1、2022-8-111第六章天气系统与大气环流2022-8-1127节，8学时第一节第一节 中高纬度地区的天气系统中高纬度地区的天气系统第二节第二节 温带气旋与反气旋温带气旋与反气旋第三节第三节 中、小尺度天气系统中、小尺度天气系统第四节第四节 热带天气系统热带天气系统第五节第五节 季风与梅雨季风与梅雨2022-8-113天气n是指某一地区、在某一时段内由各种气象是指某一地区、在某一时段内由各种气象要素所综合体现的大气状态。要素所综合体现的大气状态。n大气中发生的阴、晴、风、雨、雷、电、雾、大气中发生的阴、晴、风、雨、雷、电、雾、霜、雪等等都是天气现象，它们的产生都与天霜、雪等等都是天气现象，它
2、们的产生都与天气系统的活动有密切的关系，天气与人类的生气系统的活动有密切的关系，天气与人类的生活、社会、经济活动有十分密切的关系。活、社会、经济活动有十分密切的关系。2022-8-114天气系统n是指具有一定的温度、气压或风等气象要是指具有一定的温度、气压或风等气象要素空间结构特征的大气运动系统。素空间结构特征的大气运动系统。n如有的以空间如有的以空间气压分布气压分布为特征组成高压、低压、为特征组成高压、低压、高压脊、低压槽等。高压脊、低压槽等。n有的则以有的则以风的分布风的分布特征来分，如气旋，反气旋，特征来分，如气旋，反气旋，切变线等。切变线等。n有的又有的又以温度分布以温度分布特征来确定
3、，如锋。特征来确定，如锋。n还有则的以某些还有则的以某些天气特征天气特征来分，如雷暴，热带来分，如雷暴，热带云团等。云团等。2022-8-115天气系统n通常构成天气系统的气压，风，温度及气通常构成天气系统的气压，风，温度及气象要素之间都有一定的配置关系。象要素之间都有一定的配置关系。n大气中各种天气系统的空间范围是不同的，大气中各种天气系统的空间范围是不同的，水水平尺度可从几公里到平尺度可从几公里到12千公里千公里。n其生命史也不同，从其生命史也不同，从几小时到几天几小时到几天都有。都有。2022-8-116n地球上每一个地方的地球上每一个地方的n如气象台发布有寒潮要过境，这是向人们发布从西
4、北方向有强冷如气象台发布有寒潮要过境，这是向人们发布从西北方向有强冷气要移过来；气要移过来；n又如气象台发布台风警报，这是告诉人们从热带西太平洋有凶猛又如气象台发布台风警报，这是告诉人们从热带西太平洋有凶猛的暴风雨要移过来的暴风雨要移过来n这些（冷高压、台风）在气象学中称为天气系统。这些（冷高压、台风）在气象学中称为天气系统。n如果利用气象卫星从高空向地球上空飘浮的云团拍摄照片，就可如果利用气象卫星从高空向地球上空飘浮的云团拍摄照片，就可以看到大大小小的天气系统夹杂在一起，以看到大大小小的天气系统夹杂在一起，。n天气系统是在全球大气环流上演变的扰动系统，因此，它天气系统是在全球大气环流上演变的
5、扰动系统，因此，它与全球大气环流是密不可分的。与全球大气环流是密不可分的。n本章将阐述本章将阐述和和的特征和结构。的特征和结构。2022-8-117常见的各种尺度的天气系统常见的各种尺度的天气系统水平尺度水平尺度(km)2*103 2*102 2尺度定义尺度定义大大 尺尺 度度中间（天气）尺度中间（天气）尺度中中 尺尺 度度小小 尺尺 度度天天气气系系统统温温 带带超长波、长波超长波、长波 气旋、锋气旋、锋 背风波背风波 雷雷 暴暴副热带副热带副热带高压副热带高压 副热带低压、切变线副热带低压、切变线 飑线、暴雨飑线、暴雨 龙卷风龙卷风热热 带带 热带辐合带、季风热带辐合带、季风 台风、云团台
6、风、云团 热带风暴、对流群热带风暴、对流群 对流单体对流单体2022-8-118第一节中高纬度地区的天气系统2022-8-119n中、高纬度地区的大气是斜压大气中、高纬度地区的大气是斜压大气n即大气中等压面与等温面不重合，温度在水平即大气中等压面与等温面不重合，温度在水平分布存在着明显的不均匀性。分布存在着明显的不均匀性。n典型的天气系统有：典型的天气系统有：n锋面锋面n温带气旋和反气旋温带气旋和反气旋n阻塞高压、切断低压阻塞高压、切断低压n急流等急流等2022-8-1110气团n是指在水平方向上大气的物理属性主要指是指在水平方向上大气的物理属性主要指温度、湿度和稳定度相对比较均匀的大块温度、
