1、4 . 鋒生和鋒消鋒生和鋒消4.1 概念概念4.2 鋒生函數(shù)鋒生函數(shù)4.3 影響鋒生函數(shù)的因子影響鋒生函數(shù)的因子4.1概念概念 鋒生鋒生 和和 鋒消鋒消 是鋒面動力學和天氣分析中的兩個重要天氣概念。大是鋒面動力學和天氣分析中的兩個重要天氣概念。大氣中鋒的形成、加強或減弱、消失，可導致鋒面附近天氣的劇烈變化。氣中鋒的形成、加強或減弱、消失，可導致鋒面附近天氣的劇烈變化。鋒生鋒生 一般是指一般是指密度或溫度不連續(xù)形成密度或溫度不連續(xù)形成 的一種過程，或者的一種過程，或者是指已有一條鋒面存在，其密度（或溫度）是指已有一條鋒面存在，其密度（或溫度）水平梯度增大水平梯度增大 的過程。的過程。鋒消鋒消 是

2、指與鋒生過程相反的過程。是指與鋒生過程相反的過程。 按鋒的定義，鋒的兩側(cè)水平溫度差異顯著是鋒的熱力場最主要的特征。因此研究鋒生、鋒消時，可以從 水平溫水平溫度梯度隨時間的變化度梯度隨時間的變化 入手。 鋒面的鋒生和鋒消過程可以用鋒生函數(shù)鋒生函數(shù)來描述4.2鋒鋒生生函函數(shù)數(shù)鋒生函數(shù)定義為：T1T2T3T4T5鋒生的必要條件: 鋒生函數(shù)0，鋒生作用 鋒生函數(shù) 0 ,0 ,0FFnn22F 0 ,0 ,0FFnnnTdtdF二、鋒生鋒消公式及物理意義 1. 公式推導 其中展開： dtdFh求： 和 而： duvdttxyP2222duvdtxtxxx yx p pxpxpxvyxvxuxxutxdt

3、dx2222)()()()( 同理 P xwy xvx xudtdx x dtd dduvdtxx dtxxxyx P dduvdtyy dtyyyyyP鋒生函數(shù) 將，代入式 )()(1)(1)()2()2(1dtdyydtdxxhpyyxxhyuxvyxyvyxuxhFyvxuDyvxuEyuxv熱力學方程水平散度伸展變形切變變形垂直方向的渦度yuxvFQdtd2. 討論式。（鋒生消公式） 設坐標系x軸平行于等位溫線，由冷指向暖； y軸垂直于等位溫線，指向位溫升的方向。 ， 所以 轉(zhuǎn)為討論式（1）水平運動的作用 當 時，則 ， 鋒消 當 時，則 ， 鋒生 氣流輻合，鋒生 沿溫度升度方向，水平

4、氣流輻合，則有鋒生作用沿溫度升度方向，水平氣流輻散，則有鋒消作用即在垂直于等位溫線的方向上有氣流輻合利于鋒生， 反之則有利于鋒消。氣流輻散，鋒消進一步說明： 一個線性流場可分解為四種簡單的流場 平流場 旋轉(zhuǎn)場 輻合輻散 變形場前三種對鋒生，鋒消不起作用。變形場：a.若等位溫線與伸展的軸夾角45，則在輻合氣流下易鋒生b.若45，則輻散氣流下易鋒消；但等位溫線會逐漸旋轉(zhuǎn)使45變形場最有利于產(chǎn)生鋒生在天氣圖上鞍型場最易產(chǎn)生鋒生。abcA利于鋒生B利于鋒生C不利于鋒生（等位溫線與膨脹軸正交）（2）垂直運動作用 a. 穩(wěn)定大氣（一般狀態(tài)下） 當 時 ， ，鋒生 當 時 ， ， 鋒消 說明： 0，（ ），

