鋒 (氣象)

上常見的鋒面記號一覽:

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气象学上的()或锋区是指出现在两个密度不同的气团之间的一種狭长地带。其宽约数十或数百千米,长约上千千米。由于锋的长度比宽度要大一个量级,通常也被简化为面而被称为锋面,锋面与地面的交线被称为锋线。锋生成和消散的机制分别被称为锋生锋消

锋两侧的气团之间存在明显的密度差异,这一差异往往是由温度差异而引起,且常伴有湿度和露点温度的差异。受锋附近气压场分布的影响,锋往往处在低压槽中,两侧的风具有气旋式的切变。锋区内部的温度、气压、风向等气象要素的变化非常剧烈,其附近常存在有大片的云系和降水现象,但这些天气现象的表现因锋的类型的不同而有所差异。天气学上常将锋分为冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚锋四种类型进行分析,每一类锋可被归纳出典型的天气模式,但具体的天气过程受到大气的垂直运动、水汽输送条件和大气层结稳定度的影响。

地理分布
锋是两个气团之间的过渡区域,按照气团所属的地理类型的不同,锋又可被分为北极锋、极锋和副热带锋:

:
\tan\alpha
= \frac{f}{g}\bar{T}\frac{\Delta V_g}{\Delta T} + \frac{f}{g}\bar{V_g}
\approx \frac{f}{g}\bar{T}\frac{\Delta V_g}{\Delta T}

式中,
\alpha
为锋面的倾角,
f
为地转参数,
g
为重力加速度的大小;
\Delta T
为冷气团与暖气团的温度差,
\Delta V_g
为冷气团与暖气团平行于锋面的地转风分速差;
\bar{T}

\bar{V_g}
则为冷暖气团的平均温度和平行于锋面平均地转风分速。

根据锋面坡度公式可以得出如下结论:

锋面坡度与纬度

\varphi
正相关,因此纬度越高锋面坡度越大,赤道上不存在锋面;

锋面坡度与温差

\Delta T
负相关,温差为零时不存在锋面;

锋面坡度与风速差

\Delta V_g
正相关,且风速差
\Delta V_g > 0
,锋面两侧平行与锋面的地转风分速具有气旋性切变。
锋面坡度的量级很小,中国南方的锋面坡度多在 1/200-1/500 之间,中国北方的锋面坡度则多在 1/50 - 1/200 之间,冷锋的坡度大于暖锋和准静止锋。

在等压面图上,锋区内部的等温线相对密集,分布与地面锋线大致平行,可由此大致判断出锋区所处的位置。等温线在自冷气团穿越锋区时会发生曲折,且在冷暖气团温差越大、锋面逆温越强或锋区越窄时曲折程度越大。

:
\frac{\operatorname{\partial}\!p_{z_0}}{\operatorname{\partial}\!t}
= -\int_{0}^{+\infty} g\left(u\frac{\operatorname{\partial}\!\rho}{\operatorname{\partial}\!x}

  • v\frac{\operatorname{\partial}\!\rho}{\operatorname{\partial}\!y}\right)\operatorname{d}\!z
  • \int_{0}^{+\infty} g\rho\left(\frac{\operatorname{\partial}\!u}{\operatorname{\partial}\!x}
  • \frac{\operatorname{\partial}\!v}{\operatorname{\partial}\!y}\right)\operatorname{d}\!z

式中
u

v
分别代表锋面移动的水平速度在
x

y
方向的分量,并取
x
方向与锋面垂直,
y
方向与锋面平行,两者均在水平面上。式中的第一项被称为热力因子,表示地面上整个气柱中的密度平流,气柱以冷平流为主时,空气密度增大,地面气压上升;第二项被成为动力因子,表示地面上整个气柱内速度的水平散度的和,气柱净辐合时地面气压上升。由气压倾向方程可分析出如下结论:每一类型的锋都有相对固定的天气模式,但具体的天气过程则取决于锋面附近大气的垂直运动、大气中的水汽条件、大气的层结稳定度和当地的地理条件等因素。