7、湿度和稳定度相对比较均匀的大块空气块。空气块。n其水平尺度达到几百至几千公里，垂直尺度约其水平尺度达到几百至几千公里，垂直尺度约几公里到十几公里。几公里到十几公里。n气团的形成必须具有范围大，性质均匀的下垫气团的形成必须具有范围大，性质均匀的下垫面，还须有合适的环流条件。面，还须有合适的环流条件。2022-8-1111气团的分类n按形成的地理位置分按形成的地理位置分n极地气团极地气团n极地大陆气团极地大陆气团n极地海洋气团极地海洋气团n热带气团热带气团n热带海洋气团热带海洋气团n热带大陆气团热带大陆气团n中纬度气团中纬度气团n它们主要来自极地或热带的变性气团。它们主要来自极地或热带的变性气团。
8、n按热力分类按热力分类n冷气团冷气团n暖气团暖气团2022-8-1112活动于我国的主要气团，随季节而有变化n冬季冬季n以极地大陆气团为主以极地大陆气团为主n南方部分地区则会受热南方部分地区则会受热带海洋气团影响带海洋气团影响n夏季夏季n主要受热带海洋和热带主要受热带海洋和热带大陆气团影响大陆气团影响n北方则仍会受极地大陆北方则仍会受极地大陆气团影响。气团影响。n春、秋季春、秋季n则主要有变性极地大陆则主要有变性极地大陆气团和热带海洋气团。气团和热带海洋气团。2022-8-1113一、锋面(一)锋面的定义n在中纬度的在中纬度的对流层对流层存在着存在着水平范围达数千水平范围达数千公里公里，热力性
9、质不同的气团，即冷气团和，热力性质不同的气团，即冷气团和暖气团。冷、暖气团之间总存在一个交界暖气团。冷、暖气团之间总存在一个交界面，这个交界面就是面，这个交界面就是。n当冷气团控制时，天气很冷，常常天气晴朗当冷气团控制时，天气很冷，常常天气晴朗n如冬季寒潮过境后，我国北天气又冷又干；如冬季寒潮过境后，我国北天气又冷又干；n而在暖气团控制时，天气暖和而潮湿而在暖气团控制时，天气暖和而潮湿n如在夏季我国长江流域梅雨季节，空气又热又潮。如在夏季我国长江流域梅雨季节，空气又热又潮。n锋面概念是皮叶克尼斯于锋面概念是皮叶克尼斯于1919创立的，这个概创立的，这个概念至今还广泛在气象学和天气预报中应用。念
10、至今还广泛在气象学和天气预报中应用。2022-8-11142022-8-11152022-8-1116虚线来示温度，实线表示位温，粗实线表示锋区上、下界和对流层顶虚线来示温度，实线表示位温，粗实线表示锋区上、下界和对流层顶2022-8-1117n如图所示，锋面是一个温度的不连续面，锋面的如图所示，锋面是一个温度的不连续面，锋面的南北南北长度可达数千公里长度可达数千公里，它的，它的宽度可达几百公里宽度可达几百公里。n它在近地面层中宽约数十公里，在高层可达它在近地面层中宽约数十公里，在高层可达200-400公里。公里。n冷气团空气密度大，位于下方，冷气团空气密度大，位于下方，n暖气团空气密度小，位
11、于上方。暖气团空气密度小，位于上方。n一般把锋面增强过程，称为一般把锋面增强过程，称为（frontogenesis）n相反，把锋面上温度梯度变小过程，称为相反，把锋面上温度梯度变小过程，称为（frontolysis）n锋面与地面相交而成的线，叫做锋面与地面相交而成的线，叫做。n一般把锋面和锋线统称为锋。一般把锋面和锋线统称为锋。2022-8-11182022-8-1119锋面坡度锋面坡度2022-8-1120(二)锋面的分类n锋面按照它移动的方向分为：锋面按照它移动的方向分为：n冷锋冷锋n暖锋暖锋n静止锋静止锋n锢囚锋锢囚锋2022-8-1121(1)冷锋n冷气团向着冷气团向着暖气团方向暖气团
12、方向移动的锋面移动的锋面称冷锋称冷锋。2022-8-1122(2)暖锋n暖气团向着暖气团向着冷气团移动冷气团移动的锋面称暖的锋面称暖锋。锋。2022-8-1123(3)准静止锋n冷暖气团势力相当，使锋面呈来回摆动，冷暖气团势力相当，使锋面呈来回摆动，这种锋的移动速度很小，可近似看作静止。这种锋的移动速度很小，可近似看作静止。2022-8-1124(4)锢囚锋n是冷锋追上暖锋，将地面是冷锋追上暖锋，将地面空气挤至空中，地面完全空气挤至空中，地面完全为冷空气所占据，造成冷为冷空气所占据，造成冷锋后面冷空气与暖锋前部锋后面冷空气与暖锋前部的冷空气相接触的锋面。的冷空气相接触的锋面。n如果前面的冷气团
13、比较暖湿，如果前面的冷气团比较暖湿，后面的冷气团比较寒干，则后面的冷气团比较寒干，则后面的冷气团就楔入前面冷后面的冷气团就楔入前面冷气团的底部，形成气团的底部，形成冷锋式锢冷锋式锢囚锋囚锋；n如果后面的冷空气不如前面如果后面的冷空气不如前面的冷空气那样冷而干，则后的冷空气那样冷而干，则后面相对暖的冷气团会滑行于面相对暖的冷气团会滑行于前面冷气团之上，形成前面冷气团之上，形成暖式暖式锢囚锋锢囚锋。2022-8-1125(三)锋面结构n由于锋面是冷、暖气由于锋面是冷、暖气团的交界面，因此，团的交界面，因此，它的结构有如下特征：它的结构有如下特征：n在高空，锋面为等温在高空，锋面为等温线的密集带，锋
