兰大大气学院天气学原理教程锋生锋消.ppt
4.锋生和锋消4.1 概念4.2 锋生函数4.3 影响锋生函数的因子4.4 中国的锋生锋消概况,4.1概念 锋生 和 锋消 是锋面动力学和天气分析中的两个重要天气概念。大气中锋的形成、加强或减弱、消失，可导致锋面附近天气的剧烈变化。,锋生 一般是指密度或温度不连续形成 的一种过程，或者是指已有一条锋面存在，其密度（或温度）水平梯度增大 的过程。锋消 是指与锋生过程相反的过程。,按锋的定义，锋的两侧水平温度差异显著是锋的热力场最主要的特征。因此研究锋生、锋消时，可以从 水平温度梯度随时间的变化 入手。锋面的锋生和锋消过程可以用锋生函数来描述,4.2锋生函数,锋生函数定义为：,T1,T2,T3,T4,T5,n指向暖空气,n,锋生带,锋生的必要条件:锋生函数0，锋生作用 锋生函数0，锋消作用 固定地区F最强锋生、消的充分条件锋生条件：锋消条件：,二、锋生锋消公式及物理意义 1.公式推导 其中展开：,求：和 而：,同理,锋生函数,将，代入式,热力学方程,水平散度,伸展变形,切变变形,垂直方向的涡度,2.讨论式。（锋生消公式）设坐标系x轴平行于等位温线，由冷指向暖；y轴垂直于等位温线，指向位温升的方向。，所以 转为讨论式,（1）水平运动的作用 当 时，则，锋消 当 时，则，锋生,气流辐合，锋生,沿温度升度方向，水平气流辐合，则有锋生作用沿温度升度方向，水平气流辐散，则有锋消作用即在垂直于等位温线的方向上有气流辐合利于锋生，反之则有利于锋消。,气流辐散，锋消,进一步说明：一个线性流场可分解为四种简单的流场 平流场 旋转场 辐合辐散 变形场前三种对锋生，锋消不起作用。,变形场：a.若等位温线与伸展的轴夹角45，则在辐合气流下易锋生b.若45，则辐散气流下易锋消；但等位温线会逐渐旋转使45变形场最有利于产生锋生在天气图上鞍型场最易产生锋生。,a,b,c,A利于锋生B利于锋生C不利于锋生（等位温线与膨胀轴正交）,（2）垂直运动作用 a.稳定大气（一般状态下）当 时，锋生 当 时，锋消,说明：0，（），下沉。0，上升。,同理，暖上升，冷下沉（辐散）锋消在稳定大气中，暖空气一侧相对于冷空气一侧是下沉的，则锋生；反之则锋消,，暖下沉，冷上升（辐合）锋生,(稳定度与垂直运动项):a)稳定大气 例：冷锋上山：其上空有等温线密集带，靠近其暖一侧有上升运动，上升绝热膨胀冷却，其暖一侧降温，而靠近其冷一侧上升运动很弱或无上升运动，靠近其冷一侧温度无变化，这样密集带等温线变稀疏，所以锋减弱或消失，锋消。冷锋下山：靠暖的一侧基本无下沉运动，温度无变化；其靠冷一侧，下沉运动很强，温度升高，等温线变稀疏，锋消。,b.在不稳定大气中 当，锋生 当，锋消 因为暖气团的凝结潜热作用抵消了上升作用。,b）不稳定大气例：冷锋上山，靠暖的一侧，大量水蒸气凝结释放潜热，温度升高；而靠近其冷的一侧上升运动很弱或无上升运动，温度变化不大。这样温度密度集带变密。所以锋生,（3）.非绝热加热项，暖空气相对加热，冷空气相对冷却则，锋生同理，则，锋消加热形式 凝结潜热加热有利于锋生 下垫面加热有利于锋消,非绝热加热项冷锋南下，暖锋北上，由于下垫面影响，锋消冷锋南下，靠冷一侧，下垫面影响大，温度升高,靠暖一侧，下垫面影响不大，所以等温线密集带变疏，锋消。