二、锋与天气

(一)锋及其类型

当两个性质不同的气团相接触时,其间必然存在一个过渡区。当过渡区比较狭窄时称为锋。锋既然是处于两个物理属性不同的气团之间,两侧气象要素一定存在明显的差异种差异主要表现在温度方面,因此通常把锋看成是冷、暖气团之间的过渡区。

二、锋与天气 - 图1

锋的空间状态是倾斜的(图 3-42),它的上面是暖气团,下面是冷气团。锋的宽度,在近地面层中约为几十公里,在高层可达 200—400 公里。这与一个气团所占据的水平范围相比是较小的。因此,常把锋视作一个面,称为锋面。锋面与地面相交的线称为锋线。长的锋线达数千公里,短的也有数百公里。有的锋可伸展到对流层顶,有的只及对流层的低层,离地面 1.5 公里以下。锋显著与否,决定于气团间的水平温度梯度与气团运动速度。如果水平温度梯度大,运行速度快,锋的两侧差异大,锋就显著。

在一个气团内气温的水平分布是比较均一的,在 100 公里的距离内,气温差只有 1—2℃,但在锋附近,相同距离的气温差可达 10℃左右。天气图上,锋附近等温线特别密集,这是确定锋线的重要标志。锋通常出现在低压槽中,所以在典型的情况下,锋前吹西南风,锋后吹西北风,地面锋线正是气流辐合线。

二、锋与天气 - 图2

根据锋的移动情况,可将锋分为暖锋、准静止锋、冷锋三种基本类型。暖锋是指暖气团主动向冷气团方向移动的锋;准静止锋是指很少移动或速度非常缓慢移动的锋;冷锋则是指冷气团主动向暖气团方向移动的锋。这种分类既能反映冷暖气团交绥的动向,又可反映各种锋面天气差异,故目前被广泛应用。

根据形成锋的气团源地类型,又可将锋分为冰洋锋、极锋、赤道锋三类。冰洋锋是冰洋气团与中纬气团的分界面;极锋是极地气团与副热带或热带气团的分界面;赤道锋是热带或副热带气团与赤道气团的分界面。这种分类在自然地理上有一定意义,例如我国东部地区,以极锋活动的平均位置确定冬夏季风的界线。冬季风的南界,按冬季极锋向南扩展的位置,可达 15°(南海中部);夏季风的北界,按极锋夏季北撤的位置,可达内蒙古与黑龙江最北部。极锋与赤道锋经常出现的区域,也就是气候锋区的位置。

不同类型的锋有不同的天气状况。锋面天气主要指锋附近的云、降水、风等气象要素的分布情况。锋附近的天气,因锋的坡度大小,锋附近空气垂直运动和气团水汽含量多少、气团稳定度,以及锋附近具体地形起伏状况诸因素来决定。上述诸因素又随时间、地点而变化,因此锋面天气是复杂多样的。

(二)暖锋活动与天气

暖锋的基本特点是,暖气团滑行在冷气团之上;由于暖气团密度小,滑行速度缓慢,所以暖锋坡度较小,一般小于 1/100;覆盖的范围广。如果暖气团比较稳定并含有较多的水汽,当其上升到凝结高度时,就会形成一系列层状云系——卷云(Ci)、卷层云(Cs)、高层云(As)、雨层云(Ns), 这是暖锋所具有的云系特征。暖锋云系分布于锋前。从图 3-44 可见,近地面锋线处,云层最厚,云的高度也最低;离锋线愈远,云层愈薄,高度也愈高。暖锋雨区也在锋前,多连续性降水,强度较小,历时较长,雨区范围较广。若暖气团温度高,水汽含量很少,则暖锋上可能出现高云,甚至无云的好天气。

在地面锋线附近的冷气团中,因空气湿度较大,以及气流的辐合和乱流作用,可形成层积云、层云和碎层云。在锋线前约 150—200km 区域内,由于空中降水,雨滴蒸发,使近地面层湿度增大,可以形成锋面雾。

在我国暖锋活动范围不广,一般限于东北及江南地区;春季活动较多, 冬季较少。

(三)准静止锋活动与天气

准静止锋是很少移动或移动速度缓慢的锋。它的两侧冷暖气团往往形成势均力敌的形势,暖气团前进时,为冷气团所阻,被迫沿锋面上滑。其上滑的情况与暖锋类似,故出现的云系亦与暖锋云系大体相同。但准静止锋的坡度比暖锋更小,一般为 1/250 左右,沿锋面上滑的暖空气延伸到离地面更远的地方。因此,准静止锋的云区,降水区比暖锋更广,降水强度比暖锋更小, 降水历时比暖锋更长。江南清明时节雨纷纷,即往往与准静止锋有关。如果暖空气的湿度较大,又不稳定,锋上可能形成积状云和雷阵雨。初夏时我国华南准静止锋,常有这类天气出现。