14、面内线的密集带，锋面内的水平温度梯度很大，的水平温度梯度很大，锋面内等温线上、下锋面内等温线上、下界处有一明显的折角；界处有一明显的折角；n在锋区内垂直温度梯在锋区内垂直温度梯度很小。度很小。n这点与锋区外温度这点与锋区外温度分布的结构相反，分布的结构相反，在锋区外，温度的在锋区外，温度的垂直梯度很大，而垂直梯度很大，而水平梯度较小。水平梯度较小。虚线来示温度，实线表示位温虚线来示温度，实线表示位温粗实线表示锋区上、下界和对流层顶粗实线表示锋区上、下界和对流层顶2022-8-1126(三)锋面结构n锋面可以近似看成是物质锋面可以近似看成是物质面，根据第三章所述，在面，根据第三章所述，在绝热条件
15、下，气块的位温绝热条件下，气块的位温在运动过程中是守恒的，在运动过程中是守恒的，因此，可以运用位温很好因此，可以运用位温很好地分析锋面的结构地分析锋面的结构n等位温线的分布可以直等位温线的分布可以直观地表征锋面厚度和斜观地表征锋面厚度和斜率，如图，在锋面外等率，如图，在锋面外等位温线一般由北向南降位温线一般由北向南降低，而低，而锋区内位温垂直锋区内位温垂直梯度比锋区外大梯度比锋区外大。n锋区内等位温线密集，锋区内等位温线密集，且与锋区平行且与锋区平行。虚线来示温度，实线表示位温虚线来示温度，实线表示位温粗实线表示锋区上、下界和对流层顶粗实线表示锋区上、下界和对流层顶2022-8-1127(三)
16、锋面结构n由于水平温由于水平温度梯度大，度梯度大，锋区中风速锋区中风速随高度迅速随高度迅速增大增大，最大，最大风速中心位风速中心位于锋面上空。于锋面上空。2022-8-1128n我国位于欧亚大陆的东部，在冬、春季经我国位于欧亚大陆的东部，在冬、春季经常可观测到西伯利亚冷气团的前锋有寒带常可观测到西伯利亚冷气团的前锋有寒带极锋活动。极锋活动。n由于锋面能够把暖空气抬升，所以在由于锋面能够把暖空气抬升，所以在。2022-8-11292022-8-1130第二节温带气旋与反气旋2022-8-1131n温带气旋与反气旋是与温带中低、高压相温带气旋与反气旋是与温带中低、高压相伴的大气环流系统。伴的大气环
17、流系统。n温带气旋和反气旋的概念至今还在日常天气预温带气旋和反气旋的概念至今还在日常天气预报中广泛应用报中广泛应用n本节着重阐述温带气旋和反气旋模式，它本节着重阐述温带气旋和反气旋模式，它们的生命史和结构等。们的生命史和结构等。2022-8-1132一、温带气旋模型和生命史是指生成和活动于中高纬温带地是指生成和活动于中高纬温带地区的低气压系统。区的低气压系统。n从气压场看，是中心气压低于四周，并有闭合从气压场看，是中心气压低于四周，并有闭合等压线的低压系统。等压线的低压系统。n从风场看，在北半球低压区内，风绕低压中心从风场看，在北半球低压区内，风绕低压中心作逆时针旋转。作逆时针旋转。n气象上将
18、这种风逆时针旋转系统称为气象上将这种风逆时针旋转系统称为气旋气旋。n温带气旋往往由冷、暖气团组成并伴随有冷、温带气旋往往由冷、暖气团组成并伴随有冷、暖锋活动。这种温带气旋也称为暖锋活动。这种温带气旋也称为锋面气旋锋面气旋。2022-8-11332022-8-1134(一)关于气旋模型的发展史n在在19世纪菲兹洛依（世纪菲兹洛依（Fitz-Roy）提出有关）提出有关温带气旋的初步模型，他指出：温带气旋的初步模型，他指出：n温带气旋是两种气团所构成的，这两气团中温温带气旋是两种气团所构成的，这两气团中温度、水汽和运动各不相同度、水汽和运动各不相同n暖湿气团来自副热带，而冷气团来自极地暖湿气团来自副
19、热带，而冷气团来自极地n温带气旋形成于这两种气团的交界面，它的运温带气旋形成于这两种气团的交界面，它的运动方式取决于两气团气流间的运动。动方式取决于两气团气流间的运动。2022-8-1135(一)关于气旋模型的发展史（续1）n然而，在然而，在19世纪末赫姆霍茨世纪末赫姆霍茨(Helmhotz)和和一些学者提出了气旋是一种不连续面。一些学者提出了气旋是一种不连续面。n他们主要根据当时在欧洲进行试验所得的结果，他们主要根据当时在欧洲进行试验所得的结果，构想了气旋的气压形式可能是一种涡，他们并构想了气旋的气压形式可能是一种涡，他们并不考虑气旋系统的运动。不考虑气旋系统的运动。2022-8-1136(
