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1、4 . 锋生和锋消4.1 概念 4.2 锋生函数 4.3 影响锋生函数的因子 4.4 4.4 中国的锋生锋消概况中国的锋生锋消概况4.1概念锋生 和 锋消 是锋面动力学和天气分析中的两个重要天气概念。大气中锋的形成、加强或减弱、消失，可导致锋面附近天气的剧烈变化。锋生 一般是指密度或温度不连续形成 的一种过程，或者 是指已有一条锋面存在，其密度（或温度）水平梯度增大 的过程。锋消 是指与锋生过程相反的过程。按锋的定义，锋的两侧水平温度差异显著是锋的热力 场最主要的特征。因此研究锋生、锋消时，可以从 水平温 度梯度随时间的变化 入手。锋面的锋生和锋消过程可以用锋生函数来描述4.2 锋 生 函 数
2、锋生函数定义为：T1T2 T3T4T5n n指向暖空气指向暖空气n n锋生带锋生带锋生的必要条件: 锋生函数0，锋生作用 锋生函数0，锋消作用 固定地区F最强锋生、消的充分条件 锋生条件：锋消条件：二、锋生锋消公式及物理意义1. 公式推导其中展开：求： 和 而： 同理 锋生函数将，代入式 热力学方程水平散度伸展变形切变变形垂直方向的涡度2. 讨论式。（锋生消公式）设坐标系x轴平行于等位温线，由冷指向暖；y轴垂直于等位温线，指向位温升的方向。， 所以 转为讨论式（1）水平运动的作用 当 时，则 ， 锋消当 时，则 ， 锋生气流辐合，锋生沿温度升度方向，水平气流辐合，则有锋生作用 沿温度升度方向，
3、水平气流辐散，则有锋消作用 即在垂直于等位温线的方向上有气流辐合利于锋生，反之则有利于锋消。气流辐散，锋消进一步说明：一个线性流场可分解为四种简单的流场平流场旋转场辐合辐散变形场前三种对锋生，锋消不起作用。变形场： a.若等位温线与伸展的轴夹角45，则在辐合气流 下易锋生b.若45，则辐散气流下易锋消；但等位温线会逐 渐旋转使45变形场最有利于产生锋生在天气图上鞍型场最易产生锋生。abcA利于锋生B利于锋生C不利于锋生（等位温线与膨胀轴正交）（2）垂直运动作用a. 稳定大气（一般状态下）当 时 ， ，锋生当 时 ， ， 锋消说明： 0，（ ），下沉。0，上升。同理 ，暖上升，冷下沉（辐散）锋消
4、在稳定大气中，暖空气一侧相对于冷空气一侧是 下沉的，则锋生；反之则锋消，暖下沉，冷上升（辐合） 锋生(稳定度与垂直运动项): a)稳定大气例：冷锋上山：其上空有等温线密集带， 靠近其暖一侧有上升运动，上升绝热膨胀冷 却，其暖一侧降温，而靠近其冷一侧上升运 动很弱或无上升运动，靠近其冷一侧温度无 变化，这样密集带等温线变稀疏，所以锋减 弱或消失，锋消。冷锋下山：靠暖的一侧基本无下沉运动， 温度无变化；其靠冷一侧，下沉运动很强， 温度升高，等温线变稀疏，锋消。b.在不稳定大气中当 ， ，锋生当 ， ，锋消因为暖气团的凝结潜热作用抵消了上升作用。b）不稳定大气 例：冷锋上山，靠暖的一侧，大量水蒸气凝
5、结 释放潜热，温度升高；而靠近其冷的一侧上升 运动很弱或无上升运动，温度变化不大。这样 温度密度集带变密。所以锋生（3）.非绝热加热项，暖空气相对加热，冷空气相对冷却则 ，锋生同理 ，则 ，锋消加热形式 凝结潜热加热有利于锋生下垫面加热有利于锋消非绝热加热项冷锋南下，暖锋北上，由于下垫面影响，锋消冷锋南下，靠冷一侧，下垫面影响大，温度升高, 靠 暖一侧，下垫面影响不大，所以等温线密集带变 疏， 锋消。三、锋生、锋消的动力学特点AB运动学锋生 a 温度水平梯度加大（热成风加大），风垂直 切变加大；等压面间厚度南侧加大北侧减小（ 等压面梯度上层加大地层减小） b 热成风平衡破坏 ，高层西风加速，低
