天氣系統(tǒng)

目錄

[隱藏顯現(xiàn)]

1 介紹

2 特征尺度

3 相關(guān)分類

4 尺度效應(yīng)

5 演化消亡

6 參考資料

天氣系統(tǒng)是一個地方的天氣變化，是由于其中一個個移動的大大小小的系統(tǒng)（高壓、低壓等）引起的這些系統(tǒng)稱為。氣象衛(wèi)星觀測資料表明，大大小小的天氣系統(tǒng)是相互交織、相互作用著、在大氣運動過程中演變著。最大的天氣系統(tǒng)范圍可達(dá)2,000公里以上，最小的還不到1公里。尺度越大的系統(tǒng)，生命史越長；尺度越小的系統(tǒng)，生命史越短，較小系統(tǒng)往往是在較大尺度系統(tǒng)的孕育下形成、發(fā)展起來的，而較小系統(tǒng)的發(fā)展、壯大以后，又給較大系統(tǒng)以反作用，彼此相互聯(lián)系，相互制約，關(guān)系錯綜復(fù)雜。各種天氣系統(tǒng)有一定的空間范圍，一定的新生、變化和消亡的過程。各種天氣系統(tǒng)發(fā)展的不同階段有其相應(yīng)的天氣現(xiàn)象分布。在天氣預(yù)報中通過對于各種系統(tǒng)的預(yù)報，可以大致預(yù)報未來一段時間內(nèi)的天氣變化。許多天氣系統(tǒng)的組合，構(gòu)成大范圍的天氣形勢，構(gòu)成半球甚至全球的大氣環(huán)流。

天氣系統(tǒng)是具有一定的溫度、氣壓或風(fēng)等氣象要素空間結(jié)構(gòu)特征的大氣運動系統(tǒng)。如有 的以空間氣壓分布為特征組 成高壓、低壓、高壓脊、低壓槽等。有的則以風(fēng)的分布特征來分，如氣旋，反氣旋，切變線等。有的又以溫度分布特征來確定，如鋒。還有則的以某些天氣特征來分，如雷暴，熱帶云團(tuán)等。通常構(gòu)成天氣系統(tǒng)的氣壓，風(fēng)，溫度及氣象要素之間都有一定的配置關(guān)系。大氣中各種天氣系統(tǒng)的空間范圍是不同的，水平尺度可從幾公里到1—2千公里。其生命史也不同，從幾小時到幾天都有。

按照氣象要素的空間分布而劃分的具有典型特征的大氣運動系統(tǒng)（通常指氣壓空間分布所組成的系統(tǒng)），如高(氣)壓、低(氣)壓、高壓脊、低壓槽等。有時指風(fēng)分布的系統(tǒng)，如氣旋環(huán)流、反氣旋環(huán)流、切變線等。有時指溫度分布的系統(tǒng)，如高溫區(qū)、低溫區(qū)、鋒區(qū)等。有時指天氣現(xiàn)象分布的系統(tǒng)，如雷暴、熱帶云團(tuán)等。這一要素系統(tǒng)同另一要素系統(tǒng)之間常常有一定的配置關(guān)系。氣壓系統(tǒng)和風(fēng)場之間的關(guān)系較好：低壓和氣旋環(huán)流相配置，有時稱為低壓,有時稱為氣旋；高壓和反氣旋相配置,有時稱為高壓，有時稱為反氣旋。氣壓系統(tǒng)和溫度系統(tǒng)也常呈一定配置關(guān)系。如：低壓和低溫區(qū)相配置，稱為冷低壓或冷渦；低壓和高溫區(qū)相配置，稱為熱低壓。氣壓系統(tǒng)還可同天氣現(xiàn)象存在一定配置關(guān)系，如雷暴和(小)高壓配置，稱為雷暴高壓。天氣系統(tǒng)可以通過各種天氣圖和衛(wèi)星云圖等分析工具分析出來。

各類天氣系統(tǒng)，都是在一定地理環(huán)境中形成、發(fā)展和演變著，都具有一定地理環(huán)境的特性。比如極地和高緯地區(qū)，終年嚴(yán)寒、干燥。這一環(huán)境特性成為極地和高緯地區(qū)的高空極渦、低槽和低空冷高壓系統(tǒng)形成、發(fā)展的必要條件。赤道和低緯地區(qū)，終年高溫、潮濕，大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)，是對流天氣系統(tǒng)形成、發(fā)展的重要基礎(chǔ)。中緯度處于冷暖氣流交匯地帶，不僅冷、暖氣團(tuán)頻繁交替，而且鋒面、氣旋系統(tǒng)得以形成、發(fā)展。天氣系統(tǒng)的形成、活動，反過來又會給地理環(huán)境以影響。認(rèn)識和掌握天氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成、運動變化規(guī)律以及同地理環(huán)境間的相互關(guān)系，了解氣候的形成、變化和預(yù)測地理環(huán)境的演變都是十分重要的。

