天氣形勢

天氣形勢是指天氣系統在天氣圖上的分布特徵及其所表示的大氣運動狀態，又稱環流形勢或氣壓形勢。一般指大範圍地區的形勢，如北半球天氣形勢、歐亞天氣形勢等。

基本介紹

• 中文名：天氣形勢
• 外文名： synoptic situation
• 別稱：環流形勢或氣壓形勢
• 依據：天氣形勢分析

簡介

天氣行駛時指雲圖上主要氣壓系統分布及其未來一定時間內的演變趨勢。可作各級氣象台通過氣象站、哨作單站補充天氣預報和生產建設部門了解天氣變化的大概趨勢之用。

天氣系統的發生、發展、減弱、消亡和各類天氣過程的出現，都與天氣形勢變化有關。正確的天氣形勢分析是天氣預報的主要科學依據，也是提供國防和國民經濟建設部門了解天氣變化大概趨勢的依據之一。

背景知識

天氣是指某一個地方距離地表較近的大氣層在短時間內的具體狀態。而天氣現象則是指發生在大氣中的各種自然現象，即某瞬時內大氣中各種氣象要素（如氣溫、氣壓、濕度、風、雲、霧、雨、閃、雪、霜、雷、雹、霾等）空間分布的綜合表現。天氣過程就是一定地區的天氣現象隨時間的變化過程。各種天氣系統都具有一定的空間尺度和時間尺度，而且各種尺度系統間相互交織、相互作用。許多天氣系統的組合，構成大範圍的天氣形勢，構成半球甚至全球的大氣環流。天氣系統總是處在不斷新生、發展和消亡過程中，在不同發展階段有其相對應的天氣現象分布。

特徵

天氣形勢雖由各種不同尺度的天氣系統所組成，但其基本特徵決定於行星尺度的天氣系統。由於後者在高空的反映最明顯，所以高空天氣形勢較地面更受重視。天氣形勢每天都在變化，但就大範圍而言,按其特徵,仍可歸納為不同的類型，又稱天氣型，如緯向環流型、經向環流型等（見大氣環流型）。每種天氣型都有相應的天氣過程和天氣分布，一種天氣型穩定維持時，相似的天氣變化過程將反覆出現。因此，在用天氣圖方法製作短期和中期的天氣預報時，須先作天氣形勢(天氣型)預報。只有在正確的形勢預報的基礎上，才可能作出正確的天氣預報。

天氣形勢分類

通過對地面等壓線與地面觀測要素（風向、風速、溫度、雲量等）、925 hPa 流線與觀測要素（風向、風速、溫度）、850 hPa 等高線與等溫線、500 hPa 等高線的氣象觀測數據分析得出，深圳市天氣形勢分為13 類。