20、一)关于气旋模型的发展史（续2）n在第一次世界大战的末期，皮叶克尼斯在在第一次世界大战的末期，皮叶克尼斯在1918年总结了在斯堪的纳维亚半岛比较密年总结了在斯堪的纳维亚半岛比较密集的测站观测结果，提出了一种气旋模型。集的测站观测结果，提出了一种气旋模型。n之后，皮叶克尼斯和索尔贝格之后，皮叶克尼斯和索尔贝格（J.Bjerknes and Salberg）1921年又年又提出了气旋模型（如图）。提出了气旋模型（如图）。2022-8-11372022-8-1138(一)关于气旋模型的发展史（续3）n虽然这两种模型略有差别，它们有共同之虽然这两种模型略有差别，它们有共同之处，在北半球气旋的气流都是成
21、反时针旋处，在北半球气旋的气流都是成反时针旋转。转。n在皮叶克尼斯所提出的气旋模型中冷空气在皮叶克尼斯所提出的气旋模型中冷空气成为一楔状插在冷空气的下方，云雨分布成为一楔状插在冷空气的下方，云雨分布可以由冷暖锋上暖空气绝热上升冷却很好可以由冷暖锋上暖空气绝热上升冷却很好地解释，气旋的动能是来源于冷暖气团的地解释，气旋的动能是来源于冷暖气团的位能差。位能差。n皮叶克尼斯所提出的气旋概念符合实际观测，皮叶克尼斯所提出的气旋概念符合实际观测，迄今还在天气预报中广泛应用。迄今还在天气预报中广泛应用。2022-8-1139(一)关于气旋模型的发展史（续4）n皮叶克尼斯认为气旋扰动来源于波状扰动，皮叶克尼
22、斯认为气旋扰动来源于波状扰动，这为这为Rossby在在20世纪世纪30年代提出年代提出Rossby波波奠定了基础；奠定了基础；n并且，他认为气旋能量来源于冷暖气团的并且，他认为气旋能量来源于冷暖气团的位能差，这为位能差，这为40年代恰尼提出年代恰尼提出斜压不稳定斜压不稳定奠定了基础。奠定了基础。2022-8-1140(二)气旋的生命史n气旋在正常情况要经历一系列典型阶段：气旋在正常情况要经历一系列典型阶段：1.初始扰动阶段初始扰动阶段2.发展阶段发展阶段3.锢囚阶段锢囚阶段2022-8-11411.初始扰动阶段n如图所示，初始如图所示，初始场扰动可以场扰动可以从一从一平直的准静止锋平直的准静止
23、锋上形成一小振幅上形成一小振幅的波动的波动，在锋的，在锋的两侧气流方向相两侧气流方向相反，在反，在锋面上气锋面上气流有气旋性切变流有气旋性切变（即成反时针方（即成反时针方向旋转）。向旋转）。2022-8-11422.发展阶段n初始场扰动波幅不断初始场扰动波幅不断增大，这时可以明显增大，这时可以明显见到见到冷锋与暖锋的发冷锋与暖锋的发展展n在冷锋的西边也有强劲在冷锋的西边也有强劲的西北风和冷空气，而的西北风和冷空气，而在冷锋的前方有西南风在冷锋的前方有西南风和暖空气；和暖空气；n并且在暖空气的前方有并且在暖空气的前方有暖锋，在暖锋后方有西暖锋，在暖锋后方有西南风，而在它的前方有南风，而在它的前方
24、有东南风。东南风。2022-8-11433.锢囚阶段n随着暖空气沿随着暖空气沿暖锋上升到高暖锋上升到高层，同时冷空层，同时冷空气成楔状切入气成楔状切入暖空气。这样，暖空气。这样，暖区渐渐减小；暖区渐渐减小；而后冷锋步步而后冷锋步步追赶上暖锋，追赶上暖锋，当冷锋与暖锋当冷锋与暖锋重合，这时气重合，这时气旋称旋称。2022-8-11443.锢囚阶段（续）n在气旋锢囚阶段，暖锋很弱，甚至完全消在气旋锢囚阶段，暖锋很弱，甚至完全消失，随之，云雨区也渐渐消失了，这就意失，随之，云雨区也渐渐消失了，这就意味着气旋经历了锢囚阶段；之后，气旋就味着气旋经历了锢囚阶段；之后，气旋就慢慢消失。慢慢消失。2022-
25、8-1145n锋面气旋系统由生成、发展而至消散的过程（称为生命周期锋面气旋系统由生成、发展而至消散的过程（称为生命周期 life-cycle）n的时候冷锋在气旋的中心一带已经赶过暖锋了，称为囚锢（的时候冷锋在气旋的中心一带已经赶过暖锋了，称为囚锢（occlusion）n至时冷锋完全赶过暖锋，冷空气和暖空气相互混合，锋面乃告消失，或剩下不至时冷锋完全赶过暖锋，冷空气和暖空气相互混合，锋面乃告消失，或剩下不清不楚的滞留锋面。清不楚的滞留锋面。n图中上面一排为较北边那条虚线处的垂直剖面，可看到气旋中心（低气压中心）图中上面一排为较北边那条虚线处的垂直剖面，可看到气旋中心（低气压中心）的降水系统。的降
