气象学基础第六章-天气系统课件

1、第六章 天气系统第一节 天气系统发生发展的背景天气 一定区域短时段内的大气状态（如冷暖、风雨、干湿、阴晴等）及其变化的总称。天气可以理解为天气现象和天气过程的统称。天气系统 引起天气变化和分布的高压、低压和高压脊、低压槽等具有典型特征的大气运动系统天气系统具有一定的空间尺度和时间尺度系统：指在时间和空间上可以与其他系统区分开来的一个实体。尺度：表征一个系统在空间上的大小，或者在时间上持续的长短。通常将大气波动的一个波长或大气涡旋的直径长度作为系统的空间尺度，把系统从生成、发展到衰亡所经历的时间作为系统的时间尺度。20002000-200200-22各类天气系统都是在一定的大气环流和地理环境中形

2、成、发展和演变大气环流指大范围的大气运动状态大气环流形成的主要因素1、太阳辐射作用假设地球表面是光滑的，地球是静止的，仅考虑到地表接收到的太阳能量分布的不均匀，则可用单圈环流模型描述地球表面大气的运动2、地球自转作用在自转的地球上运动着的物体都要受到地球自转所产生的地转偏向力的作用作用在地球表面的空气质点上的力除了重力外，还有气压梯度力、地转偏向力、摩擦力，作曲线运动的物体还受到惯性离心力的影响气压梯度力 由于气压分布不均匀而产生的力，通常取单位质量的空气作为讨论对象，并把气压梯度存在时，单位质量的空气所受到的力称为气压梯度力。气压梯度力可以分解为水平气压梯度力和垂直气压梯度力。水平气压梯度力

3、是空气产生运动的直接原因和动力。地转偏向力 是一个为了在非惯性系中运用牛顿运动定律来解释所观察到的现象而引入的力。它只能改变物体运动的方向而不能改变物体运动的速率，在北半球它使运动物体向右边偏，在南半球向左边偏。地转偏向力图示摩擦力 两个相互接触的物体作相对运动时，接触面之间所产生的一种阻碍物体运动的力。 惯性离心力 是物体做曲线运动时所产生的，也是一个假想力3、地表性质作用天气系统就是在一定的大气环流和地理环境中形成的、发展和演变着，都反映着一定地区的环境特征。极区及其周围终年覆盖着冰雪，空气干燥、寒冷，这一特有的地理环境成为极区低空冷高压和高空极涡、低槽发展的背景条件赤道和低纬度地区终年高

4、温、潮湿，大气处于不稳定状态，湿对流性天气系统产生、发展的必要条件中纬度地区是冷、暖气流经常交绥地带，冷暖气团你来我往交替频繁，是锋面、气旋系统得以形成、发展的重要条件第二节 气团和锋一、气团气象要素（主要指温度、湿度和大气静力稳定度）在水平分布上比较均匀的大范围空气团。其水平范围从几百千米到几千千米，垂直范围可达几千米到十几千米。同一气团内的温度水平梯度一般小于12/100，垂直稳定度及天气现象也都变化不大。（一）气团的源地气团的源地是指最初形成气团的地域 。气团的形成是大范围空气取得比较均匀的热力属性的过程。气团形成的条件1、要有范围广阔、地表性质比较均一的下垫面；如辽阔的海洋、无垠的大沙

5、漠、冰雪覆盖的大陆和极区等等都可成为气团形成的源地。 原因：地球所获得的热量来源于太阳辐射，但大气所获得的热量和水分却主要来自于下垫面，下垫面的性质决定着气团的属性。冰雪覆盖的地区冷而干的气团水汽充沛的热带海洋暖而湿的气团沙漠或干燥大陆上干而热的气团2、还必须有使大范围空气能较长时间停留在均匀的下垫面上的环流条件，以使空气能有充分时间和下垫面交换热量和水汽，取得和下垫面相近的物理特性。 比如缓行的高压（反气旋）系统（高纬度地区的准静止冷高压和副热带高压等），在其控制的区域不仅能使空气有充足的时间同下垫面进行热量和水分交换，以获得下垫面属性，而且高压中的低空辐散流场利于空气温度、湿度的水平梯度减