我国的准静止锋主要有华南准静止锋,江淮准静止锋,昆明准静止锋, 天山准静止锋等,对上述地区的天气有较大的影响。例如,天山北坡和北疆大部分地区冬、春降水较多就与天山准静止锋活动有关;贵州高原冬半年多阴雨,“天无三日晴”便同昆明准静止锋活动有关。

(四)冷锋活动与天气

冷锋是冷气团主动向暖气团方向移动的锋。冷气团向暖气团前进,暖气团则被迫抬升。由于冷气团在前进时受地面摩擦影响,锋面移动时,近地面层总是落后于上层,所以锋面坡度比暖锋大。当冷气团移动速度较大时,锋面可向暖气团方向突出,形成一个冷空气楔。根据移动的快慢,冷锋可分二类:移动慢的叫第一型冷锋,或称缓进冷锋;移动快的叫第二型冷锋,或称急进冷锋。

  1. 第一型冷锋 基本特点是暖气团层结较稳定,而且由于冷气团移来的速度比较缓慢,暖气团可沿冷气团平稳地上升,故锋面坡度不大,通常为1/100 左右,水汽凝结也较缓和。锋面云系与暖锋基本类似,但第一型冷锋云系形成于锋线之后。

应该说明,第一型冷锋云系虽与暖锋类似,但冷锋坡度比暖锋大,所以云区和降水区均比暖锋窄,降水区宽度平均约 150—200 公里,降水强度也较暖锋大。与暖锋一样,在锋线附近降水区内,常有层积云、碎积云出现, 并可能形成锋面雾。

当冷锋近地面坡度很陡时(图 3-46),暖空气上升不平稳。如暖气团水汽含量较多而且不稳定,在锋线附近上空就可形成积状云,并可能产生强度较大的阵性降水。不过,降水区较窄,历时一般很短。

  1. 第二型冷锋 与第一型冷锋特点相比较,第二型冷锋的冷气团移动速度很快,暖气团层结不稳定。由于冷气团强烈排挤暖气团,冷气团前进速度远大于暖气团后退速度,以至暖气团在冷气团的强烈冲击下被迫迅速抬升,

在低层产生显著的对流;在高层由于暖空气的后退速度大于冷气团的前进速度,因而出现暖空气沿锋面下滑的运动。

第二型冷锋面坡度陡,一般在 1/40—1/80,有强烈的对流过程,故在锋前形成对流性浓积云和积雨云,且云系主要是沿锋线排列成长而狭的积状云带,宽度一般几十公里,顶部可伸展至 10 公里以上。在高层,由于暖空气下滑,一般没有云的形成。

第二型冷锋移动速度快,锋线附近有强烈的对流过程,因此,当它过境时,往往伴随狂风骤雨。在夏季,还可能出现冰雹等不稳定天气。但第二型冷锋降水区很窄,历时很短。

冷锋是影响我国最重要的天气系统之一。冷锋活动遍及我国绝大部分地区,甚至伸展到海南地区。冬半年活动频繁,北方地区尤为常见;夏半年同样有它的踪迹。北方地区的夏季暴雨就和冷锋活动有一定关系。长江流域及其以南地区,也往往受其影响,春末夏初的冰雹等不稳定天气,常与冷锋活动有关。

(五)地形对锋的影响

锋在移动过程中,受到起伏地形的影响,其影响程度因山地高度、排列方向、地貌形态等而不同。地形可以引起锋面坡度,移动速度,锋附近空气垂直运动的变化。锋遇山地受阻,当锋面接近山地时,在迎风坡上,锋面现象增强,暖空气更容易上升,因此云雨现象显著;在背风坡一侧,空气越山下沉,具有焚风效应,锋面现象减弱,云消雨散,往往出现晴朗区。但在离背风坡较远的地方,例如 200—300 公里,锋面云系又重新恢复。

二、锋与天气 - 图3

地貌形态特征对锋的移动有一定影响。锋的形状总是适应地貌形态而发生变化。例如,当锋移至开口的河谷时,冷空气将首先循河谷伸展,使锋形弯曲;当山地海拔过高,山体过大时,冷锋前进受阻,并被迫停留在山前地带,转变为准静止锋。天山准静止锋就是北来冷锋受天山所阻而形成的。

例如,庐山海拔为 1200—1400 米,呈北东-南西走向,延伸约 25 公里, 南下的冷锋,锋前缘空气层较薄,受庐山地形阻滞不能越过山体,一部分锋

面与地形吻合,大部分则从庐山两端绕山而过,使锋产生变形(图 3-48)。此时庐山南北两侧、山上山下将出现不同的天气状况,例如西北坡麓的九江一带出现阴雨天气,而东南坡麓暂时将出现晴好天气。