26、水系统。n下面一排则为较南边虚在线的垂直剖面，冷锋和暖锋上的降水系统也充分的显示下面一排则为较南边虚在线的垂直剖面，冷锋和暖锋上的降水系统也充分的显示出来。出来。2022-8-11462022-8-1147n温带气旋的平均直径约温带气旋的平均直径约1000公里左右，有公里左右，有的可达的可达23千公里，并大体呈园形。千公里，并大体呈园形。n在我国活动的温带气旋主要有：在我国活动的温带气旋主要有：n北方气旋：北方气旋：n蒙古气旋，东北低压，黄河气旋蒙古气旋，东北低压，黄河气旋n南方气旋：南方气旋：n江淮气旋江淮气旋n东海气旋等东海气旋等2022-8-1148二、温带反气旋及其分类n是指生成和活动
27、于中是指生成和活动于中高纬、温带地区的高高纬、温带地区的高气压系统。气压系统。n从气压场看是中心气压从气压场看是中心气压高于四周，并有闭合等高于四周，并有闭合等压线的高压系统。压线的高压系统。n从风场看，在北半球高从风场看，在北半球高压区内，风绕高压中心压区内，风绕高压中心作顺时针旋转。作顺时针旋转。n因此也称为反气旋。因此也称为反气旋。2022-8-1149二、温带反气旋及其分类（续）n反气旋经常与气旋伴随产生。反气旋经常与气旋伴随产生。n然而，反气旋的形成、演变与气旋有很多不同特然而，反气旋的形成、演变与气旋有很多不同特征：征：n气旋就其形成、生长和衰亡所具的形式有相当的一致气旋就其形成、
28、生长和衰亡所具的形式有相当的一致性性n而反气旋无论形成、演变则显得很不规则，看起来是而反气旋无论形成、演变则显得很不规则，看起来是变化缓慢而具有被动的系统。变化缓慢而具有被动的系统。n西风带中反气旋虽也有发展阶段，甚至有时可以西风带中反气旋虽也有发展阶段，甚至有时可以达到很强的强度，但是，它的这种演变总是与西达到很强的强度，但是，它的这种演变总是与西风带中气旋的发展相伴随发生。风带中气旋的发展相伴随发生。2022-8-1150二、温带反气旋及其分类（续）n从反气旋的结构来看可分为以下几类：从反气旋的结构来看可分为以下几类：1.副热带高压副热带高压2.极地大陆高压极地大陆高压3.寒潮高压寒潮高压
29、2022-8-1151(一)副热带高压n是指存在于副热带地区一是指存在于副热带地区一般指南、北纬般指南、北纬2040之之间广大地区的深厚的暖性间广大地区的深厚的暖性高气压系统，它是全球大高气压系统，它是全球大气环流的一个重要成员。气环流的一个重要成员。n副热带高压的副热带高压的水平范围可水平范围可达数千公里达数千公里，几乎占了全，几乎占了全球面积的球面积的1/51/4。n它们在对流层中，低部约它们在对流层中，低部约500hpa表现明显。表现明显。2022-8-1152n在北半球主要有三个中心：在北半球主要有三个中心：n太平洋副热带高压太平洋副热带高压n大西洋副热带高压大西洋副热带高压n北非副热
30、带高压北非副热带高压n对我国有重要影响的是太平洋副热带高压对我国有重要影响的是太平洋副热带高压的西侧，习惯上称的西侧，习惯上称西太平洋副高西太平洋副高。2022-8-1153n西太平洋副高随季节变化而有季节性移动。西太平洋副高随季节变化而有季节性移动。n在春季高压脊线还在北纬在春季高压脊线还在北纬15以南。以南。n到到 5月北移到月北移到15N左右。左右。n6月上旬到月上旬到7月上旬则北移到月上旬则北移到2025N左右。左右。n7月上、中旬月上、中旬8 月初脊线到达月初脊线到达30N左右。左右。n9月上旬后脊线又南撤月上旬后脊线又南撤25N左右。左右。n10月上旬以后即南撤至月上旬以后即南撤至
31、2 0N以南，转入以南，转入 冬季副高即冬季副高即全部退到海上，对我国影响就明显减少。全部退到海上，对我国影响就明显减少。2022-8-1154n由于副高的季节性变动，其西北侧一方面由于副高的季节性变动，其西北侧一方面可从洋面上输送大量水汽，另一方面与北可从洋面上输送大量水汽，另一方面与北方冷空气交汇，可形成大范围降雨天气并方冷空气交汇，可形成大范围降雨天气并有大暴雨出现。有大暴雨出现。n所以，西太平洋副高活动又与我国汛期有所以，西太平洋副高活动又与我国汛期有密切关系，密切关系，n如如45月份的华南的前汛期，月份的华南的前汛期，n67月份的江淮地区的梅雨。月份的江淮地区的梅雨。n以及以及78月
