第二章_天气图的综合分析

1第二章天气图的综合分析向卫国22.1温压场的综合分析天气分析中常用的地面天气图和各层等压面图都是反映空间大气运动的工具。各种图上的现象都是互相联系的。只有将各种天气图配合起来进行综合分析，才能从整体上得到对大气运动的正确认识，从而为做好天气预报打下基础。32.1温压场的综合分析（续）为了了解各种不同层次的天气图之间的联系，首先要了解气压系统的垂直结构。静力学方程可以改写成(2.1)式。42.1温压场的综合分析（续）由（2.1）式可见：气压随高度的减小与温度的高低有关。温度愈高，气压随高度减小愈慢，这就是说，在暖空气中气压随高度的减小比在冷空气中慢。因此气压系统的垂直结构与温度分布有关。下面我们就根据这个原理来讨论三种常见的高低压系统的垂直结构。5一、深厚而对称的高压和低压此类系统是对称的冷低压和暖高压，是温度场的冷(暖)中心与气压场的低(高)中心基本重合在一起的温压场对称系统。6一、深厚而对称的高压和低压（续）由于冷低压中心的温度低，所以低压中心的气压随高度而降低的程度较四周气压更加剧烈，因此，低压中心附近的气压越到高空比四周的气压降低得越多，即冷低压越到高空越强。7一、深厚而对称的高压和低压（续）同样，由于暖高压中心温度高，所以高压中心的气压随高度降低的较四周慢，因此暖高压越到高空也越强。冷低压和暖高压都是很深厚的系统，从地面到500hPa以上的等压面图上都保持为闭合的高压和低压系统。8一、深厚而对称的高压和低压（续）图2.1是冷低压和暖高压在剖面图上的情形，从图中可以看到等压面的坡度随高度是增大的，说明冷低压和暖高压在剖面图上是随高度变强的。我国东北冷涡都是一种深厚的对称冷低压；西太平洋副热带高压是一种深厚的对称暖高压。9图2.1深厚而对称的气压系统的垂直剖面图(实线为等压面，虚线为等温面)10二、浅薄的对称高压和低压此类系统在低层是对称的暖低压和冷高压，其温度场的暖(冷)中心基本上和气压场的低(高)中心基本重合在一起。暖低压，由于其中心温度较四周高，所以气压下降较四周慢，低压中心上空的气压，到一定高度以后，反而变得比四周还高，成为一个高压系统。11二、浅薄的对称高压和低压（续）图2.2是暖低压和冷高压在剖面图上的情形。可以看到地面的暖低压如何到高空逐渐变为高压（表现为等压面从凹陷变成凸起）。同样，冷高压由于其中心温度较四周低，到高空一定高度以后变为一个低压系统。12图2.2浅薄而对称的气压系统的垂直剖面图(实线为等压面，虚线为等温面)低13二、浅薄的对称高压和低压（续）这两种系统，在地面图上较明显，到500hPa高度以上就消失或变为一个相反的系统。我国西北高原地区经常出现浅薄的暖低压；而南下的寒潮冷高压就是一种浅薄的冷高压系统。14三、温压场不对称的系统这类系统是指在地面图上冷暖中心和高低压中心不重合的高低压系统。图2.3是不对称的高低压系统在剖面图上的情形。15图2.3不对称的气压系统剖面图a不对称高压b不对称低压16三、温压场不对称的系统（续）从图2.3中可以看到，由于温压场的不对称，使得气压系统中心轴线(同一气压系统在各高度上的中心点连线)发生倾斜。在高压中，由于一边冷，一边暖，暖区一侧气压随高度降低比冷区一侧慢，所以高压中心越到高空越向暖中心靠近，即高压轴线向暖区倾斜。同样，在低压中。低压中心越到高空越向冷中心靠近，即低压轴线向冷区倾斜。在中纬地区，多数系统都是温压场不对称的，因而轴线都是倾斜的，如锋面气旋等即是。172.2锋面分析锋面是温度水平梯度比较大的区域，斜压性大，有利于垂直环流的发展与能量转换，因而锋面附近常有比较剧烈的天气变化和气压系统的发生和发展，所以锋区和锋线的分析在天气分析中占有非常重要的地位。182.2锋面分析（续）在高空等压面图上只要正确掌握温度记录的分析判断，要比较正确分析高空锋区并不困难。本节将要说明在地面天气图上如何确定锋线的要点。