13種天氣類型對應的天氣特點及其空氣品質擴散條件特徵：

天氣形勢	特點	天氣特徵及空氣品質擴散條件
低壓後	處於低壓閉合等壓線後部，地面吹北風，850 hPa 附近區域冷平流	一般為冷鋒天氣，若是第一型冷鋒，出現連續性降水，若是第二性冷鋒，如果水汽含量充沛，出現雷暴和陣雨。
低壓前	位於低壓閉合等壓線前部控制，地面吹南風，850 hPa 附近區域暖平流	一般為暖鋒天氣，由於深圳是一個沿海城市，當處於低壓前部時，為暖濕的偏南氣流，水汽充沛，易形成層雲、層積雲並伴隨; 毛毛雨，當暖空氣不穩定時，還會出現積狀雲和陣性降水。
低壓內	位於低壓閉合等壓線內，地面吹南風或北風，850 hPa 處於鋒區上	氣流從四面八方流入氣旋中心，中心氣流被迫上升而凝結致雨，故低壓內為上升對流最強，非常有利於大氣污染物的擴散。
低壓頂部	主要指受低壓倒槽頂前部影響，地面吹偏東風，850 hPa 處於暖區	地面吹偏東風，由於深圳的東面同樣為洋面，故氣流與低壓前部類似，乾淨幾乎無雜質，但是上升氣流相對低壓前部較弱，; 故擴散條件不如低壓前部。
低壓底部	位於低壓閉合等壓線外底部區域，地面吹偏西風	地面吹偏西風，氣流來自青海一帶，含有一定量的大氣污染物。
高壓前部弱梯度	處於大陸冷高壓前部，主體冷空氣在貝爾加湖西北部，風速小，風向為北風或偏東風不定	擁有與高壓前部相似的天氣特點，大氣以下沉運動為主，但是由於此種天氣形勢的氣壓梯度力相當小，產生的環境風非常微弱，故非常不利於大氣污染物的擴散
高壓前部	處於大陸冷高壓前部，地面吹北風，850 hPa 附近區域有冷平流	中下層有顯著的輻散下沉運動，冷平流強的區域，下沉運動強，常是晴朗天氣，不利於大氣污染物的擴散。
高壓內	處於高壓脊線附近或副熱帶高壓內部（500 hPa 在588 線內），地面吹偏南風	下沉氣流強，天氣晴朗，有時在夜間或清晨還會出現輻射霧，日出後逐漸消散，如果有輻射逆溫或上空有下沉逆溫或者兩者同時存在時，逆溫層下面聚集了水汽和其他雜質，低層能見度壞，環境空氣品質差。
高壓後部	處於閉合高壓後部或副熱帶高壓後部（500 hPa 在588 線外），地面吹偏南風，850 hPa 處於暖區	上空有暖濕空氣滑升，且有暖鋒前天氣，即上空的水汽含量將增大，一般不產生降水，但會為後面的降水積累能量。
均壓區	地面處於較弱的氣壓區內，地面風速小於等於1 m·s-1，風向不定	均壓區控制的區域附近不存在高低壓系統，且與高壓前部弱梯度類似，因為氣壓梯度力相當小，產生的環境風非常微弱，但有別於高壓前部弱梯度以下沉氣流為主，在此區域中大氣幾乎處於一種靜止狀態，無明顯的下沉氣流，亦無明顯的上升氣流，同樣不利於大氣污染物的擴散。
輻合區	低空處於相同系統間風向輻合區	低空存在風向風速輻合的區域，在該區域的上空存在很強的輻散區，低空的空氣將上升進行補充，故該天氣形勢控制的區域存在較強的上升對流，很容易造成降水，在對流擴散與降水沖刷的雙重影響下，空氣品質一般較好。
高壓後低壓前部	受高壓和低壓雙系統控制，地面吹偏南風	受高壓和低壓雙系統的影響，具有高壓後部有暖濕空氣滑升的天氣特點，又具有低壓前部以輻合上升氣流為主的天氣特點，大氣層結不穩定且水汽充足，極易形成降水，較有利於大氣污染物的擴散。
夏半年副高內	受副高影響，對流形勢較好，地面一般吹偏南風	500 hPa 處於深厚高壓系統所控制，地面則由一個強低壓系統所控制，從而形成了低層輻合高層輻散的強上升對流性天氣，有利於大氣污染物的擴散。

根據深圳市氣象觀測所對應的天氣形勢進行分類，建立以天氣形勢為基礎的組合情景庫，分析污染物濃度隨天氣形勢轉變的變化規律的基礎上，建立對PM2.5、PM10、SO2 等6 項污染物和AQI 指數的空氣污染預測模型。