6、小，趋势于均匀化，形成气团形成的环流条件。 气团形成的过程：在具备条件的情况下，主要通过大气中各种尺度的湍流、大范围系统性垂直运动以及蒸发、凝结和辐射等动力、热力过程而与地表间进行水汽和热量交换。（二）气团的变性气团由源地移行到另一个新的地区时，由于下垫面性质以及物理过程的改变，气团的属性也随之发生相应的变化，这种气团原有物理属性的改变过程称为气团的变性。 通过湍流、大范围垂直运动和蒸发、凝结、辐射等物理过程来实现。气团变性的快慢和变性程度的大小，取决于流经地区下垫面性质和气团源地下垫面性质差异的大小，离开源地的时间长短以及空气运动状态的变化等。 思考题：冷气团更容易变性还是暖气团？干气团变湿

7、容易还是湿气团变干容易？（三）气团的分类1、地理分类法 根据气团源地的地理位置和下垫面性质进行分类 地理分类法的优点是能够直接从气团源地了解气团的主要特征，它不易区分相邻的两气团的属性，也无法表示气团离开源地后的属性变化。 （三）气团的分类2、根据气团源地的地理位置和下垫面性质进行分类 气团可以分为冷气团和暖气团两种类型。凡是气团向着比它暖的下垫面移动时，即气团温度高于下垫面的温度称为暖气团；相反，凡是向着比它冷的下垫面移动时，即气团温度低于流经地区下垫面温度，称为冷气团。 （四）影响中国的气团二、锋锋是冷暖气团相交绥的地带，是温带地区常见的天气系统。（一）锋的概念锋具有一定的厚度并在空间呈倾

8、斜状态，随高度它总是向冷气团一侧倾斜。锋的下方为冷气团，上方为暖气团。靠近冷气团一侧的界面叫下界，靠近暖气团一侧的界面叫上界。 （二）锋的分类根据锋在移动过程中冷、暖气团所占的主次地位，可将锋分为冷锋（cold front）、暖锋（worm front）、准静止锋（stationary front）和锢囚锋（occluded front）四种类型。（1）冷锋锋面在移动的过程中，冷气团起主导作用，推动锋面向暖气团一侧移动，这种锋面称为冷锋。（2）暖锋锋面在移动的过程中，暖气团起主导作用，推动锋面向冷气团一侧移动，这种锋面称为暖锋。（3）准静止锋当冷暖气团势力相当，锋面移动很慢时，称为准静止锋。（

9、4）锢囚锋 冷气团、暖气团、更冷气团（三种性质不同的气团）相遇时先构成个锋面，然后其中一个锋面追赶上另一个锋面，即形成锢囚锋。(三）锋面天气1、暖锋天气 暖锋是向冷气团向移动的，在它移动的过程中，暖空气一方面向冷空气方向移动，另一方面又沿锋面缓慢向上滑行，滑行的过程中，当升到凝结高度后在锋面上产生云系。如果暖空气是层结稳定的，在地面锋线的最前缘是卷云、以后依次是卷层云、高层云、雨层云。这个云系沿着整个锋面可连绵数百公里，离地面锋线越近，云层越低且厚度越厚，云顶可达6千米以上。降水发生在雨层云中内，一般多属于连续性降水，降水的宽度约为300400公里，降水区一般处于锋前。由于从锋面上降落的雨滴蒸

10、发使空气饱和，加上低层辐合、湍流混合作用，在锋下靠近地面锋线的冷空气里，常产生层云、碎层云、碎积云。当空气中的饱和层到达地面时，可形成锋面雾。2、冷锋天气 一型冷锋（缓行冷锋）移动缓慢，锋面坡度较小（在1/100左右），其天气模式见图5.10。由于暖空气沿着冷空气楔向上滑升，所以主要云系和暖锋大体相似，只是云雨区在地面锋线后面，且云系排列次序与暖锋相反。由于此型冷锋坡度通常比暖锋大，所以云区和降水区比暖锋窄且多为连续性降水。但当锋前的暖气团不稳定时，在地面锋线的附近也常出现积雨云和雷阵雨天气。这类冷锋是影响中国天气的重要天气系统之一，一般由西北向东南移动。 二型冷锋（急行冷锋）移动快，坡度大（

11、1/401/80），其天气模式见图5.11。冷锋后的冷气团势力强，移动快，猛烈地冲击着暖空气，使暖空气急速上升，形成范围较窄、沿锋线排列很长的积状云，产生对流性降水天气。3、准静止锋天气 准静止锋天气一般分为两类，一类是云系发展在锋上并有降水，例如我国的华南准静止锋 另一类是主要云系发展在锋下，并无明显降水的准静止锋，例如昆明准静止锋 冷空气暖空气4、锢囚锋天气 第三节 气旋和反气旋一、气旋和反气旋概述气旋是占有三度空间的在同一高度上中心气压比四周低的水平涡旋（从流场特征命名），又称为低压（从气压场特征命名）。在北半球，空气做逆时针方向旋转；南半球则相反。反气旋是占有三度空间的在同一高度上中心