,三、锋生、锋消的动力学特点,A,B,运动学锋生a 温度水平梯度加大（热成风加大），风垂直切变加大；等压面间厚度南侧加大北侧减小（等压面梯度上层加大地层减小）b 热成风平衡破坏，高层西风加速，低层西风减速 c 高层有向东的加速度，产生向北地转偏差，低层有向西的加速度，产生向南地转偏差d 锋区内地转偏差大于锋区外 有垂直于锋面的环流：锋生次级环流产生,次级环流又对锋生发生作用高层辐合发生在b点（冷边界），低层辐合发生在a点（暖边界），使得锋区发生倾斜，使这两处温度梯度加大，锋区加强。中层暖空气绝热冷却，冷空气绝热增温，中层趋于锋消,4.3影响锋生函数的因子,（l）非绝热加热 T1 T1 表示沿已存在温度梯度方向的非绝热加热的梯度产生的锋生作用。,（2）垂直运动作用 T2 T2 表示沿温度垂直梯度方向上，垂直速度的水平梯度产生的锋生作用。若大气为稳定层结/z0，当暖气团中下沉运动w0，而冷气团中有上升运动w0，相应有n h wo，则T2 0，表示锋生；相反为锋消过程,（3）水平运动辐合 T3 T3 表示在已有的水平温度梯度情况，水平辐合（D0）或水平辐散（D0）产生的水平温度梯度的增加（或减弱），即锋生或锋消。,（4）水平变形场的作用 T4 表示整个水平变形产生的锋生作用。为了更进一步简化，选择典型变形场，设x轴为变形场的膨胀轴，y 轴为收缩轴，而等位温线与x 轴的夹角为，相应位温梯度h 与 x 轴的夹角为900+，则位温梯度h=|h|(sin,-cos)，相应 T4 表达式为T4=-Esin2 2Fsin cos Ecos2/|h|/2，对线性变形场F=0(无切变变形），所以 相应,当 450，T4表示锋生作用，当 450，表示锋消作用，当=0，表示锋生作用最大。,水平运动-辐合场,鞍型场,4.4 中国的锋生锋消概况,4.4.1 中国的锋生区 一个是北方锋生区，位于河西走廊到东北一带;一个是南方锋生区，位于华南到长江流域一带。这两个锋生带是和南北两支高空锋区相对应的。锋生带随高空锋区的季节变化而相应地发生位移。自春到夏，锋生带逐渐北移，自夏到冬，则逐渐南移。,北方锋生区,北方锋生区季节变化特征冬季，由于这一带经常位于高空脊前槽后，地面反 气旋活动频繁而强，所以锋生不多。3月以后，这一带冷空气势力减弱，暖空气势力增强，高空槽活动频繁，锋生逐渐增多。5月以后高空锋区北移，中蒙边界一带锋生减少。（但我国东北地区，这时因常有冷涡存在，涡后强烈的冷平流常在东北及华北地区生成副冷锋。）,南方锋生区,南方锋生区，在冬半年（105月）位于江南地区，以春季最为活跃，因冷暖空气逐渐趋于势均力敌，高空东移低槽增多，地面倒槽容易发展，有利于锋生。67月间锋生带移到长江流域，盛夏北移到华北，9月后逐渐南移。,我国有些地区的锋生与地形有关。如天山北坡、南岭北坡和昆明-贵阳-成都一线的坡地等，都是常见的静止锋锋生区。,4.4.2 锋生的天气形势和气象要素变化,（1）天气形势 高空温压场形势 地面气压形势,冷式切变,暖式切变,（2）气象要素场的变化,锋生在变压场上有明显的反映：冷锋锋生前，由于冷平流，地面常有明显的正变压；暖锋锋生前，有明显的负变压。另外，锋生往往配合有云量增加和云层变厚，以及雨区的扩大和发展的天气现象。,东北地区的冷锋锋生,东北地区的冷锋锋生，天气形势和气象要素有下列变化：高空有低槽移入，出现明显的冷平流或冷平流加强。