高等天氣學講座---鋒生動力學和鋒面次級環(huán)流課件

1、高等天氣學講座（2017年春季）單元二：中緯度天氣系統(tǒng)第四講 鋒生動力學和鋒面次級環(huán)流1 復(fù)習和預(yù)備知識一、空氣運動學的基本變量（2a）與（2b）兩式可據(jù)上定義改寫為(3a)(3b)(3b)圖 4.2 純正輻散場圖4.3純正伸長變形場（D1=1）。黑實線是流線注意：形變和輻合兩個量容易混淆，圖4.4A說明了它們的區(qū)別，設(shè)兩個流體的面積初始時刻相同。皆為一正方形，但一個置于純輻合場中，另一置入純伸長形變場，則前者（圖4.4A（a）在輻合氣流下面積變得越來越小，而后者（4.4A（b），面積保持不變，但變形成一沿伸長軸拉長的長方形。在天氣分析中，這表現(xiàn)為流線的匯合與疏散。圖4.4A變形場（b）與輻合

2、場（a）的比較圖4.4B變形場氣流中等熵線（）的演變。黑線為流線，虛線為等熵（）線。（a）初始時刻；（b）后來時刻；（c）,（d）是平行于伸長軸情況圖4.5 純正切變形變場（D2=1）圖4.6：上圖：作用在x方向的伸長形變，與沿y=x和y=-x線作用的切變形變。下圖：沿y=x線作用的伸長形變與沿x與y軸的切變形變。實線正方形為置于兩種形變場中的流體元。后來，前者變成長方形，后者變成菱形。實際上，上下圖（虛線）是完全相同的。只是下圖是上圖反時針旋轉(zhuǎn)45的結(jié)果。圖4.6比較了切變形變場和伸長場對流體有相同的作用?？梢?，縱使兩種純變形的風場在物理上相當，且都有切變和伸長形變，但在圖4.6上圖D10，

3、D2=0，而圖4.6下圖中D1=0，D20。在頂部風場中，沿x軸是伸長，離x軸+45方向有切變，在下圖中沿離x軸+45 方向有伸長，而只沿X與y軸有切變（Bluestein，1993）圖4.7給出了一些理想化流體在水平風場上的各種運動學特征之間的關(guān)系，如：（a）無曲率、擴張、伸張或散度的切變氣流。從北半球來看，圖的上 半部分的切變和渦度為氣旋性；下半部分的切變和渦度為反氣旋 性。（b）整個區(qū)域均為具有氣旋性切變和曲率（即氣旋性渦度）的旋轉(zhuǎn)固體， 不存在擴張或伸展，因此其散度為零。（c）輻射狀氣流，其速度與半徑成正比。該氣流具有明顯的擴張伸展， 因此具有散度；但不存在曲率及切變，因此渦度為零。（

4、d）既存在擴張，又存在伸展的雙曲線型流體。由于擴張和伸展因這兩 項相互抵消，因而是無輻散的。該流體同時還存在切變和曲率，但 其切變和曲率相互抵消，因此該流體是無旋的（即渦度為零）6.理想流體運動學的小結(jié)圖4.7 理想化水平流體配置。（大氣科學2008）最后給出一個天氣學的例子說明氣流變形場的作用。圖4.8清楚地說明在伸長和切變形變的作用下，向下游移動的氣流發(fā)生形變的過程。圖4.8 左上圖為穩(wěn)定水平風場（箭頭表示）中的空氣塊網(wǎng)格，任一點的風速與該點上的等值線間距成反比。（a）（e）給出網(wǎng)格在空氣塊向氣流下游方向移動時形變的過程，其中網(wǎng)格的右上角向東移動，而其左下角則向南然后向東移動，這樣形成了一