12、气压比周围气压高的水平涡旋，又称为高压（从气压场特征命名） 。在北半球，空气做顺时针方向旋转，南半球则相反。 气旋和反气旋的空间尺度：以地面天气图上最外围一条闭合等压线的直径来确定。气旋的直径平均为1000公里左右，大的可达3000公里，小的只有200公里或更小些。反气旋的水平尺度比气旋的要大得多。大的反气旋可以和最大的大陆或海洋相比拟，小的反气旋其直径也可达数百公里。气旋和反气旋的空间尺度2019年8月31日天气图 气旋和反气旋的强度一般用其中心气压值来表示。气旋中心气压值愈低，气旋愈强；反之，气旋愈弱。反气旋中心气压值愈高，反气旋愈强；反之，反气旋愈弱。地面气旋的中心气压值一般在97010

13、10百帕之间。发展得十分强大的气旋，中心气压值可低于935百帕。强台风中心气压值可低达870百帕。地面反气旋中心气压值一般在10201030百帕。冬季，东亚大陆上的反气旋中心气压值可达1040百帕，最高的曾达到1083.8百帕。 气象和反气旋强度的表示气旋和反气旋的强度也有用其最大风速来表示的。在强的气旋中，中心附近的最大风速可达30米秒以上，强台风中心极大风速曾达到110米/秒。在强的反气旋边缘地面最大的风速可达2030米/秒。 气象和反气旋强度的表示当气旋中心气压随时间降低时，称气旋加深或发展，当气旋中心气压随时间升高时，称气旋减弱或填塞。当反气旋中心气压随时间升高时，称反气旋加强或发展；

14、当反气旋中心气压随时间降低时，称反气旋减弱。气旋和反气旋随时间的变化气旋按发生的地区分温带气旋和热带气旋，反气旋分极地反气旋、温带反气旋和副热带反气旋。按照内部热力结构，气旋可以分为锋面气旋和无锋面气旋；反气旋可以分为冷性反气旋和暖性反气旋 。锋面气旋：在气旋中有锋面，温度是不对称的。无锋面气旋：在气旋中没有锋面，如热低压、热带气旋、高空冷涡等。气旋和反气旋的分类二、温带气旋指具有锋面结构的低压，因而又称为锋面气旋，它主要活动于中高纬度，在我国主要发生在长江中下游及其以北地区。其水平尺度大的可达10002000公里，小的只有几百公里。中心气压一般在1000百帕左右，强的中心气压可降到980百帕

15、以下，弱的中心气压可达1010百帕以上。（一）温带气旋的发生和发展 第一种类型主要形成于高空槽前的准静止锋或缓慢移动的冷锋上，这类气旋称为第一类（A类）气旋 第二种类型是由地面弱低压（或倒槽）与高空槽相遇并在高空槽的引导下，地面低压得到发展并产生气旋，这样发展起来的锋面气旋成为第二类（B类）气旋。 根据锋面气旋形成过程中各个阶段不同的温压场结构特点，可以将锋面气旋的形成过程分为四个阶段。（1）初生阶段：从发生波动到绘出第一根闭合等压线为止的整个阶段，称为锋面气旋的初生阶段。 高空锋区呈波状，温度槽落后于高度槽，而且高空槽位于地面气旋中心的后方，即地面气旋位于高空槽前脊后。气旋的前部，高空有暖平

16、流，后部有冷平流。 （2）成熟阶段：有时也称为青年气旋阶段，指初生气旋发展到地面气旋出现一跟以上的闭合等压线时，称为青年气旋。 高空槽明显加深，振幅加大，但还没有出现闭合环流。等温线出现冷舌和暖脊，温度槽仍落后于高度槽，但两者比前一阶段有所接近。地面气旋仍处于高空槽前，气旋前部的暖平流和气旋后部的冷平流都很强，所以地面气旋的中心气压进一步降低。 （3）锢囚气旋阶段：从地面冷锋追上暖锋形成锢囚锋开始，称为锢囚气旋阶段。 高空槽进一步发展达到最大程度，出现闭合中心，闭合的低压环流从地面一直伸展到500百帕高空，高低空中心轴线已接近垂直。 （4）消亡阶段：锋面气旋进入消亡阶段以后，气旋就逐渐与锋面脱