5、下沉。 0，上升。 同理 ，暖上升，冷下沉（輻散） 鋒消在穩(wěn)定大氣中，暖空氣一側(cè)相對于冷空氣一側(cè)是下沉的，則鋒生；反之則鋒消 ，暖下沉，冷上升（輻合） 鋒生(穩(wěn)定度與垂直運動項):a)穩(wěn)定大氣 例：冷鋒上山：其上空有等溫線密集帶，靠近其暖一側(cè)有上升運動，上升絕熱膨脹冷卻，其暖一側(cè)降溫，而靠近其冷一側(cè)上升運動很弱或無上升運動，靠近其冷一側(cè)溫度無變化，這樣密集帶等溫線變稀疏，所以鋒減弱或消失，鋒消。 冷鋒下山：靠暖的一側(cè)基本無下沉運動，溫度無變化；其靠冷一側(cè)，下沉運動很強，溫度升高，等溫線變稀疏，鋒消。b.在不穩(wěn)定大氣中 當 ， ，鋒生 當 ， ，鋒消 因為暖氣團的凝結(jié)潛熱作用抵消了上升作用。b）

6、不穩(wěn)定大氣例：冷鋒上山，靠暖的一側(cè)，大量水蒸氣凝結(jié)釋放潛熱，溫度升高；而靠近其冷的一側(cè)上升運動很弱或無上升運動，溫度變化不大。這樣溫度密度集帶變密。所以鋒生（3）.非絕熱加熱項 ，暖空氣相對加熱，冷空氣相對冷卻則 ，鋒生同理 ，則 ，鋒消加熱形式 凝結(jié)潛熱加熱有利于鋒生 下墊面加熱有利于鋒消 非絕熱加熱項冷鋒南下，暖鋒北上，由于下墊面影響，鋒消冷鋒南下，靠冷一側(cè)，下墊面影響大，溫度升高, 靠暖一側(cè)，下墊面影響不大，所以等溫線密集帶變疏， 鋒消。三、鋒生、鋒消的動力學特點AB運動學鋒生a 溫度水平梯度加大（熱成風加大），風垂直切變加大；等壓面間厚度南側(cè)加大北側(cè)減?。ǖ葔好嫣荻壬蠈蛹哟蟮貙訙p小）b

7、 熱成風平衡破壞 ，高層西風加速，低層西風減速 c 高層有向東的加速度，產(chǎn)生向北地轉(zhuǎn)偏差，低層有向西的加速度，產(chǎn)生向南地轉(zhuǎn)偏差d 鋒區(qū)內(nèi)地轉(zhuǎn)偏差大于鋒區(qū)外 有垂直于鋒面的環(huán)流：鋒生次級環(huán)流產(chǎn)生次級環(huán)流又對鋒生發(fā)生作用高層輻合發(fā)生在b點（冷邊界），低層輻合發(fā)生在a點（暖邊界），使得鋒區(qū)發(fā)生傾斜，使這兩處溫度梯度加大，鋒區(qū)加強。中層暖空氣絕熱冷卻，冷空氣絕熱增溫，中層趨于鋒消4.3影影響響鋒鋒生生函函數(shù)數(shù)的的因因子子（l）非絕熱加熱非絕熱加熱 T1 T1 表示沿已存在溫度梯度方向的非絕熱加熱的梯度產(chǎn)表示沿已存在溫度梯度方向的非絕熱加熱的梯度產(chǎn)生的鋒生作用。生的鋒生作用。（2）垂直運動作用）垂直運動

8、作用 T2 T2 表示沿溫度垂直梯度方向上，垂直速度的水平梯度產(chǎn)生的鋒生表示沿溫度垂直梯度方向上，垂直速度的水平梯度產(chǎn)生的鋒生作用。若大氣為穩(wěn)定層結(jié)作用。若大氣為穩(wěn)定層結(jié) / z0，當暖氣團中下沉運動當暖氣團中下沉運動w0，而冷氣團中有上升運動而冷氣團中有上升運動w0，相應有相應有n h h wo，則則T2 0，表示鋒生；相反為鋒消過程表示鋒生；相反為鋒消過程（3）水平運動輻合）水平運動輻合 T3 T3 表示在已有的水平溫度梯度情況，水平表示在已有的水平溫度梯度情況，水平輻合（輻合（D0）或水或水平輻散（平輻散（D0）產(chǎn)生的水平溫度梯度的增加（或減弱），即鋒產(chǎn)生的水平溫度梯度的增加（或減弱），