32、份的华北、东北的雨季月份的华北、东北的雨季n都与副高季节性活动有密切关系。都与副高季节性活动有密切关系。2022-8-1155(一)副热带高压副高天气n副热带高压上空是下沉气流，并且，若气副热带高压上空是下沉气流，并且，若气块是绝热下沉运动，则气块就会增温，因块是绝热下沉运动，则气块就会增温，因此，在副热带高压所控制的地区天气此，在副热带高压所控制的地区天气又闷又闷又热又热，如我国长江流域盛夏处于副热带高，如我国长江流域盛夏处于副热带高压控制，因此，这里盛夏常常出现闷热天压控制，因此，这里盛夏常常出现闷热天气。气。n我国以三大火炉著称的重庆、武汉、南京都位我国以三大火炉著称的重庆、武汉、南京都
33、位于长江流域，在盛夏受副热带高压控制而出现于长江流域，在盛夏受副热带高压控制而出现闷热天气，出现似闷热天气，出现似“火炉火炉”的天气。的天气。2022-8-1156(一)副热带高压副高大小、维持时间n副热带高压是庞然大物，它不仅副热带高压是庞然大物，它不仅系统大，系统大，而且东西方向又伸展得很长而且东西方向又伸展得很长；n副热带高压副热带高压维持时间很长维持时间很长，在季节或月平，在季节或月平均气压图上可以明显见到。均气压图上可以明显见到。n在夏半年月平均图上，副热带高压只能在海洋在夏半年月平均图上，副热带高压只能在海洋上空观测到，在大陆上往往是分散的低压区所上空观测到，在大陆上往往是分散的低
34、压区所占据；占据；n而在冬半年，副热带高压往往与北方大陆的冷而在冬半年，副热带高压往往与北方大陆的冷性反气旋相联系。这种气压系统随季节变化是性反气旋相联系。这种气压系统随季节变化是造成季风环流的基本原因。造成季风环流的基本原因。2022-8-1157(一)副热带高压副高厚度n由于这个系统是与冷暖的热力作用相关联，由于这个系统是与冷暖的热力作用相关联，因此，副热带高压主要位于低层大气，在因此，副热带高压主要位于低层大气，在23km？的对流层下层，副热带高压在的对流层下层，副热带高压在25N附近成为一条围绕地球的长带。附近成为一条围绕地球的长带。2022-8-1158(二)极地大陆高压n冬季在北方
35、大陆经常可观测到一种冷性反冬季在北方大陆经常可观测到一种冷性反气旋环流，这是极地大陆高压。气旋环流，这是极地大陆高压。n极地大陆高压也是一种垂直方向比较浅薄极地大陆高压也是一种垂直方向比较浅薄的系统，其的系统，其垂直厚度不超过垂直厚度不超过2km。n最显著而长久维持的极地大陆高压有最显著而长久维持的极地大陆高压有西伯西伯利亚高压利亚高压和和北美大陆高压北美大陆高压。2022-8-1159(三)寒潮高压n在气旋的在气旋的后部，经后部，经常有深厚常有深厚的冷气团，的冷气团，并随气旋并随气旋向南移，向南移，它的演变它的演变如图所示。如图所示。n寒潮高压的发展史寒潮高压的发展史n实线表示实线表示100
36、0hPa等高线，虚线表等高线，虚线表1000500hPa等厚度线，等厚度线，H表示高压表示高压2022-8-11601.初始阶段n如图如图a所示，当冷所示，当冷锋加强，冷空气锋加强，冷空气向南伸展，向南伸展，在气在气压楔上发展一单压楔上发展一单独的冷性反气旋独的冷性反气旋。2022-8-11612.发展阶段n如图如图b、c所示，此冷性反气旋随着冷锋向所示，此冷性反气旋随着冷锋向南移动并南移动并逐渐加强逐渐加强，它的温度更加降低，它的温度更加降低，并随着锋面南移，此冷性反气旋逐渐发展并随着锋面南移，此冷性反气旋逐渐发展并控制大范围地区。并控制大范围地区。n在我国冬、春季随着冷锋过境，伴随着强在我
37、国冬、春季随着冷锋过境，伴随着强西北风，一个强大冷性反气旋逐渐控制我西北风，一个强大冷性反气旋逐渐控制我国东北部，这就是经常造成我国冬季主要国东北部，这就是经常造成我国冬季主要气象灾害之一的天气现象气象灾害之一的天气现象。n寒潮不仅可以造成我国东部大范围强风风降温，寒潮不仅可以造成我国东部大范围强风风降温，使农作物遭受冷害，而且可以引起暴风雪、风使农作物遭受冷害，而且可以引起暴风雪、风暴潮，从而严重地影响工农业生产。暴潮，从而严重地影响工农业生产。2022-8-11623.衰减阶段n如图如图d所示，当冷性反气旋南下后，伴随着锋消过所示，当冷性反气旋南下后，伴随着锋消过程，由于高空的下沉运动，下
38、沉会引起绝热增温，程，由于高空的下沉运动，下沉会引起绝热增温，这时天气晴朗，风力减弱；这时天气晴朗，风力减弱；n并且，由于冷性反气旋南移过程中受下垫面热量并且，由于冷性反气旋南移过程中受下垫面热量垂直输送和传导作用，致使冷性反气旋逐渐变性，垂直输送和传导作用，致使冷性反气旋逐渐变性，经经23d后，有的甚至达一周，此冷性高压逐渐后，有的甚至达一周，此冷性高压逐渐变性成副热带高压的性质。变性成副热带高压的性质。n之后，由于新的气旋又移过来，使得此冷性反气旋控之后，由于新的气旋又移过来，使得此冷性反气旋控制的区域又变成气旋控制的区域，这时天气又转恶劣，制的区域又变成气旋控制的区域，这时天气又转恶劣，