6、层西风 减速 c 高层有向东的加速度，产生向北地转偏差， 低层有向西的加速度，产生向南地转偏差 d 锋区内地转偏差大于锋区外 有垂直于锋面的 环流：锋生次级环流产生次级环流又对锋生发生作用 高层辐合发生在b点（冷边界），低层辐合发 生在a点（暖边界），使得锋区发生倾斜，使 这两处温度梯度加大，锋区加强。 中层暖空气绝热冷却，冷空气绝热增温，中层 趋于锋消4.3 影 响 锋 生 函 数 的 因 子（l）非绝热加热 T1T1 表示沿已存在温度梯度方向的非绝热加热的梯度产 生的锋生作用。（2）垂直运动作用 T2T2 表示沿温度垂直梯度方向上，垂直速度的水平梯度产生的锋生 作用。若大气为稳定层结 /
7、z0，当暖气团中下沉运动w0 ，而冷气团中有上升运动w0，相应有n h wo，则T2 0， 表示锋生；相反为锋消过程（3）水平运动辐合 T3T3 表示在已有的水平温度梯度情况，水平辐合（D0）或水 平辐散（D0）产生的水平温度梯度的增加（或减弱），即锋 生或锋消。（4）水平变形场的作用 T4 表示整个水平变形产生的锋生作用。为了更进一步简 化，选择典型变形场，设x轴为变形场的膨胀轴，y 轴为收缩轴，而等位温线与x 轴的夹角为，相应位温梯度h 与 x 轴的夹角为900+，则位温梯度h = |h | (sin ,-cos )，相应 T4 表达式为T4 = - Esin2 2Fsin cos Eco
8、s2 / |h | /2， 对线性变形场F=0(无切变变形），所以 相应,当 450， T4表示锋生作用，当 450，表示锋消作用，当 =0，表示锋生作用最大。水平运动水平运动-辐合场辐合场鞍型场鞍型场4.4 中国的锋生锋消概况4.4.1 中国的锋生区一个是北方锋锋生区，位于河西走廊到东北一带; 一个是南方锋锋生区，位于华南到长江流域一带。 这两个锋生带是和南北两支高空锋区相对应的。 锋生带随高空锋区的季节变化而相应地发生位移。 自春到夏，锋生带逐渐北移，自夏到冬，则逐渐南 移。 北方锋锋生区北方锋生区季节变节变 化特征 冬季，由于这一带经常位于高空脊前槽后，地面反气旋活动频繁而强，所以锋生不
9、多。3月以后，这一带冷空气势力减弱，暖空气势力增强， 高空槽活动频繁，锋生逐渐增多。5月以后高空锋区北移，中蒙边界一带锋生减少。（但我国东北地区，这时因常有冷涡存在，涡后强烈的 冷平流常在东北及华北地区生成副冷锋。 ）南方锋生区 南方锋生区，在冬半年（105月）位于 江南地区，以春季最为活跃，因冷暖空 气逐渐趋 于势均力敌，高空东移低槽增 多，地面倒槽容易发展，有利于锋生。 67月间锋 生带移到长江流域，盛夏北 移到华北，9月后逐渐南移。 我国有些地区的锋生与地形有关。 如天山北坡、南岭北坡和昆明-贵阳-成都一 线的坡地等，都是常见的静止锋锋生区。4.4.2 锋生的天气形势和气象要素变化（1）
10、天气形势高空温压场 形势地面气压形势冷式切变冷式切变暖式切变暖式切变（2）气象要素场的变化 锋生在变压场上有明显的反映：冷锋锋生前，由于冷平流，地面常有明显的正变压； 暖锋锋生前，有明显的负变压。另外，锋生往往配合有云量增加和云层变厚， 以及雨区的扩大和发展的天气现象。东北地区的冷锋锋 生 东北地区的冷锋锋 生，天气形势和气象要 素有下列变化： 高空有低槽移入，出现明 显的冷平流或冷平流加强。 地面低槽显著 加深，使槽后有较强冷空气侵入，且天空 出现云量810量的密卷云。 原停滞性的大 陆高压突然向东或东南移动，高压前部3 小时正变压 达23hPa，同时偏北风加强 。江南地区锋生 江南地区，锋