5、個閉合環(huán)流。（Tellus，7，141156（1955） （引自Martin, J.E.， 2006）二、鋒面引起的地面天氣和冷暖空氣分布(圖4.9-4.13）1、冷鋒引起的地面天氣和冷暖空氣分布（圖4.9）冷鋒圖4.10 冷鋒過境時高分辨率（1分鐘）自動氣象站記錄到的氣象變量演變曲線。注意：溫度，露點，地面氣壓，風向，風速在鋒面過境時（2003年3月4日2306UTC）有突然的轉(zhuǎn)變。 （美國Oklahoma城站，NOAA，2012） 2、暖鋒引起的地面天氣和冷暖氣流分布（圖4.11）暖鋒圖4.12暖鋒過境時的自記記錄（2002年1月231700-241700UTC），美國Athens 站。（

6、取自Ackerman and Knox,2012)圖4.13挪威學派的錮囚鋒模式。此時冷鋒移動比暖鋒快。冷鋒的冷氣團可以比暖鋒前的氣團冷或暖，前者為冷性錮囚鋒（左），后者為暖性錮囚鋒（右）。最近的研究表明，錮囚鋒實際上在更穩(wěn)定的氣團上傾斜，不一定是更冷的氣團 （以上取自Acherman and Knox，2012）。典型冷暖鋒過程時氣象要素的變化（ A &K，2012）3、鋒面特征小結(jié)（1）根據(jù)鋒面的氣團邊界定義，具有增強的溫度與（或）水汽水平梯度；（2）沿鋒區(qū)具有氣壓槽和氣旋性渦度最大值；（3）強的風垂直切變和水平風在氣壓槽兩側(cè)具有明顯變化；（4）鋒區(qū)內(nèi)靜力穩(wěn)定度大（5）鋒區(qū)附近存在上升運動

7、，云和降水；（6）近地面最強，隨高度減弱；（7）鋒區(qū)伴有中緯急流（如極鋒氣流）；（8）響應(yīng)鋒區(qū)熱成風平衡的破壞，產(chǎn)生橫交鋒區(qū)的非地轉(zhuǎn)環(huán)流，這是降雨和云 雨帶產(chǎn)生的原因；（9）鋒區(qū)的長度一般為1000km，寬度為100km，由于它接近于Rossby 變形半徑 （天氣尺度為1000km），所以鋒面在某種意義上具有中尺度和天氣尺度的 兩種特征。因而，準地轉(zhuǎn)理論不再正式適用正交鋒面的垂直環(huán)流研究，須 用半地轉(zhuǎn)理論的GM近似（地轉(zhuǎn)動量近似）鋒面理論是天氣學中出現(xiàn)的第一個比較完整的理論。20世紀初，利用歐洲尤其是北歐較為稠密的地面觀測網(wǎng)，皮葉克尼斯（V.Bjerknes）提出了極鋒理論。這個理論對當時的氣

8、象學是一個重大的突破或革命。 在空間，鋒面是一個傾斜區(qū)，它的垂直厚度一般只12km。鋒面的產(chǎn)生可以由不同的動力過程引起，因而在大氣中會出現(xiàn)不同類型的鋒面，如地面鋒、低空鋒、高空鋒以及其它不同類型的鋒面。 地球的旋轉(zhuǎn)也是影響鋒面特征以及鋒生動力學的一個重要因子。正是由于鋒面受到這種旋轉(zhuǎn)的明顯作用（通過科氏力）而使鋒面與其它輻散占優(yōu)勢的許多有關(guān)現(xiàn)象（重力波、密度流、颮線等）而有所區(qū)別。 2 鋒生函數(shù)（F）鋒面的研究不但具有理論意義，也具有重要的實際意義。從氣象上，地面鋒和高空鋒常常與中緯的斜壓波和氣旋有密切的關(guān)系。為了了解氣旋的結(jié)構(gòu)和形成，必須從鋒面研究開始。雖然鋒面只占斜壓波區(qū)中不大的一部分面積