39、经常会出现阴雨或降雪等天气。经常会出现阴雨或降雪等天气。2022-8-1163第三节中、小尺度天气系统2022-8-1164n小尺度天气系统一般指对流胞小尺度天气系统一般指对流胞（Convective cell）或对流单体，它的水）或对流单体，它的水平尺度平尺度110km；n中尺度天气系统是指水平尺度为中尺度天气系统是指水平尺度为 101000 km的天气系统。的天气系统。n中、小尺度的天气系统常常会引起与强对中、小尺度的天气系统常常会引起与强对流相联系的暴雨、冰雹、飑线和龙卷风等流相联系的暴雨、冰雹、飑线和龙卷风等天气灾害，从而造成重大经济损失。天气灾害，从而造成重大经济损失。n因此，它是国
40、内外大气科学的前沿研究课题之因此，它是国内外大气科学的前沿研究课题之一。一。2022-8-1165一、小尺度天气系统n小尺度天气系统一般指气团中对流胞或对小尺度天气系统一般指气团中对流胞或对流单体。流单体。2022-8-1166(一)雷暴单体生命史n雷暴单体是一般积雨云强烈发展所致，伴雷暴单体是一般积雨云强烈发展所致，伴随有短时雷雨大风和阵雨发生。随有短时雷雨大风和阵雨发生。n这种积雨云经常在大气不稳定层结并在风速切这种积雨云经常在大气不稳定层结并在风速切变较大时发生。变较大时发生。n它的水平尺度一般为它的水平尺度一般为 110 km左右，时间尺左右，时间尺度为度为0.5h。n对流胞又称雷暴单
41、体对流胞又称雷暴单体n有如下发展、成熟和消散过程：有如下发展、成熟和消散过程：2022-8-11671.发展阶段n如图如图a所示，云内上升气流强，并温度比周所示，云内上升气流强，并温度比周围气温高，由于浮力大，降水粒子虽在云围气温高，由于浮力大，降水粒子虽在云底生成，但由于上升气流的输送作用不致底生成，但由于上升气流的输送作用不致于下落；于下落；n然而，因降水粒子愈来愈多，这样重力的然而，因降水粒子愈来愈多，这样重力的作用超过上升气流的作用，因此，在对流作用超过上升气流的作用，因此，在对流胞的下层出现下降气流。胞的下层出现下降气流。2022-8-11682022-8-11692022-8-11
42、702.成熟阶段n如图如图b所示，云顶仍为上升气流，因在对流所示，云顶仍为上升气流，因在对流胞下层已出现下降气流，迫使对流胞中上胞下层已出现下降气流，迫使对流胞中上层上升气流减弱，并由于重力作用使得雨层上升气流减弱，并由于重力作用使得雨滴降落到地面。滴降落到地面。2022-8-11713.消散期n由于云内上升气流全部消失，水滴蒸发，由于云内上升气流全部消失，水滴蒸发，云内温度降低，整个云内均为下降气流，云内温度降低，整个云内均为下降气流，雨势变弱，云内所余的云滴或冰粒因蒸发雨势变弱，云内所余的云滴或冰粒因蒸发而消散（如图而消散（如图c所示）所示）2022-8-1172(二)气团雷暴n雷暴一般发
43、生在热带暖湿气团或夏季移到雷暴一般发生在热带暖湿气团或夏季移到大陆上暖湿海洋性气团中，在中纬度夏季大陆上暖湿海洋性气团中，在中纬度夏季伴随锋面过境也时常有雷暴发生，这些雷伴随锋面过境也时常有雷暴发生，这些雷暴称气团雷暴。暴称气团雷暴。n气团雷暴一般由多个雷暴单体（对流胞）气团雷暴一般由多个雷暴单体（对流胞）组成，但是，这些单体都是不规则排列。组成，但是，这些单体都是不规则排列。n气团雷暴一般生命较短，不常出现破坏性气团雷暴一般生命较短，不常出现破坏性强风或冰雹，这是由于它内部会产生下沉强风或冰雹，这是由于它内部会产生下沉气流，从而抑制上升气流，使得它不会带气流，从而抑制上升气流，使得它不会带来
44、强烈天气。来强烈天气。2022-8-1173二、中尺度天气系统的特征与分类2022-8-1174(一)中尺度天气系统的特征n中尺度天气系统有许多不同于大尺度天气中尺度天气系统有许多不同于大尺度天气系统的特征：系统的特征：2022-8-1175(1)时空尺度较小n水平尺度小水平尺度小n一般为一般为10数百公里左右数百公里左右n时间尺度小时间尺度小n为几小时到十几小时为几小时到十几小时n而大尺度天气系统水平尺度一般为而大尺度天气系统水平尺度一般为 1000km以以上，比中尺度天气系统要大上，比中尺度天气系统要大10倍倍n时间尺度为数天。时间尺度为数天。2022-8-1176(2)垂直运动很强n中尺
