天气形势

简介

天气系统的发生、发展、减弱、消亡和各类天气过程的出现，都与天气形势变化有关。正确的天气形势分析是天气预报的主要科学依据，也是提供国防和国民经济建设部门了解天气变化大概趋势的依据之一。

背景知识

天气是指某一个地方距离地表较近的大气层在短时间内的具体状态。而天气现象则是指发生在大气中的各种自然现象，即某瞬时内大气中各种气象要素（如气温、气压、湿度、风、云、雾、雨、闪、雪、霜、雷、雹、霾等）空间分布的综合表现。天气过程就是一定地区的天气现象随时间的变化过程。各种天气系统都具有一定的空间尺度和时间尺度，而且各种尺度系统间相互交织、相互作用。许多天气系统的组合，构成大範围的天气形势，构成半球甚至全球的大气环流。天气系统总是处在不断新生、发展和消亡过程中，在不同发展阶段有其相对应的天气现象分布。

特徵

天气形势虽由各种不同尺度的天气系统所组成，但其基本特徵决定于行星尺度的天气系统。由于后者在高空的反映最明显，所以高空天气形势较地面更受重视。天气形势每天都在变化，但就大範围而言,按其特徵,仍可归纳为不同的类型，又称天气型，如纬向环流型、经向环流型等（见大气环流型）。每种天气型都有相应的天气过程和天气分布，一种天气型稳定维持时，相似的天气变化过程将反覆出现。因此，在用天气图方法製作短期和中期的天气预报时，须先作天气形势(天气型)预报。只有在正确的形势预报的基础上，才可能作出正确的天气预报。

天气形势分类

通过对地面等压线与地面观测要素（风向、风速、温度、云量等）、925 hPa 流线与观测要素（风向、风速、温度）、850 hPa 等高线与等温线、500 hPa 等高线的气象观测数据分析得出，深圳市天气形势分为13 类。

13种天气类型对应的天气特点及其空气品质扩散条件特徵：

根据深圳市气象观测所对应的天气形势进行分类，建立以天气形势为基础的组合情景库，分析污染物浓度随天气形势转变的变化规律的基础上，建立对PM2.5、PM10、SO2 等6 项污染物和AQI 指数的空气污染预测模型。

（1）从整体上来说，低压系统和辐合区有利于大气污染物的扩散，而高压系统和均压区不利于大气污染物的扩散。

（2）当深圳市出现轻度污染和中度污染时，陆地一般由高压系统所控制，且该市以处于高压前部分主。

（3）深圳市空气品质等级为优和良的情况，天气形势没有表现出特定规律，未来可考虑进一步加大样本量深入研究。

（4）深圳市乾季比湿季更容易发生轻度污染及以上级别的污染，其污染主要是由细颗粒物PM2.5 引起，且首要污染物存在季节性变化。

（5）天气形势预测模型对深圳市AQI 指数的24、48、72 h 预报相对误差分别为22.0%、22.2%与21.9%，表明该模型具有一定的準确率和可靠性，对空气品质预测具有较好的套用价值，可为空气品质预报预警提供科学的参考依据。

强对流天气形势

预报员用天气图（包括实况天气图和数值预报天气图）来做天气分析和预报的，在预报业务中，他们首先关注的是天气形势，喜欢把影响系统进行分类。不同的地方由于多年的习惯不同，天气分型所採取的等压面的层次是不同的。

各省(市)天气分型以500hPa的形势为主的居多。北京市共分为加尔湖、蒙古低涡，西北气流、东北低涡，西来槽，东高西低低槽、华北西部涡型，切变线、、华北东部涡型五型。广东省也是以500hPa形势分型，分为槽前、东风、脊后、高压、槽后、西风和切变线，对于700、850hPa和地面形势描述则十分简单：700、850hPa多有辐合气流和切变，地图面上，广东或是处于锋面附近，或是处于弱高压脊的后部，其中前者约占总数的64%，后者占36%。河南也以500hPa形势场为主进行分型，分为华北冷涡、槽后西北气流、槽前西南气流和气团内部四型。

福建省天气分型则以850hPa形势为主，分为低涡冷切变、冷切变、暖切变、低槽和高压五型，其中根据影响系统相对福建省的位置又分为适中、偏西、偏东、偏南诸型，以便于製作强对流天气落区预报。

湖南先根据500hPa形势将冰雹天气形势分为高空冷槽、南支小槽两类，然后又根据地面形势分为地面冷锋飑线、地面锋后两型，将后者分为地面倒槽、两湖气旋波、地面高压后部三型。

黑龙江以高空形势分型为主，又加入地面形势进行细分。例如在高空冷涡中，细分地面暖锋和冷锋两型，在高空槽中细分为地面冷锋、暖锋和短波槽等。

有些省则将高空与地面形势混合分型，即一些形势则是以高空形势来命名，而另一些类型又以地面形势命名。例如，江西省把强对流天气发生前后（主要是针对强对流天气发生前12h）的大尺度背景特徵分为六类：西来低槽-锋面型、东部冷涡-低槽型、低槽-地面暖倒型、副高边缘型、热带低值系统型、冷锋后部冰雹型，其中前五类发生在高温高湿条件下。

上海市将强对流天气形势划分为静止锋切变、高空冷涡、低槽冷锋、气旋波动、热带低值系统、副高边缘六型。

空气污染的天气形势

空气污染与气象条件有密切的关係。準确地做好与污染有关的天气形势预报，是空气污染气象条件预报的重要依据之一。通过对试报期间天气过程与二氧化硫浓度时间演变的对比分析可得出, 二氧化硫浓度的低值区大都与利于扩散的天气形势相配合。例如北京地区处于冷高压前部、冷锋后, 回流形势等等。高值区则与不利于扩散的天气形势配合较好, 如华北地形槽、华北小低压、华北小倒槽、弱高压控制等等。