9、即鋒生或鋒消。生或鋒消。（4）水平變形場的作用）水平變形場的作用 T4 表示整個水平變形產(chǎn)生的鋒生作用。為了更進一步表示整個水平變形產(chǎn)生的鋒生作用。為了更進一步簡化，選擇簡化，選擇典型變形場典型變形場，設，設x軸為變形場的膨脹軸，軸為變形場的膨脹軸，y 軸為收縮軸，而等位溫線與軸為收縮軸，而等位溫線與x 軸的夾角為軸的夾角為，相應位溫梯度，相應位溫梯度h h 與與 x 軸的夾角為軸的夾角為900+，則位溫梯度，則位溫梯度h h = |h h | (sin ,-cos )，相應相應 T4 表達式為表達式為T4 = - Esin2 2Fsin cos Ecos2 / |h h | /2， 對線性變

10、形場對線性變形場F=0(無切變變形），無切變變形），所以所以 相應相應,當當 450， T4表示鋒生作用，當表示鋒生作用，當 450，表示鋒消作用，當表示鋒消作用，當 =0，表示鋒生作用最大。表示鋒生作用最大。2214ECOSTh4.4 中國的鋒生鋒消概況4.4.1 中國的鋒生區(qū) 一個是北方鋒生區(qū)北方鋒生區(qū)，位于河西走廊到東北一帶; 一個是南方鋒生區(qū)南方鋒生區(qū)，位于華南到長江流域一帶。 這兩個鋒生帶是和南北兩支高空鋒區(qū)相對應的。 鋒生帶隨高空鋒區(qū)的季節(jié)變化而相應地發(fā)生位移。自春到夏，鋒生帶逐漸北移，自夏到冬，則逐漸南移。 北方鋒生區(qū)北方鋒生區(qū)北方鋒生區(qū)季節(jié)變化特征季節(jié)變化特征冬季冬季，由于這一

11、帶經(jīng)常位于高空脊前槽后，地面反 氣旋活動頻繁而強，所以鋒生不多。 3月以后月以后，這一帶冷空氣勢力減弱，暖空氣勢力增強，高空槽活動頻繁，鋒生逐漸增多。 5月以后月以后高空鋒區(qū)北移，中蒙邊界一帶鋒生減少。 （但我國東北地區(qū)，這時因常有冷渦存在，渦后強烈的冷平流常在東北及華北地區(qū)生成副冷鋒。 ）南方鋒生區(qū) 南方鋒生區(qū)，在冬半年（105月）位于江南地區(qū)，以春季最為活躍，因冷暖空氣逐漸趨于勢均力敵，高空東移低槽增多，地面倒槽容易發(fā)展，有利于鋒生。67月間鋒生帶移到長江流域，盛夏北移到華北，9月后逐漸南移。 我國有些地區(qū)的鋒生與地形有關。 如天山北坡、南嶺北坡和昆明-貴陽-成都一線的坡地等，都是常見的靜

12、止鋒鋒生區(qū)。4.4.2 鋒生的天氣形勢和氣象要素變化（1）天氣形勢 高空溫壓場形勢 地面氣壓形勢（2）氣象要素場的變化）氣象要素場的變化 鋒生在鋒生在變壓場變壓場上有明顯的反映：上有明顯的反映：冷鋒鋒生前，由于冷平流，地面常有明顯的正變壓；冷鋒鋒生前，由于冷平流，地面常有明顯的正變壓；暖鋒鋒生前，有明顯的負變壓。暖鋒鋒生前，有明顯的負變壓。另外，鋒生往往配合有云量增加和云層變厚，另外，鋒生往往配合有云量增加和云層變厚，以及雨區(qū)的擴大和發(fā)展的以及雨區(qū)的擴大和發(fā)展的天氣現(xiàn)象天氣現(xiàn)象。東北地區(qū)的冷鋒鋒生 東北地區(qū)的冷鋒鋒生，天氣形勢和氣象要素有下列變化： 高空有低槽移入，出現(xiàn)明顯的冷平流或冷平流加強

