鋒面的結構 回概念圖.gif (1177 bytes) 回主頁.gif (913 bytes)
 

一. 鋒面的斜率

鋒面在空間中呈傾斜狀,這是因為當冷、暖氣團相遇後,由於冷氣團的密度大,暖氣團的密度小,冷氣團向暖氣團的下方楔入,力圖抬舉暖空氣,迫使冷、暖氣團之間的交界面趨於水平,使其總位能達最小狀態。但當冷氣團向暖氣團的下方伸進時,地轉科氏力便隨之起作用,它不斷地改變冷氣團的運動方向,使之逐漸和地面鋒線平行,這樣冷氣團的抬舉作用就減少了。當地轉科氏力和氣壓梯度力最後達到平衡時,鋒面就成傾斜狀態。(圖一)

由於鋒面是向冷氣團方向傾斜的,通常是冷氣團在暖氣團的偏北方向,因此,在高空鋒區的位置一定要比地面鋒區的位置偏北,高度越高,偏北越甚。而這種向北的偏移,與鋒面的坡度有關,鋒面坡度越小,向北偏移就越多;鋒面坡度越大,則向北偏移越小。此外,不同的鋒面類型其傾斜度也是不同的,一般鋒面的坡度約為1/50~1/300,但冷鋒的坡度比較大1/50~1/100,暖鋒的坡度比較小1/150~1/200,滯留鋒的坡度更小,約1/300左右。

影響鋒面斜率的因素有下列幾項,水平及垂直溫度梯度、溼度梯度(虛溫)、穩定度、水平及垂直風切、緯度等。

二. 氣壓分佈

地面鋒區都處於一個低壓槽之中,其左右兩邊的氣壓都比鋒區要高,常見的鋒區氣壓分布有以下幾種形式:

1. V形低壓槽,是溫帶氣旋中冷鋒和暖鋒最常有的形式。(圖二)

2. 隱槽,在中國北方常常發生的鋒區氣壓分布形式,是由於冷鋒後的氣壓梯度大於鋒前,鋒前鋒後只有氣壓梯度的差別,槽的形狀不明顯。往往發生在滯留鋒中的平行氣壓槽,鋒面的兩側只是不同性質氣團的高壓區。(圖三)

鋒面的移動會引起鋒區前後顯著的氣壓差。暖鋒前,因為暖空氣逐漸代替冷空氣,所以有明顯的負變壓。冷鋒後,因冷空氣移來代替暖空氣,所以有明顯的正變壓。這種正負變壓的出現,是我們確定鋒型的很好標誌。

三. 水平風場

地面的鋒線既然處於低壓槽內,因此在鋒區附近風場的水平分布應具有氣旋式切變(圖四)。在鋒面過境時風向有順時針方向轉動的變化;或在風向變化不大時,鋒前鋒後的風速會有較大差異,而且由於地面摩擦作用,鋒區兩側的氣流還有向鋒區輻合的特徵(圖五)

鋒區附近風場的分布情況與地面鋒線的走向有密切的關係。例如,在近似南北走向的冷鋒時,鋒前為西南風,鋒後為西北風。而當冷鋒近似東西走向時,鋒前為西北風或西風,鋒後為東北風或北風。

鋒區附近的風場隨高度也有明顯的變化特徵。當測風氣球向上穿過冷鋒時,可以觀測到風隨高度作逆時針方向的轉變(冷平流);而當測風氣球向上穿過暖鋒時,可以觀測到風隨高度作順時針方向的轉變(暖平流)。

四. 溫度分佈

在每個氣團內部,由於屬性的一致,其溫度的水平分布是均勻的,等溫線比較稀疏,但在兩個氣團的過渡區,溫度變化很大,水平溫度梯度甚至可以達0.1° C/km左右,等溫線密集,在高空天氣圖上,就是根據等溫線的密集度來確定鋒區的。

在鋒面的垂直剖面圖上,可以看到,在同一氣團內溫度的水平分布是比較均勻的。氣溫的垂直遞減率也很規則,而在鋒區內則有一跳躍,由冷區等溫線高度折向暖區的等溫線高度。此外,不同強度的鋒,其垂直剖面上的溫度是不同的。

五. 垂直運動

與鋒面附近的大範圍雲和降水相對應,常存在著大規模系統性垂直運動。造成鋒面附近垂直運動的因素主要有以下幾種︰

1.地面摩擦影響︰由於在低層,鋒面位於低壓槽中,因地面摩擦作用使鋒面兩側氣流向鋒線輻合,自地面鋒線向上至相當高的高度有上升運動。地面低槽越強,則上升運動亦越強。

2.鋒兩側冷、暖空氣相對運動︰鋒面在移動過程中,當其移速與兩側冷、暖空氣垂直於鋒線的風的分速不等時,空氣將沿著鋒作上、下滑動,而引起垂直運動。

3.高空槽與地面鋒的相對位置的影響︰一般,在高空槽前和槽線附近有上升運動,槽後有下沈運動,所以當地面鋒位於高空槽前時,鋒面有強烈的上升運動;當鋒位於高空槽後時,鋒面有下沈運動。

4.溫度平流作用︰一般說,暖平流地區有上升運動,在冷平流地區有下沈運動,由於在地面暖鋒前方的上空,如850、700hpa面上,鋒區附近常有暖平流,而在冷鋒後上空常有冷平流,所以暖鋒前方上空有上升運動,而在冷鋒後方上空有下沈運動。