17、离，成为一个冷涡，环流减弱，气压升高、范围扩大，云雨随之减少。 高空的温压场近于重合，成为一个深厚的冷低压。 （二）锋面气旋的结构和天气当锋面气旋的前部（东部）通过时，常出现气压下降，温度升高，天气回暖，有阵雨或暴雨，多刮较大的偏南风；它的后部（西部）经过时，气压上升，温度下降，刮西北风或北风，多云、阴天或下雨、下雪。三、温带反气旋 温带反气旋是指活动于中高纬度地区的反气旋。包括冷性反气旋和移动性反气旋两大类。其中冷性反气旋又分为两类：一类是温度分布不对称的移动性反气旋，它的活动反映了冷空气的活动；还有一类是温度分布对称的准静止反气旋。冷性反气旋多发生于极寒冷的中纬度和高纬度地区。其势力强大、

18、影响范围广泛，往往给活动地区造成降温、大风和降水，是中高纬度地区冬季最突出的天气过程。冷性反气旋出现在近地面层内，由冷空气组成，势力十分强大，中心气压值达到10301040百帕，强的时候达到1080百帕。是一种浅薄系统。冷平流最强区域下沉气流最强，天气晴朗下沉气流最强，天气晴朗，有时在夜间和清晨还会有辐射雾，日出后逐渐消散 反气旋的东部或东南部，因接近冷锋，常有较大的风力和较厚的云层，甚至有降水 西部或西南部暖锋前天气冷性反气旋的天气特征关于寒潮寒潮是一种大规模的冷空气活动过程。我国国家气象局规定：由于冷空气的侵袭，使气温在24小时内下降10以上，最低气温降至5以下，同时伴有六级左右的大风，作

19、为发布寒潮警报的标准。 ，国家气象局又对上述标准做了补充规定：长江中下游及其以北地区48小时内降温10以上，长江中下游最低气温4（春秋季改为江淮地区最低气温4），陆地上3个大行政区有5级以上大风，渤海、黄海、东海先后有7级以上大风，作为寒潮警报标准。 四、副热带高压在南北半球的副热带地区，经常维持着沿纬圈分布的高压带，由于海陆热力性质的影响，常断裂成若干个高压单体，这些单体统称为副热带高压，简称副高。这些闭合高压环流主要位于海洋上，通常按其所在的大洋的地理位置分别称为北太平洋高压、北大西洋高压、南太平洋高压、南大西洋高压、南印度洋高压等。 北太平洋高压北大西洋高压南太平洋高压南印度洋高压南大西

20、洋高压北太平洋高压南太平洋高压南印度洋高压北大西洋高压南大西洋高压(一）副热带高压的结构与天气600hpa100hpa200hpa1000hpa辐合辐散600100百帕层以质量辐合为主，尤其以200百帕附近质量辐合最为突出。600百帕以下质量辐散占优势，整层空气质量辐合大于辐散，有净质量堆积。 副热带高压的天气晴朗少云微风炎热雨带雨带（二）西太平洋副热带高压及其对中国天气的影响从多年的状况来看，西太平洋副热带高压的活动位置有多年变化。据分析，18801890年间，副高中心偏向平均位置的东南；18901920年偏向西北；19201930年又偏向东南。 西太平洋副高的季节性活动具有明显的规律性。冬

21、季位置最南，夏季最北，从冬到夏向北偏西方向移动，强度增大；自夏至冬则向南偏东移动，强度减弱。 冬季，副高脊线位于15N附近。 大约到6月中旬，脊线出现第一次北跳过程，跳过20N，在2025N之间徘徊。 7月出现第二次跳跃，脊线迅速跳过25 N，以后摆动在2530N之间，约在7月底8月初，脊线跨过30 N达到最北位置。 10月上旬再次跳到20N以南地区 9月上旬脊线第一次回跳到25 N附近， 副高的季节性南北移动并不是匀速进行的，而表现出稳定少动、缓慢移动和跳跃三种形式，而且在北进过程有暂时南退，在南退过程中有短暂北进的南北震荡现象。同时，北进过程持续的时间较久、移动速度较缓，而南退过程经历时间

22、较短、移动速度较快。 西太平洋副高位置的季节性变动对中国天气有很大的影响。它是向我国输送水汽的重要天气系统。我国夏季降水的水汽来源，虽然主要是依靠西南气流从孟加拉湾、印度洋输送来，但西太平洋副高的位置和强度关系着西南季风从太平洋向大陆输送水汽的路径和数量，而且还影响着西南气流输送水汽的状况。 冬季，副高脊线位于15N附近。主要雨带位于华南 , 华南前汛期降水大约到6月中旬，脊线出现第一次北跳过程，跳过20N，在2025N之间徘徊。江淮进入梅雨期 7月份，随着副高脊线的第二北跳，雨带移到黄河流域，而江淮流域处于高压控制夏的伏旱期，天气酷热、少雨，如果副高强大，控制时间长久，将造成严重干旱。副高的

