天气系统--中文百科全书

特征尺度

各类天气系统有一定的特征尺度。空间尺度主要以天气系统的水準尺度的大小来衡量，水準尺度系指天气系统的波长或扰动直径;时间尺度以天气系统的生命史的时间长短来衡量，生命史系指天气系统由新生到消亡的生消过程。一般天气系统的水準尺度越大，其时间尺度也越长。

在20世纪40年代以前，地面观测站平均距离约为200~300公裏，以此站距观测所得的资料分析出来的高、低压系统，称为天气系统，现在称为天气尺度天气系统。40年代，发展了高空气象观测(平均站距约为500公裏)，把从高空天气图上发现的、波长与地球半径相当的波动，称为行星尺度天气系统。

50年代前后，在研究对流性灾害天气时，发现了许多水準範围为一二百公裏、几十公裏甚至几公裏的高、低压系统，统称为中小尺度天气系统。分析这类系统，必须建立稠密的观测网，比如在美国有所谓的α、β和γ观测网，站距分别约为50公裏、8公裏和2.5公裏。到了70年代，用300~400公裏格距进行数值天气预报时，往往因这种格距太大而分析不出一些具有对流性天气的系统，影响了预报效果。当格距缩小到100~200公裏时，即可分析出来，后来就称这类尺度的系统为中间尺度天气系统。

尺度效应

各类天气系统的空间尺度(水準的和铅直的)和时间尺度，以及特征的水準风速,都是根据实际观测确定的。但有些量目前还无法直接观测，只能按大气动力方程进行计算。在进行数值计算时，要选择适当的空间格距，其大小由系统的特征尺度决定，这就是所谓的尺度效应。比如天气系统的特征铅直运动速度，可以根据连续方程由水準尺度和特征水準风速推算出来。各类天气系统的铅直运动速度有一定的特征数值，如行星尺度天气系统为10-1釐米/秒，天气尺度天气系统为10°釐米/秒，小尺度天气系统的铅直速度约为天气尺度天气系统100倍，即102釐米/秒。

天气系统的尺度效应

自40年代末期出现尺度分析方法以后，人们常常将完全的运动方程，按照各类天气系统的特征尺度进行简化，研究各类系统大气运动的规律以及系统的移动。如研究天气尺度天气系统可以套用準地转平衡近似和静力学关系，而中小尺度天气系统则不满足地转平衡和静力平衡。

演化消亡

天气系统总是处在不断地新生、发展和消亡之中。各种天气系统有不同的生消条件和能量来源。即使特征尺度同属一类的系统，其生消条件和能量来源也有所不同。比如温带气旋的发展条件，主要由其上空涡度平流所引起的空气辐散的强弱决定，其能量来源于大气的斜压性所储存的有效势能。台风的发生和维持是由于热带扰动的潜热释放，而潜热的释放同热带大气的位势不稳定和对流不稳定有关,其能量主要来源于海洋供给的水汽,在凝结过程中释放的潜热。强对流性的中小尺度天气系统，主要是由于位势不稳定空气受到急剧抬升而发展起来的，其能量也是来源于潜热释放。再者，天气系统往往不是闭合的，一个系统的空气经常不停地与周围系统的空气发生交换，随着这种交换，系统与系统之间的动量、能量等进行交换，从而引起系统的生消以及系统之间的相互作用。一般来说，大的天气系统製约并孕育着小的天气系统的发生和发展，小的天气系统产生后又能对大的天气系统的维持和加强起反馈作用。研究天气系统生消的条件和能量来源，以及研究系统之间的相互作用是天气学的主要任务之一。天气系统与大气环流之间，不仅在流型上有关联，而且存在着内在的联系。如大尺度天气系统的活动，通过热量、动量的南北输送以及能量的转换，对于大气环流的维持起着重要作用。而大气环流的热力状况和基本风系的特点，如西风气流的水準变化和垂直变化等，又反过来製约着大尺度天气系统，直接影响着大尺度天气系统的发展。天气系统组合的演变，如纬向环流的恢复,波动群速的传播，以及行星尺度天气系统的发展等，可以导致相当广泛地区甚至全球範围大气环流的变化。大气环流的变化又是造成大範围长时期天气变化的条件和机製。从事短期天气预报，可以主要考虑单一的天气系统的变化，而从事中期、长期天气预报则需要研究天气系统组合的演变规律，需要研究超长波以至整个大气环流的演变规律。