冷鋒
冷鋒,冷氣團主動向暖氣團推進,並取代暖氣團原有位置所形成的鋒稱之為冷鋒。

由於冷氣團的密度大,暖氣團的密度小,所以冷暖氣團相遇時,冷氣團就會切入暖氣團的下方,暖氣團被迫擡升。在上升過程中,大氣逐漸冷卻,如果暖氣團中含有大量的水分,就會形成降水天氣;如果水氣含量較少,便形成多雲天氣。

*在冷鋒過境前,由於暖空氣的積聚,往往會出現氣溫稍高的情況。
*冷鋒過境時,以下情況將會出現:
**氣壓在锋前急剧下降,锋后上升
**氣溫下降。
**風向順時針轉變。
**出現降水甚至雷暴。

暖鋒
暖鋒,暖氣團主動向冷氣團推進,並取代冷氣團原有位置所形成的鋒稱之為暖鋒。常發生於高緯區。由於暖氣團的密度較小,所以暖氣團就會爬升到冷氣團的上方,導致大氣凝結成雲或雨。因為暖鋒移動的速度比冷鋒要慢,因此可能會連續幾天降雨或有霧(比如中国华南地区春季的“回南天”)。

當暖鋒到來時,首先見到的是一縷縷羽毛狀的捲雲,然後是高層雲,最後是雨層雲,雨層雲將帶來降雨。
*溫度上升。
*濕度上升。
*出現持續性的降水。
*氣壓在鋒前急劇下降,鋒後緩慢下降;或者鋒前緩慢下降,鋒後氣壓上升。

滯留鋒(靜止鋒、準靜止鋒)
滯留鋒,又稱靜止鋒,有時候冷暖氣團實力相當,沒有一方有足夠的力量使另一方移動,兩個氣團便會僵持在一起,這時形成的鋒便稱為滯留鋒,亦稱靜止鋒、準靜止鋒。

在滯留鋒附近的地方,暖空氣中的水汽凝結成雨、雪、霧或雲。滯留鋒經常帶來較長時間的不穩定的天氣,有時會造成大範圍的大雨。

東亞季風區春末夏初的梅雨,便是由滯留鋒所帶來。

滯留鋒一段時間會轉變為暖鋒或冷鋒,亦或自行減弱。

囚錮鋒
由於冷氣團移動較快,暖氣團移動較慢,於是在一個溫帶氣旋中,冷鋒將追趕上暖鋒,最後冷鋒與暖鋒相疊,地面全部被冷空氣占据,暖空氣舉昇至高空中,便形成囚錮鋒。

囚錮鋒與溫帶氣旋有關。囚錮鋒的出現,意味著溫帶氣旋達到其最大強度,但同時也意味著溫帶氣旋將逐漸減弱。囚錮鋒能帶來多種的天氣,但一般而言與降水有關。(一般來說,囚錮鋒的天氣特點是冷鋒與暖鋒這兩個鋒面系統天氣特點的總和。)

囚錮鋒按照其帶來的溫度改變分為三類,即:

三類囚錮鋒的形成原因:由於囚錮鋒由冷鋒與暖鋒重疊產生,有兩個冷氣團夾一個暖氣團,故兩個冷氣團本身的溫度將決定囚錮鋒的類型。

参见

  • 锋面雨
  • 气团
  • 气旋

注释
参考文献
拓展阅读

  • 寿绍文主编.中尺度天气学(第三版).北京:气象出版社,2016.ISBN 978-7-502-96347-7.

*孙淑清,高守亭.现代天气学概论.北京:气象出版社,2005.ISBN 978-7-502-94030-0.
*伍荣生,高守亭,谈哲敏.锋面过程与中尺度扰动.北京:气象出版社,2004.ISBN 978-7-502-93867-3.

  • 朱乾根等.天气学原理和方法(第四版).北京:气象出版社,2007.ISBN 978-7-502-90989-5.

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