5.1 气团和锋(3)
锋是冷、暖气团相交绥的地带。该地带冷、暖空气异常活跃,常常形成广阔的云系和降水天气,有时还出现大风、降温和雷暴等剧烈天气现象。因此,锋是温带地区重要的天气系统。
(一)锋的概念
锋由两种性质不同的气团相接触形成,由于气团占有三度空间,因而锋是三度空间的天气系统。其水平范围与气团水平尺度相当,长达几百千米到几千千米。水平宽度在近地面层一般为几十千米,窄的只有几千米,宽者也不过几百千米,到高空增宽,可达200—400km,甚至更宽些。锋的宽度同气团宽度相比显得很狭窄,因而常把锋区看成是一个几何面,称为锋面。锋面与地面的交线称为锋线,锋面和锋线统称锋。锋向空间伸展的高度视气团的高度而有不同,凡伸展到对流层中上层者,称对流层锋,仅限于对流层低层(1.5km以下)者,称近地面锋。
(二)锋的特征
锋是冷、暖气团间的过渡带,因而锋两侧的温度、湿度、稳定度以及风、云、气压等气象要素都有明显差异,故可以把锋看成是大气中气象要素的不连续面。
1.锋面坡度
锋在空间呈倾斜状态是锋的一个重要特征。锋面倾斜的程度,称锋面坡度。锋面坡度的形成和维持是地球偏转力作用的结果。见图5·2,锋的一侧是冷气团,另一侧是暖气团,由于冷暖气团密度不同,在两气团间便产生了一个由冷气团指向暖气团的水平气压梯度力(G),这个力迫使冷气团呈楔形伸向暖气团下方,并力图把暖气团抬挤到它的上方,使两者分界面趋于水平。
然而,当水平气压梯度力开始作用时,地转偏向力(A)就随之起作用,并不断地改变着冷空气的运动方向,使其逐渐同锋线趋于平行。当地转偏向力和锋面气压梯度力达到平衡时,气流平行于锋面作地转运动,这时冷、暖气团的分界面就不再向水平方向过渡而呈现为倾斜状态。当锋面保持稳定时,锋面与地平面的交角称锋面倾斜角(α),其简化的表达式为
式中f为地转参数,g为重力加速度,ΔT=T2-T1(T2、T1分别为暖、冷气团气温),Tm=(T1+T2)/2,ΔVg=Vg1-Vg2(Vg1、Vg2分别为冷暖气团平行于锋线的风速分量)。表达式说明锋面坡度角的大小与Tm成正比。而当ΔT=0,ΔVg=0,f=0时,α=90°和α=0°,即不会有锋出现。
表达式中略去了摩擦力和加速度项,因而锋面两侧气流可以看为是地转的,锋面是定常的。但实际上,锋面往往是不定常的,这就说明表达式在理论上还是不完善的。但是表达式给出了锋面坡度与一些气象要素间的定量关系和锋面坡度的近似数值,仍有一定的实用价值。
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