9、，但它們對非地轉(zhuǎn)環(huán)流的無旋部分是最顯著的動力強迫因子； 與高空鋒區(qū)和高空急流帶有關(guān)的輻散場在中緯氣旋形成中起著很重要的作用，它可使低壓的地面氣壓場或質(zhì)量場發(fā)生變化；圍繞地面和高空鋒區(qū)的垂直環(huán)流則是各種中緯云系和降水系統(tǒng)（如大范圍的斜對流、有組織的垂直對流系統(tǒng)和對流風暴等）發(fā)展和組織起來的一個重要因子，這對降水和強天氣預(yù)報有重要意義；此外，高空鋒區(qū)也是小尺度混合或晴空亂流（CAT）的主要發(fā)生區(qū)，這包括重力波、開爾文赫姆霍茲波和一些亂流渦動等。 因而確定和預(yù)報高空鋒區(qū)和急流的位置與強度對于避開危險區(qū)保證飛行安全是十分重要的；最后，高空鋒區(qū)是對流層和平流層之間顯著的質(zhì)量交換區(qū)，由此可以了解放射性塵埃

10、、化學痕量物質(zhì)的輸送過程。 鋒面的形成叫鋒生，而衰減稱鋒消。在局地坐標系中，當某一屬性（如溫度、渦度、比濕、動量、散度和渦度等）在某時刻沿鋒面兩側(cè)的梯度隨時間加大的現(xiàn)象叫局地鋒生。 一般我們用位溫梯度變化表示鋒生函數(shù)。在二維鋒生條件下，鋒生函數(shù)可寫作：（4.1）鋒面定義中的問題雖然鋒或鋒面的存在是被觀測(尤其是衛(wèi)星時代以后)完全證實，但對鋒由什么因素組成，如何確定和分析鋒仍有爭議。大部分氣象科學家（如Hoskins，1992）認為，試圖給鋒下一個嚴格的定義可能是一個錯誤。從科學上講，這種認識也有一定道理，但在實際天氣和預(yù)報業(yè)務(wù)中確實需要一個可用的鋒的定義。這有助于預(yù)報員更集中地考察天氣的分布與

11、演變及其與高低氣流場的關(guān)系。鋒的最常用的定義是：水平溫度或位溫梯度的增強區(qū)。所謂“增強”是指比通常的天氣尺度溫度梯度大一個量級。如有人把中等強度的鋒定義為8 /220km，強鋒定義為8 /110km.應(yīng)該指出，鋒面分析的檢驗結(jié)果表明，一大部分的強溫度梯度并非是鋒面。所以， 除強溫度梯度外，還需增加一個條件：它們需是斜壓區(qū)，并在其暖空氣側(cè)應(yīng)表現(xiàn)為強氣旋性風（圖4.14）。也有人簡單地定義鋒為氣團的邊界，但這易于與干線相混，干線也是氣團的邊界（干、濕氣團），但它只表現(xiàn)為濕度差，所以不是一般意義上的鋒（溫度差）。因此，后來修改為兩種具有不同密度的氣團間界面或過度區(qū)域，但這需要引入密度或密度變量（如虛

12、溫）。這也會引起應(yīng)用的不便和問題。所以一個嚴格的，共同使用的鋒面定義是不存在的。更常用的定義是根據(jù)地面溫度場分析而得到的強水平溫度區(qū)。（e）圖4.14 北美2009年11月0000UTC 鋒面?zhèn)€例。（a）海平面氣壓和鋒面客觀分析。虛線為（d）中剖面的剖線。（b）1000hPa相當位溫（e）等值線分析（間隔2k），（c）950hPa相對渦度場（陰影間隔：210-5秒-1，開始線代表410-4秒-1 ），（d）正交于峰面的風與位溫（）空間剖面（間隔5k）（e）：沿冷鋒理想的等溫線與等壓線分布（Lackmann，2012，下同）圖4.1（b）。圖4.15（a），也見圖4.16。，(4.2)圖4.15