192.2锋面分析（续）由于地面气象要素受局地下垫面特征的影响，使得锋附近要素场特征不像理论上所说的那样明显，甚至锋面是否存在也很难辨别，这就使锋面分析成为天气分析中最困难的问题之一。现在来介绍一下在不同情况下如何灵活应用锋面附近气象要素的特征来确定锋面的位置和性质。202.2锋面分析——总体原则1.为了不盲目地在天气图上找锋面，首先可以按照历史连续性的原则，将前6小时或12小时锋面的位置描在待分析的天气图上，根据过去几张图的连续演变，结合地形条件，就可以大致确定本张图上锋面的位置。212.2锋面分析——总体原则（续）2.再结合分析高空锋区(在平原地区，分析850，700hPa等压面，高原地区分析500hPa等压面)，就可判断出地面图上锋面的位置和类型。222.2锋面分析——总体原则（续）根据锋面向冷区倾斜原理，地面的锋线应位于高空等压面图上等温线相对密集区的偏暖空气一侧，而且地面锋线要与等温线大致平行，高空锋区有冷平流时，它所对应的是冷锋；高空锋区有暖平流时，所对应的是暖锋。根据锋的连续演变，如果有冷锋赶上暖锋高空又有暖舌，则所对应的是锢囚锋高空锋区中冷、暖平流均不明显时，所对应的是静止锋。232.2锋面分析——总体原则（续）3.地面图上锋面位于气旋性曲率最大的地方：低压（槽）或冷高压前。24一、分析地面天气图上各气象要素场以确定锋面的位置(一)温度(二)露点(三)气压与风(四)变压（变温）(五)云和降水25(一)温度锋面的主要特征应是锋面两侧有明显的温差及冷锋后有负变温而暖锋后有正变温，但在大气底部气团的温度因受许多因素的影响，使某一地的气温不能正确代表气团的属性，因而使锋面两侧温差并不明显，甚至冷锋过后还可能升温；而在另一些没有锋面存在的区域温差却较明显。26(一)温度（续）1)造成锋面两侧温差不明显的原因：27(一)温度（续）1)锋面两侧辐射条件不同：冬半年早上或后半夜，大陆上冷锋前暖空气一侧云少风小，形成强的辐射逆温，地面温度极低(这种现象在冰雪覆盖的下垫面上很显著，而在干燥的北方也比湿润的南方要显著)，而冷峰后冷气团内因为有云覆盖而阻止长波向太空辐射，没有辐射逆温，甚至将辐射逆温破坏，这时冷峰后冷空气中低层气温可能要比暖空气中的还要高些，冷峰过后气温上升可达到5～6℃，△T24也为正值。28(一)温度（续）这种情况下利用温度的上升曲线就容易识别出来。夏半年白天，如果冷锋前暖空气一侧有云遮蔽，温度日变化的升温值小，而冷锋后晴空，温度日变化的升温值大，此时冷锋两侧温度差就不明显，△T24的代表性也不好。29(一)温度（续）2)锋面两侧蒸发凝结条件不同：夏季白天若冷锋前有降水，因雨滴蒸发吸收了暖空气中相当多的热量，温度日变化的升温值就减少，而冷空气中没有降水，日变化的升温不变。使锋面两侧温差减小。30(一)温度（续）3)锋面两侧垂直运动不同：冷锋从高原下到平原，冷锋后的冷空气下沉运动较锋前暖空气强烈得多，增暖也较暖空气中为多，使冷暖空气间温差减小。31(一)温度（续）4)冬季，在我国北方或在盆地里，锋前晴而风小，近地面层辐射强烈冷却，有一层气温很低，密度较大的冷膜形成；在四周均为高山的盆地里，这种冷膜更容易形成。当锋面后的冷空气密度不如冷膜中的冷空气密度大时，则锋面在冷膜上滑行。近地面的气温不受锋面影响，地面锋线两侧没有明显的温差。32(一)温度（续）5)夏季，冷锋自大陆移到海面上，由于海面温度比较低，有时会使冷锋后的气温反而比锋前高。33(一)温度（续）2.非锋面造成的常定温差带：在海岸线附近，因为下垫面性质不同容易造成温差，而且有时还伴有风的差异，甚至可能把局地云和降水的纪录也误认为有锋存在。所以是否有锋存在，不能只着眼于地面某些要素的特征还要考虑历史的连续性，并配合三度空间内其他资料来确定。在高原与平原接壤处，因为测站海拔高度不同也容易造成温差，也不一定是锋面存在表现。