地2、 气团物理属性的变化称为气团的变性暖气团变性慢 冷气团变性快三、气团的分类1、 热力分类法⎪⎩⎪⎨⎧><地表气地表气暖气团冷气团T T T T2、 地理分类法北极气团（冰洋气团，北极圈内70°N~ 90° N ）极地气团（中高纬度西风带， 40°N~ 70°N ） 热带气团（副热带地区， 20°N~ 40°N ） 赤道气团（赤道， 20°N 以南）3、 大气环流的分类法极地气团（高纬度， 60°N~ 90° N ）中纬度气团（ 30°N~ 60° N ） 热带气团（ 30°N 以南 ） 又可分为大陆性和海洋性气团 四、影响我国的气团1、 极地大陆气团：干冷2、 热带海洋气团：暖湿3、 热带大陆气团：干暖4、 印度洋的赤道气团（季风气团）：暖湿第二节 锋的概念与锋面坡度一、定义：两个热力性质不同的气团之间的狭窄过度带称为锋。

两个密度性质不同的气团之间的狭窄过度带称为锋。

冷暖气团之间的狭窄的过渡带，称为锋。

二、锋的空间结构 图形1、 冷暖气团的交界面，称为锋面。

2、 锋面在空间呈向冷区倾斜状态，冷空气在下，暖空气在上。

，3、 锋面与地面的交线称为锋线。

4、 锋面与空中某平面相交的区域称为锋区——天气图上温度梯度大的窄的区域。

5、 地面锋线总在高空锋区暖区一侧。

三、锋的分类1、 按移动分类a ） 冷锋：冷气团起主导作用，推动锋面向暖气团一侧移动，称为冷锋。

b ） 暖锋：暖气团起主导作用，推动锋面向冷气团一侧移动，称为暖锋。

图形c ） 准静止锋：冷暖气团势力相当，锋面很少移动的锋，称为准静止锋。

（6小时无移动，24小时移动在2个纬度之内） 图形d ） 锢囚锋：冷锋后部的冷气团与暖锋前的冷气团的交界面，称为锢囚锋。

图形 图形 图形 中性锢囚 冷式锢囚 暖式锢囚2、 按锋伸展高度分类：对流层锋：地面——对流层顶 地面锋：低层锋——700hap 以下 高空锋：500hap 以上，不接地3、 大气环流分类P66冰洋锋，极锋，副热带锋 图形四、锋面坡度 图形1、 不连续面的概念，锋面近似为物质面——不连续面a ） 锋面是T ，ρ的零级不连续面（气象要素本身不连续）等温线在锋面上发生间断。

图形b ） 锋面是气压的一级不连续面（一阶导数不连续）c ） 垂直与锋线的地转风（分量）是连续的 图形 2、 锋面坡度公式图形 设x 轴由暖气团指向冷气团，y 轴平行地面锋线，求锋面倾角αdxdz tg =α N L N L dP dP P P =∴=Θ展开L L L L N N N N P P P dP dx dy dz x y z P P P dP dx dy dzx y z ∂∂∂⎧=++⎪∂∂∂⎪⎨∂∂∂⎪=++⎪∂∂∂⎩两式相减0=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂-∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂⇒dz z P z P dy y P y P dx x P x P N L N L N L ∴得到锋面坡度zP z P x P xP dxdz tg N L N L ∂∂-∂∂∂∂-∂∂-==α —— ① 由静力学方程和地转风方程N LL N P P g g z zρρ∂∂=-=-∂∂ N LL gL N gN P P f V f V x xρρ∂∂==∂∂其中gL V v n 和gN V 是平行与锋线的地转风分量 代入①式得 ()()L gL N gN L N f V V tg g ρραρρ-=- —— ②代入状态方程 RTP=ρ 注意 N L P P = ()()N gL l gN N L f T V TV tg g T T α-=- —— ③②、③式为Margules 锋面坡度公式令 ()L N m T T T +=21L N T T T -=∆ g gL gN V V V ∆=-()12gm gL gN V V V =+ 代入③式得()()()()2222m L gm gN m N gm gL T T V V T T V V f tg g Tα-----=⋅∆ 222g mgm V f ftg T V g T gα∆⇒=+∆ gm gm V f tg T V g T α∆⎛⎫⇒=+ ⎪∆⎝⎭∵在实际计算中gm V 比较小，可略去∴g m V f tg T g Tα∆≈∆ —— ④ 3、 讨论：a ） 锋面的坡度与f 成正比，高纬锋面坡度大于低纬 ()ϕsin 2Ω=f赤道上 00→→αtg fb ） 锋面的坡度与锋两侧的温度差成正比，温度差越大，坡度越小。