13、 匯合（鋒生）(a)與疏散（鋒消）風場對準水平位渦場的作用 （Bluestein，1986）圖4.16（A） 近地面風向量（黑箭頭），等溫線（紅虛線），與鋒區(qū)的概略圖。（a）初始時刻；（b）24hr 之后，表示冷鋒區(qū)的切變過程（B），同（A） 但表示暖鋒區(qū)的切變過程（C），同4.16（A） 但代表匯合項引起的鋒生（A）（B）（C）AB（圖4.17-18），如地面冷鋒很淺薄，且暖空氣位于其上見圖19,20認圖4.17 傾斜項對垂直位溫梯度的作用。(a)鋒生，(b) 鋒消 （Bluestein，1986）圖4.18，說明傾斜項作用的理想圖。虛線為線，紅箭頭為垂直運動。（a）初值時刻；（b）后來時刻

14、（Carlson，1998）圖4.19，不同太陽輻射加熱引起的鋒生作用。虛線為等溫線，灰色陰影為云區(qū)。（a）初值時刻，（b）后來時刻（Carlson，1998）圖4.20 Q向量表征的主地轉(zhuǎn)環(huán)流的匯合鋒生作用，產(chǎn)生上升運動。虛線為線，紅箭頭為水平向量，粗箭頭和黑點代表Q向量。（a）初始時刻；（b）后來時刻；（c）產(chǎn)生的非地轉(zhuǎn)環(huán)流減小溫度梯度，與地轉(zhuǎn)環(huán)流造成的鋒生作用相反，以平衡主地轉(zhuǎn)環(huán)流。圖4.20（c）4.20（a）4.20（c）由Q向量可得到鋒面的垂直環(huán)流)，(4.9)+圖4.21 伸長與壓縮軸取向與等位溫線關(guān)系的示意圖。角b與分別是依x軸反時針與順時針度量。當D0，x與伸長軸一致，y是與

15、壓縮軸一致。當D0時，情況相反。,（圖4.21）（圖4.22-4.23）；,圖4.22圖4.23 伸長軸與等溫線相對取向與鋒生的關(guān)系。左：鋒生（0b0；右：鋒消（45b90），F(xiàn)0（取自Bluestein, 1986; Pettersen 1956）密集下面我們討論三維鋒生與鋒生因子的總結(jié)。之后，再根據(jù)二維鋒生模式與北美的一個鋒生個例計算不同因子造成的鋒生函數(shù)，從而可以了解各種鋒生因子在實際鋒生中的作用00或（4.3）與（4.11）是（4.16）式的特例三維0F上式中項1，5，9是非絕熱項，2，7，12是水平和垂直變形項，3，6，10，11代表水平與垂直切變的作用，項4，8代表垂直運動的分布不

16、均勻的作用，即傾斜項。最后我們可總結(jié)鋒生的因子為：（1）水平變形場。氣流在一個方向上伸長，同時在另一個方向收縮；（2）水平切變運動；（3）垂直變形場，在一個水平方向上的收縮和伸長可引起補償?shù)拇怪蔽灰?；?）垂直運動分布的不均勻；（5）地面摩擦；（6）亂流和混合作用；（7）非絕熱加熱，包括潛熱釋放，感熱加熱（主要在地面）和輻射過程。集上式中： (4.13) 是變形項，其中 是伸長變形， 是x軸（東西方向）與伸長軸之間的夾角，它可由下式計算： （4.14）由式（4.13）和（4.14）可得： （4.15）因而變形項的量值是以伸長和切變變形為分量的向量長度。伸長軸是正x軸與此向量夾角的平分線。方程（

17、3.16）各項的意義為：非絕熱項 變形項 輻合項 傾斜項 式中角為伸長軸至屬性等值線的角度。D是水平散度。圖4.24 鋒生函數(shù)各項的垂直剖面圖。所取的剖面與鋒面正交。虛點線為鋒面位置。（a）變形項；（b）輻合項；（c）傾斜項；（d）鋒生函數(shù)（上三項之總和）。 圖4.24a,b,c是位溫的變形項、輻合項和傾斜項的計算結(jié)果。非絕熱項沒有計算?？梢钥吹缴厦嫒椌哂邢嗤牧考墶Ｔ阡h區(qū)中，變形和輻合項產(chǎn)生鋒生，最大值在近地面層。傾斜項的分布比前兩項不規(guī)則一些，因為這一項與垂直速度的水平導(dǎo)數(shù)有關(guān)，而垂直速度是很難算準的。其主要特征是在近地面上升運動中心之左為鋒消，中心之右為鋒生。這種近地面的鋒消作用趨于與