13、。 地面低槽顯著加深，使槽后有較強冷空氣侵入，且天空出現(xiàn)云量810量的密卷云。 原停滯性的大陸高壓突然向東或東南移動，高壓前部3小時正變壓達23hPa，同時偏北風加強。江南地區(qū)鋒生 江南地區(qū)，鋒生天氣形勢特點為： 500hPa常有高空槽自青藏高原上空東移，700hPa、850hPa圖上都有明顯的切變線，有時表現(xiàn)為一個變形場。南海高壓或高脊往往加強北伸，江南上空出現(xiàn)大片偏南風，暖平流很強。4.4.3 鋒消 中國的鋒消區(qū)主要在青藏高原以東 北緯3040度一帶。 該地區(qū)常處于東亞大槽后部，又處于高原東側(cè)，下沉氣流往往較強，有利于鋒消。鋒消，一般有下列幾種情況：鋒消，一般有下列幾種情況： 與地面鋒線配

14、合的高空槽減弱，地面甚至出現(xiàn)輻散流場，鋒將減弱、消失。 維持鋒面的冷暖平流減弱、消失，鋒也將減弱、消失。如東北地區(qū)冷鋒鋒消與冷平流減弱、中斷有關。當冷中心位于低槽的西南或南部時，冷平流較弱甚至出現(xiàn)暖平流，鋒減弱消失。 當?shù)孛驿h兩側(cè)變壓差減弱或與鋒相聯(lián)系的天氣區(qū)強度減弱，范圍縮小，都是鋒消的征兆。 氣團變性：鋒在南下過程中由于下墊面的熱力作用，總是引起鋒消。鋒的移動概況： 地區(qū)差異，鋒的移速北方比南方快。平均移速，西北35-50km/h，可達100km/h華北30-40km/h，可達90-100km/h華東、中南20km/h華南小于20km/h。 季節(jié)差異，冬季最快，其次是春夏秋季。 鋒的移動可

15、以從以下幾方面考慮：1、高空引導氣流 移速與其上空引導氣流（700，500hpa）垂直于地面鋒線的風速成正比。（隨地區(qū)和季節(jié)有差異，要考慮高空氣流本身的變化。）2、地面氣壓場 低壓槽越淺，移速越大；低壓槽越深，移速越小。 變壓梯度越大，移速越大；變壓梯度越小，移速越小。3、地面地轉(zhuǎn)風 假定不考慮摩擦影響，可用鋒兩側(cè)地轉(zhuǎn)風垂直于鋒線的風速來估計移速，即當?shù)葔壕€與鋒的交角越大，等壓線越密，移速越快。4、地面摩擦及地形 地面摩擦：移速減慢，上下層移速不同影響鋒面坡度。 地形：遇高原或山脈阻擋將變慢、變形，如天山靜止鋒、云貴靜止鋒等。復習題 1、氣團的概念及分類。鋒，鋒面，鋒線，鋒區(qū)含義是什么？ 2、請寫出冷鋒、暖鋒、錮囚鋒、冷性錮囚鋒、暖性錮囚鋒定義(空間結(jié)構(gòu)及等溫線分布) 3、鋒在空間狀態(tài)為什么會隨高度往冷的方向傾斜？ 4、鋒區(qū)內(nèi)等溫線及等位溫線為什么會存在密集帶？ 5、對鋒面坡度公式進行討論 6、請用鋒面坡度公式解釋鋒面附近氣壓分布特征 7、鋒面附近要素場的特征是什么？鋒面附近氣壓場、變壓場、風場特征如何？（以密度零級和一級不連續(xù)不連續(xù)模擬鋒面） 7