4.1.3 锋面天气
1.锋面附近气象要素的特征
锋面是向冷空气一侧倾斜的过渡带,其附近的气象要素、云系和降水的分布都与锋面这种结构特征有关。
(1)温度场特征
由于锋面是两个不同气团的过渡带,所以在锋面两侧温度的水平和垂直分布有明显的不同。在同一气团中水平的温度梯度一般为1~2℃/100km,而在锋区内,温度的水平梯度可达5~10℃/100km。所以,在同一等压面或等高面上锋区内的等温线特别密集,其密集程度愈强,表示锋面愈强,同时温度的密集区随高度增加而向冷空气一侧倾斜。
在锋面垂直剖面的温度分布图上(如图4.8)可知,在锋区的两侧的气团中,温度随高度增加而减少,而等温线基本是水平的,因暖空气团的温度要比冷空气团的温度高,这样在锋区内就可出现“下冷上暖”的逆温或等温现象,通常称之为锋面逆温。一般来说锋区内温度的垂直梯度较小(如图4.9)。在图4.8中T0,T1为通过锋区呈现锋区逆温的等温线,T2,T3为通过锋区呈现锋区等温的等温线,T4,T5为通过锋区呈现锋区降温的等温线。
(2)位温场特征
由位温的定义,可知
(4.9)
上式两边取对数,相应有
(4.10)
(4.11)
在对流层,一般情况下,0<γ<γd,由上式可知,θ随高度增
一般气团内部大得多,结果,锋区的位温随高度增大的速率要比周围的大,相应等θ线也密集得多(如图4.8)。在实际大气中,有时锋区位温的水平梯度并不明显,而假相当位温(θse)的水平梯度非常明显,所以,有时用假相当位温(θse)来描述锋面。
(3)气压场和风场特征
①气压场
在地面上,一般锋面位于气压槽中,等压线通过锋面时呈气旋式弯曲,其折角指向高压。由锋面的坡度公式,有
(4.12)
面的两侧的气压梯度是不连续的。如图4.10为锋面附近典型的气压场和风场分布。
②风场特征
由于地面锋位于气压槽中,锋线附近的风场具有气旋性切变,而地面摩擦作用可使这种气旋性切变更加明显。同时,地面摩擦导致锋线附近强的风场辐合。锋面附近的风场气旋性切变包括风速切变和风向切变。在有些情况下,风速切变要比风向切变明显,有时风向切变要比风速切变明显,有些情况下两者都非常明显。图4.10为锋面附近的几种比较典型水平风场的分布。由于锋区的水平温度梯度要比其周围的水平温度梯度大,由热成风关系(4.5)式可知,在锋区存在较大的风速垂直切变(风速随高度的变化)。在冷锋附近有冷平流,所以自下而上穿越锋区,水平风向随高度增加而呈逆时针旋转;而在暖锋附近有暖平流,所以自下而上穿越锋区,水平风向随高度增加而呈顺时针旋转。另外,在地面锋的上空,可出现大风速区,甚至可以出现急流。