18、變形和輻合產(chǎn)生的鋒生作用抵消。在600hPa上有一鋒消最大值，這與該處存在著一個上升運動次極大值有關(guān)。圖4.24d是三項的總和。可以看到近地面及鋒面前方鋒生作用很強，而中層是鋒消的。3 鋒面的次級環(huán)流（圖4.25-4.27） 鋒面的次級環(huán)流（也稱鋒面垂直環(huán)流）的研究是十分重要的，因為這種穩(wěn)態(tài)的（主要沿與鋒面正交方向）垂直環(huán)流不僅涉及到鋒系的基本動力學問題，而且也是中尺度對流系統(tǒng)，尤其是鋒前颮線和中尺度雨帶的一種啟動機制。強烈的鋒面天氣并不是產(chǎn)生在鋒面的所有部位上，主要出現(xiàn)在垂直環(huán)流圈的上升支。因而只要設(shè)法確定了上升支的位置，就可以估計劇烈天氣發(fā)生的地方。首先這里給出一些由實際觀測分析得到的冷鋒

19、垂直環(huán)流模式。 圖4.25 冷鋒模式概略圖。虛線代表氣旋性相對渦度最大值軸線。虛點線連接了地面水平溫度梯度最大值與地面鋒后逆溫層的位置。 圖4.26 與華北冷鋒有關(guān)的垂直環(huán)流圖。（a）與強對流天氣有關(guān)；（b）與強暴雨有關(guān)。圖4.27 上滑冷鋒氣流場分布概略圖。細實線是流線，J可分別代表高空急流和低空急流的位置。粗實線代表鋒區(qū)和對流邊界頂層。陰影區(qū)是后傾上升運動區(qū)。地面冷鋒前對流邊界層中的空氣相對濕度很高，當它沖出到冷鋒之上時達到飽和。在鋒區(qū)下方下沉的空氣開始是干的。以后在進入降水區(qū)后變成近于飽和。鋒面的次級環(huán)流可以是熱力直接的，也可以是熱力間接的。這主要取決于引起次級環(huán)流的不同物理因子的相對重

20、要性。因而從動力學上對鋒面次級環(huán)流進行診斷長期以來就引起人們的重視。實際上鋒面次級環(huán)流是處于平衡狀態(tài)的主環(huán)流（如地轉(zhuǎn)平衡）破壞后的必然產(chǎn)物。正如Sawyer和Eliassen曾指出的，水平無輻散的主環(huán)流強迫出次級環(huán)流，即出現(xiàn)水平速度和垂直速度分量，這是準地轉(zhuǎn)運動的特征。在這種情況下主強迫是通過無輻散變形作用而產(chǎn)生次級垂直環(huán)流的。以后這種環(huán)流又通過產(chǎn)生次級垂直變形加速或減速鋒生速度。因而次級環(huán)流問題與鋒生動力學是密切聯(lián)系在一起的。Sawyer和Eliassen曾得到了鋒面次級環(huán)流方程，這被稱為SawyerEliassen環(huán)流方程。以下將詳細討論這個方程以及以后發(fā)展和應(yīng)用的情況。 冷暖y-yxT-

