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俯以察地——第三章 自然地理环境(15)

2023-02-13 13:30 作者:Geo_WKY  | 我要投稿

3.5  天气

我们经常能感受到阴晴雨雪、气温冷热变换等现象,这些在某一地方短时间内大气状态及其变化的现象,称为天气(weather)。天气瞬息万变,具有不稳定性。天气现象和天气变化是由大气物理性质和大气运动所决定的,引起这种变化的各种尺度并具有一定结构特点的系统,称为天气系统

在一定空间范围内,温度、湿度等物理性质相对均匀的空气块称为气团。地表热量、水分等条件不均,因此地球表层存在许多不同性质的气团,按照热力性质可以分为冷气团和暖气团;按照气团形成的地理位置和下垫面,可以分为冰洋气团、极地气团、热带气团和赤道气团四种基本类型,前三种类型又有大陆性和海洋性之别。在同一气团内,由于其物理性质相近,故具有相似的天气现象。

气团的地理分类(姜世中等,2010)

气团形成后,由于环流条件的变化,气团会离开源地移动到一个新的地区,随着下垫面性质的改变,其物理性质也会发生变化,这个过程称为气团的变性,同时也带来天气的变化。

在气团的移动过程中,不同性质的气团相遇,也会产生天气变化。冷、暖气团相遇,在它们之间形成的狭窄而又向冷气团倾斜的过渡带称为(front),两个气团的交界面称为锋面,锋面与地面的交线称为锋线

锋的基本结构(朱翔等,2019)

锋是一个具有三维空间的天气系统,水平范围可达几百至几千千米,但在近地面的宽度一般只有几十千米。锋在空间中呈现倾斜状态,并且倾向于冷气团一侧,倾角随高度增加而变缓。锋面两侧温度、湿度、气压、风等气象要素具有明显差异,锋面坡度越大天气变化越强烈。在锋区附近,由于下部是冷气团,上部是暖气团,所以在垂直方向上,可能出现气温随高度升高而增加的现象,是为锋面逆温。锋一般落在低压槽中,并且锋两侧的风呈现气旋式的变化。

根据锋两侧冷暖气团移动方向和结构状况,一般把锋分为冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚锋。

冷锋是冷气团主动向暖气团移动的锋。由于冷气团占主导地位,其前缘插入暖气团下方,暖气团被迫抬升,推动锋面向暖气团一侧移动。冷锋过境时,如果暖气团中水汽充足,可能出现雨、雪天气,主要发生在地面锋线后。冷锋过境后,冷气团替代了原来暖气团的位置,气温和湿度骤降,气压升高,天气转好。

冷锋根据移动速度的快慢可以分为第一型冷锋和第二型冷锋,它们二者的天气有所不同。第一型冷锋也叫缓行冷锋,移动缓慢,锋面坡度较小。当暖气团比较稳定,水汽比较充沛时,容易形成雨雪天气,锋线过境开始降水,风速突然增大,天气恶劣,此后天气转晴。第二型冷锋也叫急行冷锋,移动快,锋面坡度大。锋前的空气被快速抬升,形成范围较窄、沿锋线排列的积状云带,产生对流性降水天气,特别是在夏季,对流旺盛,冷锋移来时,乌云密布、暴雨倾盆,但这种天气持续时间较短,锋线过后气温下降,天气转晴。而在冬季时,由于暖气团湿度较小、气温较低,往往不会发展成不稳定的天气。

冷锋天气(Frederick K.L.等,2017)

第一型冷锋(a)和第二型冷锋(b)(伍光和等,2008)

冷锋在我国活动范围广,是影响我国天气的重要天气系统之一。我国冬季爆发的寒潮就与冷锋有关。

寒潮是自极地或寒带的冷空气大规模向较低纬度带侵袭,造成大范围剧烈降温和大风、气压猛升、湿度锐减的一种天气。中国气象局的规定寒潮标准为:某一地区冷空气过境后,气温24小时内下降8℃以上,且最低气温下降到4℃以下;或48小时内气温下降10℃以上,且最低气温下降到4℃以下;或72小时内气温连续下降12℃以上,并且最低气温在4℃以下。寒潮预警分为蓝色、黄色和橙色三级。

全国性的寒潮平均每年有三四次,并且在春季和秋季较强,原因在于春秋季节是过渡季节,大气环流的调整和变动剧烈,而隆冬时节尽管冷空气活动频繁,但大气低层温度和湿度变化小,南下的冷空气往往达不到寒潮的强度。

影响我国的寒潮,最为重要的冷空气发生和经过的区域在中西伯利亚地区,并经过不同的路径南下。

我国寒潮的路径(姜世中等,2010)

寒潮南下侵入时,前缘有一条冷锋,锋后的气压梯度很大,造成大风天气,伴随大风而来的是气温骤降,进而引起霜冻,降水主要产生在冷锋附近。晚秋和早春寒潮多发,易出现霜冻、大风等灾害性天气,对农业生产危害很大。

如果暖气团起主导作用,主动向冷气团移动,则称为暖锋。在暖锋上,暖气团沿冷气团徐徐爬升,因而锋面坡度较小,其中的水汽冷却凝结,产生云、雨等天气。暖锋过境时,云层加厚,多形成连续性降水,并出现在锋前冷区,历时较长而强度较小。暖锋过境后,暖气团占据了原来冷气团的位置,气温上升,气压下降,天气转晴。在我国,明显的暖锋出现较少,春秋季节一般出现在江淮和东北地区。

暖锋天气(Frederick K.L.等,2017)

如果冷暖气团势力相当,或受到地形的阻滞,锋面的移动十分缓慢或长时间徘徊,这种锋面称为准静止锋。准静止锋形成的云区和降水区更加宽广,造成大片地区的连阴雨天气。我国江南清明前后细雨绵绵和江淮地区初夏时的梅雨天气都与准静止锋有关。

从我国江淮流域到日本南部,每年初夏的六七月份都有一段连续阴雨时期,降水量大,降水次数频繁,这时正值江南梅子成熟季节,故称梅雨,这段时间多雨潮湿,物体易受潮腐烂,也称“霉雨”。这段时间内,从海洋北上陆地的暖气团与陆地上的冷气团“旗鼓相当”,形成准静止锋,进而造成大范围较长时间的阴雨天气。

根据多年的观测资料,一般6月中旬入梅,7月中旬出梅,但每年的梅雨期开始和结束日期并不一致。有的年份甚至在应当出现梅雨的时期不仅没有持续的降水,反而降水很少甚至没有降水,这就是所谓“少梅”和“空梅”。梅雨结束后,雨带北移,江淮地区降水量减少,晴天增多,温度升高,进入盛夏时节。

梅雨期间由于雨量集中,容易造成内涝和水灾,1998年和2016年长江流域的严重洪涝灾害就与梅雨有关。而“少梅”和“空梅”则易出现干旱。梅雨期的长短和降水量的多少直接影响到夏季的农业生产活动。

有时候大气中不只存在一个锋面,当冷锋追上暖锋,或者两条冷锋迎面相遇,两个锋面之间的暖气团被抬离地面“囚禁”在高空,近地面层的锋合并形成的锋称为锢囚锋。由于大范围的暖空气被迫抬升,锋面两侧均有降水区并且强度很大。我国的锢囚锋主要出现在华北和东北地区,又以春季较多。

锢囚锋的形成(Frederick K.L.等,2017)

锢囚锋天气(伍光和等,2008)注:a-暖式锢囚锋,b-冷式锢囚锋

(本节未完)

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