第四章 中纬度天气系统

    锋面和气旋是中纬度最典型的两类天气系统，它们与低纬度、极地的天气系统有着本质的差别。中纬度许多天气现象与锋面、气旋有关。这两类中纬度天气系统既有区别又有联系。挪威学派的锋面-气旋模型奠定了锋面、气旋的理论基础，而现代的探测技术、数值模拟的发展给锋面、气旋等中纬度的天气系统的进一步被认识提供可能。本章主要介绍锋的概念、锋面模型、锋面天气、锋生和锋消、温带气旋和反气旋的结构特征，气旋发展的几种基本理论以及西风带槽脊系统的发展。

4．1 锋面系统

    大气锋面是天气学中最经典的概念之一，同样它也是最重要的中纬度的天气系统之一。早在20世纪20年代初，卑尔根(Bergen)学派的气象学家在一系列的著名的论文中(如Bjerknes，1919；Bjerknes和Solberg，1922)就提出了中纬度天气尺度气旋结构和演变的概念模型，其中最著名的模型就是气旋-锋面模型，这个模型及其有关的分析技术在天气学和业务预报中占有支配地位。

4．1．1 锋面的基本特征

    1．锋的概念

    在大气科学中，一般将在热力学场和风场具有显著变化的狭窄倾斜带定义为锋面，它具有较大的水平温度梯度、静力稳定度、绝对涡度以及垂直风速切变等特征。如果从气团概念来看锋面，锋面可以定义为冷、暖两种不同性质气团之间的过渡带，这种倾斜过渡带有时称为锋区。锋面与地面相交的线，叫锋线，习惯上又把锋面和锋线统称为锋。

    锋面是一个具有三维结构的天气系统，其三维空间结构的概念模型如图4.1。在一水平面上，锋面呈现为一个狭长带，它具有一定的宽度，其宽度随着高度的增加而增加，在近地面层一般为几十公里，而在高层可达20～400km。对于大气锋面，沿锋面的尺度一般要远大于跨越锋面的尺度。沿锋面的尺度一般为1000～2000km，而跨越锋面的尺度为100～200km。如果依照Orlanski(1975)有关大气运动的尺度的定义(见第一章)可知，沿锋面这一维，属于中-α尺度(200～2000km)；而跨锋面这一维，属于中-β尺度(20～200km)。锋面在垂直方向的厚度一般大约为1～2km，属于浅层系统，当然有的锋面可以从地面一直伸展到对流层顶附近，例如极锋。

    2．锋的分类

    锋的分类根据其着眼点的不同而不同，大致有以下几种分类：

    根据锋在移动过程中冷、暖气团所占有的主次地位，可将锋分为：冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚锋。

    根据锋的伸展高度可将锋分为：地面锋(或低层锋)和高空锋(或高层对流层锋)。

    根据锋面两侧的气团来源的地理位置不同，可将锋分为：冰洋锋、极锋和赤道锋(热带锋)。

    这几种锋的分类并非绝对不变，而且这三者可以交叉使用。例如：地面冷锋、高空暖锋等。
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