23、南侧为东风带，常有东风波、热带气旋甚至台风活动，产生大量降水，因此7月中旬后，华南又出现一次雨期。 从7月底8月初，随着副高脊线越过30N，主要雨带移至华北、东北地带，华北、东北的雨季开始。 五、热带气旋热带气旋是一种形成于热带或副热带海洋上、具有暖心结构和有组织的对流和确定的气旋性地面风环流的非锋面性天气尺度系统。热带气旋常常带来狂风、暴雨和暴潮，对人民生命财产和生产活动危害极大，因而是一种极为严重的灾害性天气系统。热带气旋也有有益的一面，它是低纬度地区降水的主要来源。 发生在洋面上的热带气旋，在不同的地区沿袭用不同名称。如中国和东亚地区称为台风，大西洋地区称为飓风，印度洋地区称为热带风暴，

24、澳大利亚地区称为“Willie”风。热带气旋的分级根据中国气象局“关于实施热带气旋等级国家标准”GBT19201-2019的通知，热带气旋按中心附近地面最大风速划分为六个等级 热带低压(TD)底层中心附近最大平均风速10.8-17.1米/秒，也即风力为6-7级热带风暴(TS)底层中心附近最大平均风速17.2-24.4米/秒，也即风力8-9级强热带风暴(STS)底层中心附近最大平均风速24.5-32.6米/秒，也即风力10-11级台风（TY）底层中心附近最大平均风速32.7-41.4米/秒，也即12-13级 强台风（STY）底层中心附近最大平均风速41.5-50.9米/秒，也即14-15级 超强

25、台风（SuperTY）底层中心附近最大平均风速51.0米/秒，也即16级或以上台风的尺度和强度 台风的水平范围（水平尺度）通常是以其外围闭合等压线的直径度量，也有以六级风圈范围表示的，其半径一般为5001000公里，最小的不足100公里，最大可达2000公里以上。 台风的时间尺度即台风的生命史，平均约一周，短的只有23天，最长可达一个月左右。 台风的强度是以台风中心附近最大风速和中心最低气压值来确定的。大多数台风的风速在3250m/s，大者达110 m/s，甚至更大。台风中心的气压值一般在950百帕，低者达920百帕，有的仅870百帕。 5612号台风7314号台风热带气旋的命名为了更好地识别

26、和追踪风力强大的热带风暴和台风，常对其进行命名或编号。我国气象部门规定，凡出现在东经150以西，赤道以北的热带风暴和台风，按每年出现顺序进行编号。第一列 第二列第三列第四列第五列备注英文/中文 名字来源Damrey达维 Kong-rey康妮 Nakri娜基莉 Krovanh科罗旺 Sarika莎莉嘉 柬浦寨 Longwang龙王 Yutu玉兔Fengshen风神 Dujuan杜鹃 Haima海马 中国 Kirogi鸿雁Toraji桃芝Kalmaegi海鸥Maemi鸣蝉Meari米雷朝鲜Kai-tak启德Man-yi万宜Fung-wong凤凰Choi-wan彩云Ma-on马鞍中国香港Tembin

27、天秤Usagi天兔Kammuri北冕Koppu巨爵Tokage蝎虎日本Bolaven布拉万Pabuk帕 布Phanfone巴蓬Ketsana凯萨娜Nock-ten洛坦老挝Chanchu珍珠Wutip蝴蝶Vongfong黄蜂Parma芭玛Muifa梅花中国澳门Jelawat杰拉华Sepat圣帕Nuri鹦鹉Melor茉莉Merbok苗柏马来西亚第一列 第二列第三列第四列第五列备注英文/中文 名字来源Ewiniar艾云尼特Fitow菲特Sinlaku森拉克Nepartak尼伯Nanmadol南玛都密克罗尼西亚Bilis碧利斯Danas丹娜丝Hagupit黑格比Lupit卢碧Talas塔拉斯菲律宾Kaemi格美Nari百合Changmi蔷薇Sudal苏特Noru奥鹿韩国Prapiroon派比安Wipha韦帕Mekkhala米克拉Nida妮坦Kulap玫瑰泰国Maria