各類天氣系統(tǒng)有一定的特征尺度。空間尺度主要以天氣系統(tǒng)的水平尺度的大小來衡量，水平尺度系指天氣系統(tǒng)的波長或擾動直徑；時間尺度以天氣系統(tǒng)的生命史的時間長短來衡量，生命史系指天氣系統(tǒng)由新生到消亡的生消過程。一般天氣系統(tǒng)的水平尺度越大，其時間尺度也越長。

在20世紀(jì)40年代以前，地面觀測站平均距離約為200～300公里，以此站距觀測所得的資料分析出來的高、低壓系統(tǒng)，稱為天氣系統(tǒng)，現(xiàn)在稱為天氣尺度天氣系統(tǒng)。40年代，發(fā)展了高空氣象觀測（平均站距約為 500公里），把從高空天氣圖上發(fā)現(xiàn)的、波長與地球半徑相當(dāng)?shù)牟▌樱Q為行星尺度天氣系統(tǒng)。

50年代前后，在研究對流性災(zāi)害天氣時，發(fā)現(xiàn)了許多水平范圍為一二百公里、幾十公里甚至幾公里的高、低壓系統(tǒng)，統(tǒng)稱為中小尺度天氣系統(tǒng)。分析這類系統(tǒng)，必須建立稠密的觀測網(wǎng)，比如在美國有所謂的α、β和γ觀測網(wǎng),站距分別約為50公里、8公里和2.5公里。到了70年代，用 300～400公里格距進(jìn)行數(shù)值天氣預(yù)報時,往往因這種格距太大而分析不出一些具有對流性天氣的系統(tǒng)，影響了預(yù)報效果。當(dāng)格距縮小到100～200公里時，即可分析出來，后來就稱這類尺度的系統(tǒng)為中間尺度天氣系統(tǒng)。

大氣中各類天氣系統(tǒng)的特征尺度相差很大，有大至上萬公里的，如超長波、副熱帶高壓，也有小至幾百米的,如龍 卷。按特征尺度大致可分為五類,即：行星尺度天氣系統(tǒng)、天氣尺度天氣系統(tǒng)、中間尺度天氣系統(tǒng)、中尺度天氣系統(tǒng)和小尺度天氣系統(tǒng)。天氣系統(tǒng)的分類在國際上也不完全統(tǒng)一。例如在美國分類術(shù)語中，將水平尺度由2000公里到2 公里的系統(tǒng)，統(tǒng)稱為中尺度天氣系統(tǒng)，其中又分三類：

200～2000公里的稱中尺度α天氣系統(tǒng)，包括臺風(fēng)、鋒面等；20～200公里的稱中尺度β天氣系統(tǒng),包括龍卷、颮線等； 2～20公里的稱中尺度γ天氣系統(tǒng)，包括雷暴單體等。而在日本則將2000公里到 200公里范圍內(nèi)的系統(tǒng)，稱為中間尺度天氣系統(tǒng)，將200公里到1公里范圍的系統(tǒng)，稱為中尺度天氣系統(tǒng)。此外，也有將行星尺度天氣系統(tǒng)和天氣尺度天氣系統(tǒng)統(tǒng)稱為大尺度天氣系統(tǒng)，把凡比天氣尺度小的天氣系統(tǒng)，包括中間尺度、中尺度和小尺度天氣系統(tǒng)，統(tǒng)稱為次天氣尺度天氣系統(tǒng)；也有人只把比天氣尺度系統(tǒng)小一些的系統(tǒng)(即專指中間尺度天氣系統(tǒng))，稱為次天氣尺度天氣系統(tǒng)。更客觀、更統(tǒng)一的天氣系統(tǒng)分類尚得進(jìn)一步研究。