若 otg T 900→∞→→∆αα 无锋面c ） 锋面的坡度与锋两侧平行与锋的地转风分量差成正比 图形风呈气旋性切变风速差越大，坡度越大。

00g V tg α∆==0gL gN V V ->d ） 锋面坡度与平均温度成正比m T 越高，坡度越大，冬季坡度小于夏季4、实际计算αtg 图形我国统计结果：北方（高纬）锋面坡度2001~501 南方（低纬）锋面坡度5001~2001 冷锋的坡度大于暖锋和静止锋第三节 锋面附近气象要素场的特征一、锋面附近温度场的特征1， 温度水平分布特征：锋区内温度水平梯度比两侧气团内温度水平梯度大 ① 地面锋线附近有较大温差② 高空等压面图上锋区内等温线的密集区，高空锋区走向与地面锋线基本平行，随高度升高向冷空气倾斜③ 锋区内有冷平流为冷锋；有暖平流为暖锋；无平流（弱），少移动为准静止锋图形④ 锢囚锋温度场中性锢囚：高空暖舌在地面锋线上冷式锢囚：高空暖舌在地面锋线后 暖式锢囚：高空暖舌在地面锋线前实际上，一般只做中性锢囚锋图形2， 温度垂直分布特征：锋区内温度垂直梯度比两侧气团小——锋区逆温，等温，温度直减率小 图形3， 位温的分布)(6.270e P 图图形① 特点：锋区内的位温线特别密集且与锋区平行 ② 说明：1000PAR C T p θ⎛⎫=⎪⎝⎭取对数，并对z 取偏导C P C ART P+-=ln ln ln θ zPP C AR z T T z P ∂∂-∂∂=∂∂111θθ 代入状态方程和静力学方程g zPρ-=∂∂ RT P ρ= 有P T Ag z T z C θθ⎛⎫∂∂=+ ⎪∂∂⎝⎭其中 z T∂∂-=γd PdT Ag dz C γ=-= 得到：()γγθθ-=∂∂d Tz 气团内00>>>γγγd 0>∂∂∴z θ位温随着高度的升高而增大锋区内 0d γγγ≤? 0>>∂∂∴zθ位温随着高度的升高而增大得很快结论：a ）z∂∂θ位温垂直梯度在锋区内比气团内大得多——锋区内等位温线密集 b ）空气质点在锋面上移动，在绝热条件下位温守恒，因此等位温面平行与锋面，等位温面同锋面一致随高度向空气倾斜c ）实际工作中用θθ~se二。

锋面附近气压场的特征１。

特征：等压线通过锋面时有较大的弯折，折角指向高压，锋线处于低压槽中。

２。

说明：设x 轴垂直于锋线，由暖指向冷。

y 轴平行于锋线。

锋面是密度零级不连续面由锋面坡度：tan NL N L p p dz xx p p dx z zα∂∂-∂∂==-∂∂-∂∂代入静力学:pg zρ∂=-∂ ： tan ()NL L N p p xx g αρρ∂∂-∂∂=- tan 0α>QL N ρρ>结论：a. L N p p =锋线附近气压梯度连续。

b.锋线附近气压梯度不连续。

即等压线穿过锋线时有弯折。

c.nL p p xx ∂∂>∂∂ 满足，则折角指向高压，既锋线落在低压槽中。

三。

锋附近变压场的特征。

气压随时间变化称变压 图形１。

冷锋前为负变压，后为正变压。

２。

暖锋后均为负变压，但代数值前小后大。

特征：锋前变压代数值小于锋后变压代数值。

说明：设坐标如前：x 垂直锋线，y 平行于锋线，锋面为密度不连续面。

L N p p =Q 既()0L N d p p dt-=()N N L L x p pp p C t t x x∂∂∂∂∴-=--∂∂∂∂（xdxC dt=，锋的移速）（1）.暖锋图形0X C >，N L p p x x∂∂>∂∂0NL p p t t ∂∂-<∂∂Q即：NL p p t t∂∂<∂∂ 暖锋前变压代数值大于锋后的变压代数值。

（2）.冷锋0X C >，N L p pxx∂∂>∂∂NL p p t t∂∂∴>∂∂ 暖锋前变压代数值小于锋后的变压代数值。

（3）.推论锋线向着变压代数值小的一侧移动。

3.用气压倾向方程解释气压变化的物理意义。

（1）公式推导。

, 000p gdz gdz tt t ρρ∞∞∂∂∂==∂∂∂⎰⎰代入连续方程:()u v pw t x y zρρρ∂∂∂∂=-++∂∂∂∂ 000()p u v wg dz g dz t x y zρρρ∞∞∂∂∂∂∴=-+-∂∂∂∂⎰⎰00()()u vw g uv dz g dz dz x y x y zρρρρ∞∞∞∂∂∂∂∂=-+-+-∂∂∂∂∂⎰⎰⎰边界条件：00z z ==,0w =,z ⇒∞,0ρ⇒既00wd z z ρ∞∂=∂⎰000()()p u vg u v dz g dzt x y x y ρρρ∞∞∂∂∂∂∂∴=-+-+∂∂∂∂∂⎰⎰——气压倾向方程（2）.讨论第一项为密度平流项，（气压变化的热力因子）L N ρρ>Q若()0uv x y ρρ∂∂+>∂∂ 气柱为暖平流。

则 0p t∂<∂，地面减压若 ()0u v x y ρρ∂∂+<∂∂，气柱为冷平流。

则0p t ∂∴>∂ ，地面增压。

暖锋前暖平流，负变压明显。

冷风后冷平流，正变压明显。

（图形） 第二项为水平速度散度项（动力因子）。

0u vx y ∂∂+>∂∂ ，气柱辐散为主，质量减少。

0p t ∂∴<∂，地面减压。

若0u v x y ∂∂+<∂∂气柱辐合为主，质量增加。

0p t ∂>∂，地面增压。

四，锋线附近风场特征。

∴ 1.水平方向（图形）特征：锋两侧的风具有气旋式切变和气流辐合。