11、生天气形势特点为：500hPa常有高空槽自青藏高原上空东移 ，700hPa、850hPa图上都有明显的切 变线 ，有时表现为 一个变形场。南海高 压或高脊往往加强北伸，江南上空出现 大片偏南风，暖平流很强。4.4.3 锋消 中国的锋消区主要在青藏高原以东 北纬3040度一 带。该地区常处于东亚大槽后部，又处于高原东侧，下沉气流 往往较强，有利于锋消。从季节来看，夏半年锋消较多，绝大多数冷锋在中从季节来看，夏半年锋消较多，绝大多数冷锋在中 国大陆消失，极少能继续东移入海。 国大陆消失，极少能继续东移入海。 太平洋副热带高压脊经常控制中国近海及东南大陆，受太平洋副热带高压脊经常控制中国近海及东南大
12、陆，受 下沉气流影响，有利于锋消。下沉气流影响，有利于锋消。此外，夏季冷空气本身不强，而南下又极易变性。此外，夏季冷空气本身不强，而南下又极易变性。锋锋消，一般有下列几种情况： 与地面锋线配合的高空槽减弱，地面甚至出现辐散流 场，锋将减弱、消失。 维持锋面的冷暖平流减弱、消失，锋也将减弱、消失 。如东北地区冷锋锋消与冷平流减弱、中断有关。当 冷中心位于低槽的西南或南部时，冷平流较弱甚至出 现暖平流，锋减弱消失。 当地面锋两侧变压差减弱或与锋相联系的天气区强度 减弱，范围缩小，都是锋消的征兆。 气团变性：锋在南下过程中由于下垫面的热力作用， 总是引起锋消。锋的移动 概况： 地区差异，锋的移速北方
13、比南方快。平均移速， 西北35-50km/h，可达100km/h 华北30-40km/h，可达90-100km/h 华东、中南20km/h 华南小于20km/h。 季节差异，冬季最快，其次是春夏秋季。 锋的移动可以从以下几方面考虑：1、高空引导气流 移速与其上空引导气流（700，500hpa）垂直于地面锋线的风速成 正比。（随地区和季节有差异，要考虑高空气流本身的变化。） 2、地面气压场 低压槽越浅，移速越大；低压槽越深，移速越小。 变压梯度越大，移速越大；变压梯度越小，移速越小。 3、地面地转风 假定不考虑摩擦影响，可用锋两侧地转风垂直于锋线的风速来估 计移速，即当等压线与锋的交角越大，等压
14、线越密，移速越快。 4、地面摩擦及地形 地面摩擦：移速减慢，上下层移速不同影响锋面坡度。 地形：遇高原或山脉阻挡将变慢、变形，如天山静止锋、云贵静 止锋等。复习题 1、气团的概念及分类。锋，锋面，锋线，锋区含义是 什么？ 2、请写出冷锋、暖锋、锢囚锋、冷性锢囚锋、暖性锢 囚锋定义(空间结构及等温线分布) 3、锋在空间状态为什么会随高度往冷的方向倾斜？ 4、锋区内等温线及等位温线为什么会存在密集带？ 5、对锋面坡度公式进行讨论 6、请用锋面坡度公式解释锋面附近气压分布特征 7、锋面附近要素场的特征是什么？锋面附近气压场、 变压场、风场特征如何？（以密度零级和一级不连续 不连续模拟锋面） 7、风随高度逆转快为什么可能有冷锋通过？同样，风 随高度顺转快为什么表示可能有暖锋即将来临？ 8、如何在单站高空风分析图上判断测站上空，有无锋 、锋的性质及其走向？ 9、锋生函数，锋生条件是什么？并用锋生，锋消公式 讨论稳定及不稳定大气中，冷锋上山、下山是加强还 是减弱？（注意讨论中包含物理解释） 11、锋面分析的基本原则？ 12、我国有几个锋生带？主要锋消区在何处？锋生时 要素场的特点如何？ 在图中标出单站上空有无 等平均温度线密集带。锋 的分