21、2T0T1（1）坐標旋轉(zhuǎn)90:x 沿等線或鋒面，而y指向冷空氣圖4.28 沿鋒面正交鋒面應(yīng)引入半地轉(zhuǎn)理論風無系統(tǒng)增加或其增加值比地轉(zhuǎn)風增加遠小得多即地轉(zhuǎn)動量近似）非地轉(zhuǎn)環(huán)流只限于出現(xiàn)在于鋒面正交（橫向）的平面內(nèi)。這種近似關(guān)系描述了正交與鋒面的平面中科氏力和氣壓梯度的近于平衡狀態(tài)，實際上是地轉(zhuǎn)動量的一種特例非地轉(zhuǎn)平流近似可寫為：準地轉(zhuǎn)對于一條東西取向的平直鋒區(qū)，上述近似關(guān)系意味著： (4.17a) (4.17b) (4.17c)這種關(guān)系是由鋒面的幾何特征造成的，也即正交于鋒面的長度尺度和速度分量遠小于沿鋒面的尺度和速度分量。取x軸平行鋒區(qū)，布辛內(nèi)斯克近似、假定科氏參數(shù)不隨緯度變化（f平面）和 ,

22、則運動方程和熱力學方程分別為：,(4.18a)(4.18b)(4.18c)(4.18d)(4.18e)(4.18f)(4.18g)方程（4.18a）和（4.18b）分別為沿鋒面和正交于鋒面的動量方程。（4.18c）是熱力學方程。（4.18d）是地轉(zhuǎn)風方程及 很小條件下地轉(zhuǎn)風的水平無輻散特征。（4.18e）是熱成風方程，（4.18f）是質(zhì)量連續(xù)方程，它可由（4.17c）式和f常數(shù)的假設(shè)得到。 是非地轉(zhuǎn)流函數(shù)， 和是(y,p)平面中次級環(huán)流的速度分量。對（4.18a）取 ，對（4.18c）取 ，對（4.18a）（4.18c）取 ，并代入(4.18f），忽略r之垂直導(dǎo)數(shù)（布辛內(nèi)斯克流），可得： (4

23、.19a) (4.19b) (4.19c) (4.19d)上方程左邊與Sawyer的結(jié)果相同，右邊Sawyer沒有考慮位溫沿鋒面的變化，即Q中之 或 ，但這項以后由Eliassen考慮了進來。故方程（4.21）稱為SawyerEliassen方程。如果假定m和以及（4.21）式右邊的強迫項已知，邊條件規(guī)定并在(y,p)域內(nèi)處處滿足橢圓性條件： （4.22）則可以唯一地確定出 的分布。 是p坐標系中的Ertel位渦。方程（4.21）中Q強迫項由兩項組成。由（4.18d）和（4.18e）Q可寫成：上式中故 是地轉(zhuǎn)伸長形變，代表地轉(zhuǎn)匯合（或疏散） 對加強（或減弱）正交于鋒面溫度梯度 的作用。 是地轉(zhuǎn)

24、切變項，代表正交于鋒面的地轉(zhuǎn)風切變 在沿鋒面的溫度梯度 旋轉(zhuǎn)成正交于鋒面方面的作用。強迫的次級環(huán)流是由于正交于鋒面的溫度梯度有地轉(zhuǎn)伸長和切變形變才出現(xiàn)的（圖4.29-4.30）。圖4.29 Bluestein，1993 圖4.30 Bluestein，1993 （圖4.29-4.30）（圖4.29）鋒圖4.304.31a）4.31b）圖4.31 Sawyer-Eliassen方程中強迫項和非地轉(zhuǎn)環(huán)流方向的概略圖。實線代表非地轉(zhuǎn)環(huán)流，虛線為區(qū)分冷暖空氣的一條等位溫線。帶叉號和帶點號的圓圈分別代表進入剖面和流出剖面的沿鋒面方向的風分量；（a）中的非地轉(zhuǎn)環(huán)流是熱力直接的；（b）中是熱力間接的。圖4.

