[科普中國]-鋒

概念

鋒由兩種性質(zhì)不同的氣團(tuán)相接觸形成，其水平范圍與氣團(tuán)水平尺度相當(dāng)，長達(dá)幾百千米到幾千千米。水平寬度在近地面層一般為幾十千米，窄的只有幾千米，寬者也不過幾百千米，到高空增寬，可達(dá)200~400km，甚至更寬些。

鋒區(qū)是指冷、暖氣團(tuán)間狹窄的過渡地帶；由于鋒區(qū)的寬度同氣團(tuán)寬度相比顯得很狹窄，因而常把鋒區(qū)看成是一個幾何面，稱為鋒面。

鋒面與地面的交線稱為鋒線；鋒面和鋒線統(tǒng)稱鋒。

特征鋒面坡度鋒面傾斜的程度，稱鋒面坡度。鋒面坡度的形成和維持是地轉(zhuǎn)偏向力和氣壓梯度力作用的結(jié)果（如右圖所示）。

在兩氣團(tuán)間產(chǎn)生的水平氣壓梯度力（G）迫使兩者分界面趨于水平。

當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)偏向力和氣壓梯度力達(dá)到平衡時，氣流平行于鋒面作地轉(zhuǎn)運(yùn)動，這時冷、暖氣團(tuán)的分界面就不再向水平方向過渡而呈現(xiàn)為傾斜狀態(tài)。

溫度場鋒區(qū)溫度場在天氣圖上表現(xiàn)為等溫線非常密集，而且同鋒面近于平行。由于鋒面在空間呈傾斜狀態(tài)，使得各等壓面上的等溫線密集區(qū)位置隨高度升高不斷向冷區(qū)一側(cè)偏移。

在鋒區(qū)附近，因?yàn)殇h的下部是冷氣團(tuán)，上部是暖氣團(tuán)，所以自下而上通過鋒區(qū)時，出現(xiàn)氣溫隨高度增高而增加的現(xiàn)象，稱鋒面逆溫。

氣壓場鋒面兩側(cè)是密度不同的冷、暖氣團(tuán)，因而鋒兩側(cè)的氣壓傾向是不連續(xù)的，當(dāng)?shù)葔壕€橫穿鋒面時便產(chǎn)生折角，折角尖端指向高壓一方，鋒落在低壓槽中。

風(fēng)場地面鋒既然處于低壓槽內(nèi)，依據(jù)梯度風(fēng)原理，鋒線附近的風(fēng)場應(yīng)具有氣旋性切變。如圖所示，當(dāng)冷鋒呈東北-西南走向時，鋒前多為西南風(fēng)，鋒后多為西北風(fēng)，表現(xiàn)出風(fēng)向的反氣旋式切變。

類型和天氣鋒的類型根據(jù)鋒兩側(cè)冷、暖氣團(tuán)移動方向和結(jié)構(gòu)狀況，一般把鋒分為冷鋒、暖鋒、準(zhǔn)靜止鋒和錮囚鋒四種類型。

冷鋒是冷氣團(tuán)推動著鋒面向暖氣團(tuán)一側(cè)移動的鋒。冷鋒又因移動速度快慢不同，分為一型（慢速）冷鋒和二型（快速）冷鋒。

暖鋒是暖氣團(tuán)推動著鋒面向冷氣團(tuán)一側(cè)移動的鋒。

準(zhǔn)靜止鋒是冷、暖氣團(tuán)勢力相當(dāng)或有時冷氣團(tuán)占主導(dǎo)地位，有時暖氣團(tuán)又占主導(dǎo)地位，鋒面很少移動或處于來回?cái)[動狀態(tài)的鋒。

錮囚鋒是當(dāng)冷鋒趕上暖鋒，兩鋒間暖空氣被抬離地面錮囚到高空，冷鋒后的冷氣團(tuán)與暖鋒前的冷氣團(tuán)相接觸形成的鋒。

鋒面天氣（1）暖鋒天氣

如圖所示，暖鋒的坡度較小，暖氣團(tuán)在推擠冷氣團(tuán)過程中緩慢沿鋒面向上滑行，當(dāng)升到凝結(jié)高度后在鋒面上產(chǎn)生廣闊的、系統(tǒng)的層狀云系。典型云序?yàn)椋壕碓疲–i）、卷層云（Cs）、高層云（As）、雨層云（Ns）。暖鋒降水主要發(fā)生在雨層云內(nèi)，多是連續(xù)性降水。

在中國明顯的暖鋒出現(xiàn)得較少，大多伴隨著氣旋出現(xiàn)。春、秋季一般出現(xiàn)在江淮流域和東北地區(qū)，夏季多出現(xiàn)在黃河流域。