在高空天氣圖上，也有按整個緯圈的波數(shù)來劃分天氣系統(tǒng)的，通常把波數(shù)為1～3的波動稱為超長波，波數(shù)為4～8的波動稱為長波，它們都屬于行星尺度天氣系統(tǒng)，波數(shù)大于8的波動稱為短波，相當(dāng)于天氣尺度天氣系統(tǒng)或更小尺度的天氣系統(tǒng)。
各類天氣系統(tǒng)的空間尺度（水平的和鉛直的）和時間尺度,以及特征的水平風(fēng)速,都是根據(jù)實際觀測確定的。但有些量 還無法直接觀測，只能按大氣動力方程進(jìn)行計算。在進(jìn)行數(shù)值計算時，要選擇適當(dāng)?shù)?span style="color:#3366cc;">空間格距,其大小由系統(tǒng)的特征尺度決定,這就是所謂的尺度效應(yīng)。比如天氣系統(tǒng)的特征鉛直運動速度，可以根據(jù)連續(xù)方程由水平尺度和特征水平風(fēng)速推算出來。

各類天氣系統(tǒng)的鉛直運動速度有一定的特征數(shù)值，如行星尺度天氣系統(tǒng)為10-1厘米/秒，天氣尺度天氣系統(tǒng)為10°厘米/秒,小尺度天氣系統(tǒng)的鉛直速度約為天氣尺度天氣系統(tǒng)100倍，即102厘米/秒。

自40年代末期出現(xiàn)尺度分析方法以后，人們常常將完全的運動方程，按照各類天氣系統(tǒng)的特征尺度進(jìn)行簡化，研究各類系統(tǒng)大氣運動的規(guī)律以及系統(tǒng)的移動。如研究天氣尺度天氣系統(tǒng)可以應(yīng)用準(zhǔn)地轉(zhuǎn)平衡近似和靜力學(xué)關(guān)系，而中小尺度天氣系統(tǒng)則不滿足地轉(zhuǎn)平衡和靜力平衡。
天氣系統(tǒng)總是處在不斷地新生、發(fā)展和消亡之中。各種天氣系統(tǒng)有不同的生消條件和能量來源。即使特征尺度同屬一 類的系統(tǒng)，其生消條件和能量來源也有所不同。比如溫帶氣旋的發(fā)展條件，主要由其上空渦度平流所引起的空氣輻散的強(qiáng)弱決定，其能量來源于大氣的斜壓性所儲存的有效勢能。臺風(fēng)的發(fā)生和維持是由于熱帶擾動的潛熱釋放，而潛熱的釋放同熱帶大氣的位勢不穩(wěn)定和對流不穩(wěn)定有關(guān),其能量主要來源于海洋供給的水汽,在凝結(jié)過程中釋放的潛熱。強(qiáng)對流性的中小尺度天氣系統(tǒng)，主要是由于位勢不穩(wěn)定空氣受到急劇抬升而發(fā)展起來的，其能量也是來源于潛熱釋放。再者，天氣系統(tǒng)往往不是閉合的，一個系統(tǒng)的空氣經(jīng)常不停地與周圍系統(tǒng)的空氣發(fā)生交換，隨著這種交換，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的動量、能量等進(jìn)行交換，從而引起系統(tǒng)的生消以及系統(tǒng)之間的相互作用。一般來說，大的天氣系統(tǒng)制約并孕育著小的天氣系統(tǒng)的發(fā)生和發(fā)展，小的天氣系統(tǒng)產(chǎn)生后又能對大的天氣系統(tǒng)的維持和加強(qiáng)起反饋作用。研究天氣系統(tǒng)生消的條件和能量來源，以及研究系統(tǒng)之間的相互作用是天氣學(xué)的主要任務(wù)之一。

天氣系統(tǒng)與大氣環(huán)流之間,不僅在流型上有關(guān)聯(lián),而且存在著內(nèi)在的聯(lián)系。如大尺度天氣系統(tǒng)的活動，通過熱量、動量的南北輸送以及能量的轉(zhuǎn)換，對于大氣環(huán)流的維持起著重要作用。而大氣環(huán)流的熱力狀況和基本風(fēng)系的特點，如西風(fēng)氣流的水平變化和垂直變化等，又反過來制約著大尺度天氣系統(tǒng)，直接影響著大尺度天氣系統(tǒng)的發(fā)展。天氣系統(tǒng)組合的演變,如緯向環(huán)流的恢復(fù),波動群速的傳播，以及行星尺度天氣系統(tǒng)的發(fā)展等，可以導(dǎo)致相當(dāng)廣泛地區(qū)甚至全球范圍大氣環(huán)流的變化。大氣環(huán)流的變化又是造成大范圍長時期天氣變化的條件和機(jī)制。從事短期天氣預(yù)報，可以主要考慮單一的天氣系統(tǒng)的變化，而從事中期、長期天氣預(yù)報則需要研究天氣系統(tǒng)組合的演變規(guī)律，需要研究超長波以至整個大氣環(huán)流的演變規(guī)律。
生物谷 http://www.bioon.com/popular/records/26563.shtml