有利于二氧化硫扩散的天气形势

( 1 ) 冷锋天气: 每当冷锋通过北京时, 锋后偏北风加大, 极利于二氧化硫的扩散。如1980年11月29日14时冷锋过北京后, 出现了五、六级偏北风, 30米、600米、90米风速之和达46 米/秒, 低空很不稳定,全市二氧化硫平均浓度降为冷锋前浓度的三分之一。

( 2 ) 强冷高压前部: 当北京处于强冷高压前部, 由于风速较大, 极利于二氧化硫扩散。例如1980年12 月3 日08 时, 这次过程气温下降了7.8 ℃ , 出现1z米/秒的西北大风, 无辐射逆温。由于在乾冷气团控制下, 地面相对湿度降到10 % 左右。受强冷高压的影响, 二氧化硫污染为Ⅲ类。

2. 河套低压影响

在第二期试验的后期, 曾出现几次河套低压形势。形成于河套地区的热低压造成北京地区较大的偏南风, 对二氧化硫扩散有利。以1 9 8 1 年3 月6 日为例, 6 日午后, 北京出现4 米/秒的偏南风, 由于南风较大, 晚上出现1 类污染。

3.回流形势

从地面天气图上看, 当冷空气活动路径偏东时,北京地区相应出现“ 回流” 形势。在此形势影响下,北京地区常出现降水天气, 东风一般在3 米/秒以上,利于二氧化硫扩散。例如1 9 8 1年2 月23 日早晨为偏东风, 东风高度为9 0 米。午后有一股冷空气从东北平原南下, 地面形势转变成“ 东高西低” 形成了“ 回流” 形势, 北京位于南伸高压后部, 午后下了雪, 二氧化硫污染为l 类。

不利于二氧化硫扩散的天气形势

1. 弱高压

此形势由于冷气团变性使高压减弱, 或由于冷空气不强所致。从地面天气图看, 一般中心强度较弱,地面气压梯度小, 有时在华北一带分裂为几个小中心。在此形势下, 地面及低空风速均较小, 早晨辐射逆温一般较强, 低层层结十分稳定, 不利于二氧化硫稀释扩散。以1980年11月27日08时为例, 北京处于弱高压东部边缘, 地面偏北风2 米/秒, 300米高度上风速6米/秒, 有强度γ=-3.6℃ / 100 米、厚度为1 6 7米的辐射逆温。北京与呼和浩特市之间气压差小于5.0 毫巴, 低层异常稳定, 这天早晨污染达到Ⅰ类。

2.华北地形槽类

由于地形的作用, 当西北气流沿蒙古高原及黄土高原下滑时, 在华北平原常产生一浅槽, 地面天气图上往往只有一条等压线。由于有下沉作用, 槽内天气比较晴好, 故也称为“ 华北乾槽” 。当北京地区处于此类形势控制下, 地面和高空风速很小, 早晨辐射逆温较强, 大气十分稳定, 极不利于二氧化硫的扩散。由于高空形势的不同, 地面气压场有如下几种形势:

( 1 ) 华北地形槽, 在太行山东麓; 河北平原北部出现一浅槽, 此槽往往与东北低压相连线。例如1980的年11月28 日08时地面风速为1米/秒, 风向具有地方性风特点, 上午为偏北风, 午后为偏南风。300米高度上风速为5 米/秒, 1500米高度风速为9米/秒。辐射逆温强度γ=-5.3℃ / 100 米, 厚度为1 67 米, 低层稳定, 极不利于扩散。

( 2 ) 华北小低压: 华北地区地面气压系统微弱, 在河北平原北部形成一闭合小低压, 北京处于此小低压控制下, 地面及高空风均较小, 有较深厚的逆温层, 天气稳定, 不利于二氧化硫的扩散。

( 3 ) 华北小倒槽: 其特点是华北地区地面气压系统较弱, 北京处于自华北平原南部向东北方伸出的小倒槽控制下, 此槽常与西南方向的低压相连。

3. 地面弱辐合带:

这一类包括两高压之间的弱辐合带、冷锋前的弱低压辐合区、弱切变等等。这类形势的共同特点是地面气压系统为弱的辐合场。当北京处在弱辐合区中时, 地面风速及低空风速一般均较小, 近地面层层结稳定, 此类形势极不利于二氧化硫扩散。

4 . 鞍形场

此种形势出现次数不多, 一般情况下,北京处于鞍形场的均压区内, 地面静风或风速很小, 低层大气层结也较稳定, 此类形势不利于二氧化硫扩散。

在同一种天气型下污染程度的日变化

在利于扩散的天气形势下, 早、中、晚任一时段, 污染程度均为Ⅰ类。这说明了在这类天气形势下, 对二氧化硫的扩散十分有利。而在不利于扩散的天气形势下, 早晨时段绝大多数污染水平为Ⅰ类。通过对早晨二氧化硫污染程度和天气形势的对比分析, 表明两者有很好的配合, 而中午和晚上时段情况则不同, 由于气象要素的日变化及前期l( 2小时以前) 气象条件的影响, 有可能出现亚类甚至Ⅲ类。尤其是中午时段, 因北京市区二氧化硫污染源基本来自民用中、小工业和集体採暖, 二氧化硫的排放量有较明显的日变化, 再加上气象要素日变化的影响, 使中午的污染程度一般都较低。

在同一天气形势下, 由于气象要素的日变化不同和排放源变化等原因, 造成的污染程度也不一样。因此不能简单的认为一种天气型就对应一种污染类别, 在作预报时要考虑前期的气象情况以及上述诸因素, 综合分析做出相应的空气污染气象预报。