（2）冷鋒天氣

冷鋒根據(jù)移動速度的快慢分為兩種類型，一型冷鋒和二型冷鋒。

一型冷鋒（緩行冷鋒）移動緩慢、鋒面坡度較?。ㄔ?/100左右），其天氣模式如圖所示。產(chǎn)生與暖鋒相似的層狀云系，只是云系的分布序列與暖鋒相反，而且云系和雨區(qū)主要位于地面鋒后。由于鋒面坡度大于暖鋒，因而云區(qū)和雨區(qū)都比暖鋒窄些，且多穩(wěn)定性降水。

二型冷鋒（急行冷鋒）移動快、坡度大（1/40—1/80），其天氣模式如圖所示。冷鋒后的冷氣團(tuán)勢力強(qiáng)，移速快，猛烈地沖擊著暖空氣，使暖空氣急速上升，形成范圍較窄、沿鋒線排列很長的積狀云帶，產(chǎn)生對流性降水天氣。夏季時，空氣受熱不均，對流旺盛，冷鋒移來時常?？耧L(fēng)驟起、烏云滿天、暴雨傾盆、雷電交加，氣象要素發(fā)生劇變。但是，這種天氣歷時短暫，鋒線過后氣溫急降，天氣豁然開朗。

（3）準(zhǔn)靜止鋒天氣

同暖鋒天氣類似，云區(qū)和降水區(qū)比暖鋒更為寬廣，降水強(qiáng)度比較小，但持續(xù)時間長，可能造成綿綿細(xì)雨連日不止的連陰天氣。

（4）錮囚鋒天氣

錮囚鋒是由兩條移動著的鋒合并而成。所以它的天氣仍保留著原來兩條鋒的天氣特征。

鋒生和鋒消水平氣流輻合、輻散氣流在輻合過程中，可促使冷、暖氣團(tuán)接近，水平溫度梯度增大，利于鋒生。反之，水平氣流輻散則促使冷、暖氣團(tuán)遠(yuǎn)離，水平溫度梯度減小，利于鋒消。

空氣垂直運(yùn)動鋒面附近的垂直運(yùn)動都是暖空氣上升，冷空氣下沉，在無凝結(jié)現(xiàn)象發(fā)生的情況下，一般是不利于鋒生而利于鋒消。

空氣的熱量交換（1）如果冷、暖氣團(tuán)各停留在更冷和更暖的下墊面上，鋒得到加強(qiáng)。

（2）鋒兩側(cè)的氣團(tuán)都移行到性質(zhì)大致相似的下墊面上，利于鋒消。

（3）中國大部分地區(qū)處于溫帶，冷、暖氣團(tuán)活動頻繁，鋒生現(xiàn)象十分明顯。

（4）據(jù)統(tǒng)計(jì)鋒生地帶主要有兩個：

一個在東北、內(nèi)蒙一線，并與北支鋒區(qū)相對應(yīng)。另一個在長江以南地區(qū)，并與南支鋒區(qū)相對應(yīng)。華南地區(qū)凝結(jié)潛熱釋放的數(shù)量比較多，對鋒生所起作用不容忽視。

鋒區(qū)鋒面與空中某一平面相交的區(qū)域稱為鋒區(qū)(上界和下界之間的區(qū)域)。實(shí)際上，鋒區(qū)就是密度不同的兩個氣團(tuán)之間的過渡區(qū)。鋒區(qū)的水平寬度約為幾十公里到幾百公里。等溫線愈密，鋒區(qū)則愈強(qiáng)。鋒區(qū)的高緯一側(cè)為冷氣團(tuán)，低緯一側(cè)為暖氣團(tuán)。鋒區(qū)隨高度向冷空氣一側(cè)傾斜，高度越高，偏離鋒線愈遠(yuǎn)。

等溫線密集帶鋒區(qū)為密度不同的兩個氣團(tuán)之間的過渡區(qū)，因?yàn)槊芏炔荒苤苯訙y量出來，氣壓水平差異又比較小，所以密度的不同主要表現(xiàn)為溫度的不同，鋒區(qū)內(nèi)溫度水平梯度遠(yuǎn)比鋒區(qū)外大，在等壓面上表現(xiàn)為等溫線密集帶。

對位溫公式取對數(shù)微商得到位溫水平梯度與溫度水平梯度之間關(guān)系：可見等壓面上水平位溫梯度的方向與水平溫度梯度方向完全一致，故鋒區(qū)內(nèi)等位溫線也存在密集帶。

鋒區(qū)水平溫度梯度很大，因此通過鋒面的熱成風(fēng)也很大，所以，鋒區(qū)上空風(fēng)的垂直切變也很大。

鋒區(qū)分布由于南半球大陸的面積比北半球少，而且大陸的形成比較簡單，因此鋒的出現(xiàn)也不復(fù)雜。在400000平方公里面積中鋒的出現(xiàn)頻率結(jié)果顯示，從大西洋中部經(jīng)印度洋，到澳大利亞南部的45°S，與強(qiáng)風(fēng)軸中心對應(yīng)，有明顯的鋒區(qū)。與北半球的情況相同，極地鋒區(qū)與高空的強(qiáng)風(fēng)帶基本上一致。但夏季和冬季，在大西洋部分，有兩支鋒區(qū)（低緯度和高緯度），冬季在太平洋上可以明顯地區(qū)別出極地鋒和南極鋒兩支。鋒的出現(xiàn)頻率冬季在海洋上變多，而且鋒區(qū)明顯。1