地面低槽显著加深，使槽后有较强冷空气侵入，且天空出现云量810量的密卷云。原停滞性的大陆高压突然向东或东南移动，高压前部3小时正变压达23hPa，同时偏北风加强。,江南地区锋生,江南地区，锋生天气形势特点为：500hPa常有高空槽自青藏高原上空东移，700hPa、850hPa图上都有明显的切变线，有时表现为一个变形场。南海高压或高脊往往加强北伸，江南上空出现大片偏南风，暖平流很强。,4.4.3 锋消,中国的锋消区主要在青藏高原以东 北纬3040度一带。该地区常处于东亚大槽后部，又处于高原东侧，下沉气流往往较强，有利于锋消。,从季节来看，夏半年锋消较多，绝大多数冷锋在中国大陆消失，极少能继续东移入海。太平洋副热带高压脊经常控制中国近海及东南大陆，受下沉气流影响，有利于锋消。此外，夏季冷空气本身不强，而南下又极易变性。,锋消，一般有下列几种情况：与地面锋线配合的高空槽减弱，地面甚至出现辐散流场，锋将减弱、消失。维持锋面的冷暖平流减弱、消失，锋也将减弱、消失。如东北地区冷锋锋消与冷平流减弱、中断有关。当冷中心位于低槽的西南或南部时，冷平流较弱甚至出现暖平流，锋减弱消失。当地面锋两侧变压差减弱或与锋相联系的天气区强度减弱，范围缩小，都是锋消的征兆。气团变性：锋在南下过程中由于下垫面的热力作用，总是引起锋消。,锋的移动,概况：地区差异，锋的移速北方比南方快。平均移速，西北35-50km/h，可达100km/h华北30-40km/h，可达90-100km/h华东、中南20km/h华南小于20km/h。季节差异，冬季最快，其次是春夏秋季。,锋的移动可以从以下几方面考虑：1、高空引导气流移速与其上空引导气流（700，500hpa）垂直于地面锋线的风速成正比。（随地区和季节有差异，要考虑高空气流本身的变化。）2、地面气压场低压槽越浅，移速越大；低压槽越深，移速越小。变压梯度越大，移速越大；变压梯度越小，移速越小。3、地面地转风假定不考虑摩擦影响，可用锋两侧地转风垂直于锋线的风速来估计移速，即当等压线与锋的交角越大，等压线越密，移速越快。4、地面摩擦及地形地面摩擦：移速减慢，上下层移速不同影响锋面坡度。地形：遇高原或山脉阻挡将变慢、变形，如天山静止锋、云贵静止锋等。,复习题,1、气团的概念及分类。锋，锋面，锋线，锋区含义是什么？2、请写出冷锋、暖锋、锢囚锋、冷性锢囚锋、暖性锢囚锋定义(空间结构及等温线分布)3、锋在空间状态为什么会随高度往冷的方向倾斜？4、锋区内等温线及等位温线为什么会存在密集带？5、对锋面坡度公式进行讨论6、请用锋面坡度公式解释锋面附近气压分布特征7、锋面附近要素场的特征是什么？锋面附近气压场、变压场、风场特征如何？（以密度零级和一级不连续不连续模拟锋面）,7、风随高度逆转快为什么可能有冷锋通过？同样，风随高度顺转快为什么表示可能有暖锋即将来临？8、如何在单站高空风分析图上判断测站上空，有无锋、锋的性质及其走向？9、锋生函数，锋生条件是什么？并用锋生，锋消公式讨论稳定及不稳定大气中，冷锋上山、下山是加强还是减弱？（注意讨论中包含物理解释）11、锋面分析的基本原则？12、我国有几个锋生带？主要锋消区在何处？锋生时要素场的特点如何？,在图中标出单站上空有无等平均温度线密集带。锋的分布，锋的走向和性质,在图中标出地面锋线对应的大致位置及性质,