45、度天气系统之所以会带来剧烈的天气，中尺度天气系统之所以会带来剧烈的天气，是因为它的垂直运动很强。是因为它的垂直运动很强。n它的涡度和散度同量级，可以达到它的涡度和散度同量级，可以达到10-4/sn比大尺度天气系统（比大尺度天气系统（10-5/s）大）大1个量级个量级n它的垂直运动可以达到它的垂直运动可以达到10100 cm/sn比大尺度天气系统大比大尺度天气系统大1个量级以上。个量级以上。2022-8-1177(3)温压场梯度大n温度场、气压场水平梯度较大温度场、气压场水平梯度较大n温度场水平梯度可达温度场水平梯度可达0.3/kmn气压场梯度可达到气压场梯度可达到13hPa/kmn气压场与温度
46、场随时间的变化也大气压场与温度场随时间的变化也大n如飑线过境时，变温可达如飑线过境时，变温可达0.3/min，n变压可达到变压可达到0.4hPa/minn可见它可带来剧烈的天气。可见它可带来剧烈的天气。2022-8-1178(4)非静力平衡n在大尺度天气系统中垂直运动较小，故垂直方在大尺度天气系统中垂直运动较小，故垂直方向加速度项很小，可以忽略，因此，气压梯度向加速度项很小，可以忽略，因此，气压梯度力和浮力平衡，即满足静力平衡。力和浮力平衡，即满足静力平衡。n但是，由于中尺度天气系统上升气流很强，但是，由于中尺度天气系统上升气流很强，垂直速度很大垂直速度很大n有的系统垂直方向加速度项比气压梯度
47、力和浮有的系统垂直方向加速度项比气压梯度力和浮力项小力项小1个量级，有个别系统可以达到同量级，个量级，有个别系统可以达到同量级，因此，气压梯度力与浮力不平衡，即不满足静因此，气压梯度力与浮力不平衡，即不满足静力平衡力平衡n从而，在讨论中尺度天气系统动力过程时从而，在讨论中尺度天气系统动力过程时会带来很大麻烦。会带来很大麻烦。2022-8-1179(5)非地转平衡n在大尺度天气系统中，气块质元的水平加速度在大尺度天气系统中，气块质元的水平加速度项要比气压梯度力和科里奥利力小，一般气压项要比气压梯度力和科里奥利力小，一般气压梯度力和科里奥利力相平衡，满足地转平衡梯度力和科里奥利力相平衡，满足地转平
48、衡n而中尺度天气系统则不然，气块质元的水而中尺度天气系统则不然，气块质元的水平加速度项是与气压梯度力、科里奥利力平加速度项是与气压梯度力、科里奥利力相同量级，因此它不满足地转平衡，系统相同量级，因此它不满足地转平衡，系统中非地转偏差很大。中非地转偏差很大。2022-8-1180(二)中尺度天气系统的分类n中尺度天气系统按天气状况划分有很多不同类中尺度天气系统按天气状况划分有很多不同类型：型：(1)强风暴系统强风暴系统n多雷暴单体多雷暴单体n如飑线如飑线n超级雷暴单体超级雷暴单体n如冰雹与龙卷如冰雹与龙卷(2)暴雨系统暴雨系统n中尺度雨带中尺度雨带n中尺度对流辐合体（中尺度对流辐合体（MCC）n
49、中尺度云团中尺度云团2022-8-1181(1)强风暴系统n这种系统都是由于很强高低空风速切变形这种系统都是由于很强高低空风速切变形成的。成的。n天气表现为短时的剧烈恶劣天气，如大风、天气表现为短时的剧烈恶劣天气，如大风、阵雨和冰雹，并且，由于它风力大，雨强阵雨和冰雹，并且，由于它风力大，雨强大并时常带有冰雹，对农作物和果树有很大并时常带有冰雹，对农作物和果树有很大的毁坏作用，如龙卷风不仅对建筑物，大的毁坏作用，如龙卷风不仅对建筑物，而且对人民生命财产也构成威胁。而且对人民生命财产也构成威胁。n强风暴系统包括了多雷暴单体，如飑线；强风暴系统包括了多雷暴单体，如飑线；超级雷暴单体，如冰雹与龙卷。
50、超级雷暴单体，如冰雹与龙卷。2022-8-1182(2)暴雨系统n这类中尺度系统经常带来很大的降水，产这类中尺度系统经常带来很大的降水，产生洪涝，给工农业生产带来很大危害。生洪涝，给工农业生产带来很大危害。n它包括中尺度雨带、中尺度对流辐合体它包括中尺度雨带、中尺度对流辐合体（MCC）和中尺度云团等。）和中尺度云团等。n关于强风暴系统和暴雨系统在三、四小节将详关于强风暴系统和暴雨系统在三、四小节将详细阐述。细阐述。2022-8-1183三、强风暴系统n强风暴基本上是强风暴基本上是。n它常表现出中尺度天气特征，常见有飑线，它常表现出中尺度天气特征，常见有飑线，它是由多单体风暴组成以及由超级单体风
