天气学的一个经典问题是，如何把中尺度的垂直运动及云和降水分布，与日常观测的天气尺度的三维水平风场、温度场和气压场有机地联系起来。挪威学派的极锋气旋模式，是通过不同性质气团的空气沿倾斜锋面的相对运动，来解释云和降水的分布特征。尽管这种模式简单明了，至今仍很流行，然而它是粗线条的，不能解释气旋中云和降水结构的许多重要变化，特别是云和降水的中尺度结构。在某些情况下，尽管没有明显的锋面或地面气旋存在，但仍会有云和降水结构出现，这也是挪威极锋模式所不能解释的。
应该说垂直运动场与准地转强迫是比较一致的，但是云和降水并非与垂直运动保持完全一致，因而准地转动力学并不总是能够解释气旋中的云和降水的分布特征。这说明极锋模式和准地转强迫都不能很好地揭露气旋中云和降水的分布规律。
分析表明云和降水的分布与空气在天气尺度系统中，沿倾斜等熵面的上升或下降运动有密切的关系，为了与小尺度对流风暴中垂直运动相区分，人们把这种倾斜运动称为倾斜对流。倾斜对流不能明显地在等压面图上分析出来，但是通过对中纬度天气系统中气流的等熵轨迹分析，能够抓住三维倾斜运动的特点。因此，自60年代以来，等熵分析再次引起人们的兴趣，它在气旋的三维气流分析中，获得了较大的成功。在这里我们将把等熵分析得到的倾斜运动与气旋三维结构的关系及其对云和降水的影响进行介绍。
当气块作绝热运动时，其位温是保守的，因此气块只能沿等熵面运动。当系统发展较慢且没有非绝热过程发生时，等熵面保持相对稳定的状态，这时气旋系统的等熵面随系统的移动，应保持一种相对稳定的结构。通过相对气流在等熵面上的运动，可以准确地分析出三维气流结构，当然实际大气中气旋总是在不断地发展变化并且受到非绝热的影响，但是，作为一级近似，通过对等熵面上与系统移动相对气流的分析，可以定性地得到倾斜对流的三维结构。事实证明这种分析对于温带气旋的云和降水分布特征能给出很好的解释。
等熵分析用Lagrange气流概念修正了过时的气团分析的静态概念。在相对等熵气流中，来自不同性质气团的气流会聚成剧变的水汽梯度带、狭窄的相当位温与位温过渡带，从中人们可以得到暖湿输送带，冷输送带，高、低空急流等天气尺度气旋中的中尺度结构特征，这些气流的几何形状和动力特征往往决定了云和降水的分布及气旋的结构和演变。
(1)斜压波中相对等熵气流
在随系统一起移动的等熵坐标中，流线(在定常运动的假定下，流线即是气流的轨迹线)描述了高低层空气的垂直交换，定义波动的相速为特定槽脊系统向东移动的速度，如图4.32给出了与槽脊相关的经向气流结构。
图4.32中环流主要由两支不同气流组成，一支是暖湿的上升支A-A，它遵循反气旋的路径，并在a点达到饱和，在a点以上为云层所在。另一支为来自对流层上部或者平流层下部的干冷下沉气流D-D，它也遵循反气旋路径，流向地面冷锋的西侧。部分下沉气流D-C在槽线附近分裂出来，以气旋性路径上升并在对流层中上部与上升气流A-A汇合，形成渐近线。由于渐近线由性质差别很大的干冷空气与暖湿空气相汇合而成，从而在云带的西部形成了泾渭分明的边界线，云带的西部边界与风速最大值或强风速带相对应。产生上述结构的原因是：①等熵面随纬度的增加而升高；②低层等熵面上的空气移动速度小于槽脊的移动速度，而为槽脊所赶上；③高层等熵面上的空气移动速度大于槽脊的移动速度，而追上槽脊；④空气在槽前上升槽后下沉。
(2)温带气旋的三维气流
温带气旋中的三维气流是在上述斜压波三维气流之后再加上地面低压环流构成的，实际观测的温带气旋的云和降水分布与高低空急流等之间的关系可用Carlson所提出的概念模式图加以描述(如图4.33)。
图4.33中所示的气流为等熵面上相对于成熟温带气旋的空气运动轨迹，根据来源不同可分为三股主要气流，其中第一股来自低纬度偏东气流，称为暖输送带。此气流转向北后与冷锋平行，当移至暖锋上空时以反气旋曲率上升，在地面低压中心东北的高层脊附近与高层气流会合。它与高空槽前冷锋上空的西南气流一起形成逗点云系。第二股源自地面低压以东的高压，为低层反气旋气流，可称为冷输送带，这股气流由东侧吹向低压，向西穿过暖输送带先以气旋性曲率绕气旋中心北侧向西并迅速上升，然后继续上升并以反气旋曲率转向东北与高层脊附近的暖输送带会合，或者位于暖输送带以下。伴随冷输送带的中低云，位于低压西侧及北侧使逗点云系的头部西伸。
在逗点云西侧及逗点云头部北侧与西北侧的显著云边，构成低压东北的反气旋卷云盾，这是由于暖空气与第三股主要气流会合而来。第三股主要气流来自高空槽西北的脊线下游的高对流层或平流层。其中一部分呈反气旋下沉，移至地面冷锋西侧与地面高压系统东侧的低对流层。一部分与反气旋气流分开，跨越槽线后在无云区与暖输送带平行，并沿冷输送带的高云边缘上升。西南高空急流中心位于干舌东缘。
本文标题：温带气旋的结构和概念模型(3)
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