25、32 地轉(zhuǎn)形變（Q1）（上圖），地轉(zhuǎn)切變（Q2）（中圖）和（Q1+Q2）（下圖）強迫的次級環(huán)流圖。實線代表流函數(shù)（單位：105m2s-1）,虛線代表等位溫線。 圖4.32是Shapiro計算的一個北美冷鋒次級環(huán)流的例子?？梢钥吹絈1在高空鋒附近強迫出一個熱力直接的次級環(huán)流，在急流中心上方的平流層中，有一較弱的直接環(huán)流。Q2強迫的次級環(huán)流與Q1是反號的，圍繞鋒區(qū)強迫出一熱力間接的環(huán)流。Q1+Q2=Q強迫出兩個相反的環(huán)流圈，鋒區(qū)下部為直接的，上部為間接的。這是由于上部Q2占優(yōu)勢，下部Q1占優(yōu)勢。 中緯度天氣尺度運動一般是處于地轉(zhuǎn)平衡的。但對流一旦爆發(fā)，可使大氣脈沖形式失去地轉(zhuǎn)平衡。結(jié)果地轉(zhuǎn)動量近似

26、不成立，另外當氣塊有明顯曲率時，地轉(zhuǎn)風的離心力加速度很大，地轉(zhuǎn)動量近似也不成立；另外，對于直線氣流，如氣塊加速度很強，使R01，地轉(zhuǎn)動量近似也不成立。但地轉(zhuǎn)動量近似是有優(yōu)點的（見圖4.33）：（1）動量與溫度的非地轉(zhuǎn)平流及動量垂直平流很顯著時仍很易計 算垂直速度與位勢傾向。（2）可用不同的分辨率研究天氣系統(tǒng)特征。在大的氣旋性渦度區(qū) 分辨率最高，即鋒區(qū)。圖4.33 準地轉(zhuǎn)鋒生（a），（b）與半地轉(zhuǎn)鋒生（c），（d）之比較。綠線為主環(huán)流，紅箭頭為非地轉(zhuǎn)鋒面環(huán)流，虛黑線為線（Bluestein，1986）附錄：鋒生的理論問題1、運動學鋒生圖1 理想的地面風向量水平分布（黑箭頭）。等溫線（紅虛線）與鋒

27、區(qū)。（a）初始時刻；（b）后來同樣相對鋒面的分布（24小時后），旋轉(zhuǎn)的相對于鋒面的坐標系。圖2同圖1，但說明暖鋒區(qū)中切變過程的作用圖3 同圖1， 但是對匯合鋒生總結(jié)鋒生運動學，可以概括出一些明顯的物理過程能改變鋒面的強度：（1）切變與匯合機制是類似的，都可解釋為溫度平流差異。切變情況下， 是通過平行于風的風分量，匯合情況下，是通過正交于鋒的風分量。（2）傾斜項可看作位溫場垂直平流的差異。（3）非絕熱加熱或冷卻（輻射，邊界層，熱力過程等）的梯度能產(chǎn)生鋒 生或鋒消。（4）一維鋒生定義可推廣到二維鋒生。對于變形場氣流中的等線場， 是鋒生還是鋒消將取決于等溫線與變形氣流伸長軸之間的夾角（圖6）。如等溫

28、線的方向在伸長軸的45夾角之內(nèi)，氣流是鋒生的，等溫線將趨于沿此軸密集。最后給出一個北美鋒生的例子（圖4）。在圖7（c） 中，診斷得到的鋒生分布可幫助定出移近華盛頓州的暖鋒，其尾部冷鋒在西南方。冷鋒以北是經(jīng)典的匯合性鋒生。圖4 說明鋒生的傾斜項作用示意圖。虛線是等溫線，紅箭頭是垂直運動；（a）初始時刻；（b）后來時刻（Carlson ，1998）。圖5 太陽加熱差異引起的非絕熱鋒生效應(yīng)示意圖。虛線：等線，灰色陰影：云區(qū)。（a）初始時刻，（b）后來時刻（Carlson ，1998）圖6 變形場氣流中位溫演變的示意圖。黑線是流線，紅虛線是位溫線。（a）初始時刻，位溫線垂直于伸長軸。（b）同（a）但為后來時刻，（c）、（d）同（a）（b）但位溫線平行于伸長軸。（Lackmann，2010）圖