鋒區(qū)環(huán)流通過對不同大氣層結(jié)分布下越鋒垂直環(huán)流的計(jì)算, 發(fā)現(xiàn)層結(jié)穩(wěn)定度特別是中下層層結(jié)對冷鋒環(huán)流的影響是非常大的。

大氣層結(jié)對鋒區(qū)環(huán)流有非常大的影響：

( 1) 在鋒區(qū)有兩個主要越鋒環(huán)流圈在發(fā)展, 鋒前暖區(qū)一側(cè)為負(fù)環(huán)流, 冷區(qū)一側(cè)為正環(huán)流, 負(fù)環(huán)流遠(yuǎn)強(qiáng)于正環(huán)流, 對應(yīng)于這種環(huán)流配置, 鋒前產(chǎn)生上升運(yùn)動, 鋒后形成下沉運(yùn)動,上升運(yùn)動明顯大于下沉運(yùn)動。

( 2) 隨層結(jié)穩(wěn)定度的減小, 鋒區(qū)越鋒垂直環(huán)流和上升運(yùn)動迅速增強(qiáng), 在冷鋒前暖區(qū)形成中尺度深厚強(qiáng)對流系統(tǒng), 并有可能出現(xiàn)多重上升運(yùn)動中心, 在對流層下層形成范圍僅為幾十公里的多重上升運(yùn)動帶, 并與 Ri小值區(qū)相聯(lián)系, 說明它的產(chǎn)生可能與對稱不穩(wěn)定有關(guān)。

( 3) 層結(jié)穩(wěn)定度的減小有利于對稱不穩(wěn)定發(fā)展, 使冷鋒前產(chǎn)生中尺度雨帶的可能性增大。

( 4) 對鋒面環(huán)流的影響而言, 層結(jié)穩(wěn)定度的減小與凝結(jié)潛熱釋放在效果上是相同的,都是使鋒區(qū)越鋒環(huán)流加強(qiáng), 特別是對鋒前環(huán)流的影響更大。

( 5) 層結(jié)對鋒區(qū)越鋒垂直環(huán)流的影響主要是受中下層層結(jié)分布控制, 上層層結(jié)的作用不大。2

高空鋒區(qū)高空鋒區(qū)（upper frontal zone）又稱高空行星鋒區(qū)。對流層中上層溫度水平梯度較大的區(qū)域。圣彼狀，可達(dá)到行星尺度。在通常情況下，北半球有兩支高空鋒區(qū)，即中高緯度的極鋒鋒區(qū)和中低緯度的副熱帶鋒區(qū)（參見極鋒）。北半球，高空鋒區(qū)偏在地面風(fēng)線左側(cè)。因?yàn)榻孛媸艿剞D(zhuǎn)偏向力風(fēng)向右偏轉(zhuǎn)，而高空更是不受地轉(zhuǎn)偏向力的影響的。南半球反之 在高空是垂直于冷暖氣團(tuán)的，不偏向哪一側(cè)。

北半球行星鋒區(qū)主要有兩支：副熱帶鋒區(qū)和極鋒鋒區(qū)。這兩支鋒區(qū)所在的位置、強(qiáng)度常隨季節(jié)而變動。冬季南移，夏季北移；冬季強(qiáng)度大，夏季強(qiáng)度小。行星鋒區(qū)對氣旋、反氣旋的形成、發(fā)展有重要作用。

（1）副熱帶鋒區(qū)

副熱帶鋒區(qū)也稱南支鋒區(qū)，是熱帶氣團(tuán)與極地變性氣團(tuán)之間的過渡區(qū)域，它多自對流層頂延伸下來，往往達(dá)不到地面，在對流層中、上層表現(xiàn)明顯，而在東亞地區(qū)尤為明顯。

暖濕空氣密度較小，沿極鋒鋒面滑升，當(dāng)它到達(dá)對流層上部時又南北分流，向北邊的一支氣流在極地下沉，并在底層回到較低緯度。向南的一支在對流層上部與哈德萊環(huán)流圈高層來自赤道的更暖濕的空氣在副熱帶相遇，形成副熱帶鋒區(qū)。

（2）極鋒鋒區(qū)

極地環(huán)流圈中低層向南的東北風(fēng)與Hadley環(huán)流圈中下沉輻散而向北運(yùn)動的西南風(fēng)相遇，干冷與暖濕氣流相遇而形成的鋒區(qū)。

極鋒鋒區(qū)也稱北支鋒區(qū)或溫帶鋒區(qū)，是冰洋氣團(tuán)和極地氣團(tuán)的過渡帶。自地面到高空，鋒區(qū)是向冷區(qū)傾斜的，此鋒區(qū)可以伸到地面但在對流層上層最顯著。3