34(二)露点一般说来，暖空气来自南方比较潮湿的洋面上，气温高，水汽含量多，露点温度也较高；来到我国的冷空气一般来自欧亚大陆，温度低，水汽含量少，露点温度也低，35(二)露点（续）所以锋面附近露点差异显著。在没有降水发生的条件下，露点温度比温度更为保守，能更好地表达气团的属性，对确定锋的位置很有用，但是如果锋面附近任一侧有降水发生，那么锋面附近的露点差异就不能很好地反映气团属性的差异了。36(三)气压与风如果以温度的零级不连续面模拟锋面，已经证明在锋面两侧的气压是连续分布的，但是气压梯度并不连续，等压线通过锋面时会有折角，而且折角尖端指向高压，锋面两侧的风有气旋式切变。37(三)气压与风（续）如果等压线与锋线平行，则锋面两侧等压线密集程度一定不同，而两侧的风向虽没有差异但风速却不同时，这也是气旋式切变，这种等压线互相平行，但仅是梯度不同，而风场具有气旋性切变的气压场型式称为隐槽(图2.5)。38隐槽39(三)气压与风（续）如果以温度的一级不连续面来模拟锋面，则锋面两侧的气压、气压梯度都连续，而只是气压的二阶空间微商即等压线的曲率或挤度不连续。天气图上等压线经过锋线时，不一定要画折角，一般只要有明显的气旋性弯曲就可以了，只是在锋区很狭窄而锋又很明显时，亦可画折角。40(三)气压与风（续）锋面位于气旋性曲率最大的地方，但是有气旋性切变处不一定有锋。另外，风也受地形影响，夏季沿海还受到海陆风的影响，日变化也较明显。41(三)气压与风（续）因此，在利用风场来确定锋面位置时，一定要注意风的代表性及一些特殊地方锋面过境时风的演变特点。例如位于秦岭北侧渭水河畔的西安市，冷锋从河套西侧南下而过该站时，风向就转为西南，冷锋愈强，西南风愈大。又如冷空气从天山和阿尔金山之间进入南疆盆地时，锋后均吹偏东风。42(三)气压与风（续）一般地说，风速较大时其风向、风速能反映大范围空气运动的情况，可以作为定锋的依据。43(四)变压1.三小时变压(△P3)：冷锋后常为较强的+△P3，冷锋前常为较弱的+△P3或-△P3；暖锋前常有较强的-△P3，暖锋后为较弱的-△P3或+△P3；锢囚锋后往往是+△P3，锋前为-△P3。但当两条冷锋相向而行形成锢囚锋后，则其两侧都会出现+△P3，例如我国华北锢囚锋就是这样。44(四)变压（续）锋面过境时，三小时气压倾向呈折角，折角处就表示锋面过境的时间。以上特征都可作为定锋面位置或时间的依据。45(四)变压（续）但要注意气压的日变化和气压系统本身的加强或减弱的影响。例如：08时地面图上，以+△P3居多，因而冷锋两侧都为+△P3；到14时地面图上，以-△P3居多，因而弱冷锋两侧可能都为负值，只是冷峰后的负值比冷锋前要小。46(四)变压（续）2.24小时变压和变温(△P24和△T24)：因为△P24和△T24可以消除日变化的影响，在地形较复杂的地区能较好地反映出冷、暖空气活动的情况。冷锋后一般有大的正24小时变压和负24小时变温，冷锋前可有小的24小时负变压和正24小时变温。应该指出，气温受天空状况的影响较大，有时会失去代表性，但24小时变压却比较好。47(五)云和降水一般在云和降水较明显的地区常有锋面存在，但各地锋面活动造成的云和降水有很大差别，所以应按地方性特点来具体分析和考虑。48二、应用卫星云图照片分析锋面(一)锋面云系(1)冷锋云系(2)暖锋云系(3)锢囚锋云系(二)锋面位置(三)铟囚锋生(四)非锋面的云带49(一)锋面云系在卫星云图照片上，锋面往往表现为带状云系，称之为锋面云带。这种云带一般长达数千千米；宽度则各处差异很大，窄的只有2～3个纬距，宽的达8个纬距左右，平均为4～5个纬距左右。锋面云带常是多层云系，最上面的一层是卷状云，下面是中云或低云。50(一)锋面云系（续）锋可以分为两类：一类是暖空气主动地沿锋面上升，此类锋的云带较宽，我们把具有完整云带的锋称为“活跃的锋”，它一般都出现在强斜压性区域内。另一类是冷空气主动下沉，迫使其前面的暖空气抬升，云图上表现为云带窄，甚至断裂，也可能没有云带，我