（1）從整體上來說，低壓系統和輻合區有利於大氣污染物的擴散，而高壓系統和均壓區不利於大氣污染物的擴散。

（2）當深圳市出現輕度污染和中度污染時，陸地一般由高壓系統所控制，且該市以處於高壓前部分主。

（3）深圳市空氣品質等級為優和良的情況，天氣形勢沒有表現出特定規律，未來可考慮進一步加大樣本量深入研究。

（4）深圳市乾季比濕季更容易發生輕度污染及以上級別的污染，其污染主要是由細顆粒物PM2.5 引起，且首要污染物存在季節性變化。

（5）天氣形勢預測模型對深圳市AQI 指數的24、48、72 h 預報相對誤差分別為22.0%、22.2%與21.9%，表明該模型具有一定的準確率和可靠性，對空氣品質預測具有較好的套用價值，可為空氣品質預報預警提供科學的參考依據。

強對流天氣形勢

預報員用天氣圖（包括實況天氣圖和數值預報天氣圖）來做天氣分析和預報的，在預報業務中，他們首先關注的是天氣形勢，喜歡把影響系統進行分類。不同的地方由於多年的習慣不同，天氣分型所採取的等壓面的層次是不同的。

各省(市)天氣分型以500hPa的形勢為主的居多。北京市共分為加爾湖、蒙古低渦，西北氣流、東北低渦，西來槽，東高西低低槽、華北西部渦型，切變線、、華北東部渦型五型。廣東省也是以500hPa形勢分型，分為槽前、東風、脊後、高壓、槽後、西風和切變線，對於700、850hPa和地面形勢描述則十分簡單：700、850hPa多有輻合氣流和切變，地圖面上，廣東或是處於鋒面附近，或是處於弱高壓脊的後部，其中前者約占總數的64%，後者占36%。河南也以500hPa形勢場為主進行分型，分為華北冷渦、槽後西北氣流、槽前西南氣流和氣團內部四型。

福建省天氣分型則以850hPa形勢為主，分為低渦冷切變、冷切變、暖切變、低槽和高壓五型，其中根據影響系統相對福建省的位置又分為適中、偏西、偏東、偏南諸型，以便於製作強對流天氣落區預報。

湖南先根據500hPa形勢將冰雹天氣形勢分為高空冷槽、南支小槽兩類，然後又根據地面形勢分為地面冷鋒颮線、地面鋒後兩型，將後者分為地面倒槽、兩湖氣旋波、地面高壓後部三型。

黑龍江以高空形勢分型為主，又加入地面形勢進行細分。例如在高空冷渦中，細分地面暖鋒和冷鋒兩型，在高空槽中細分為地面冷鋒、暖鋒和短波槽等。

有些省則將高空與地面形勢混合分型，即一些形勢則是以高空形勢來命名，而另一些類型又以地面形勢命名。例如，江西省把強對流天氣發生前後（主要是針對強對流天氣發生前12h）的大尺度背景特徵分為六類：西來低槽-鋒面型、東部冷渦-低槽型、低槽-地面暖倒型、副高邊緣型、熱帶低值系統型、冷鋒後部冰雹型，其中前五類發生在高溫高濕條件下。

上海市將強對流天氣形勢劃分為靜止鋒切變、高空冷渦、低槽冷鋒、氣旋波動、熱帶低值系統、副高邊緣六型。

空氣污染的天氣形勢

空氣污染與氣象條件有密切的關係。準確地做好與污染有關的天氣形勢預報，是空氣污染氣象條件預報的重要依據之一。通過對試報期間天氣過程與二氧化硫濃度時間演變的對比分析可得出, 二氧化硫濃度的低值區大都與利於擴散的天氣形勢相配合。例如北京地區處於冷高壓前部、冷鋒後, 回流形勢等等。高值區則與不利於擴散的天氣形勢配合較好, 如華北地形槽、華北小低壓、華北小倒槽、弱高壓控制等等。

有利於二氧化硫擴散的天氣形勢

1 . 冷鋒與強冷高壓形勢

( 1 ) 冷鋒天氣: 每當冷鋒通過北京時, 鋒後偏北風加大, 極利於二氧化硫的擴散。如1980年11月29日14時冷鋒過北京後, 出現了五、六級偏北風, 30米、600米、90米風速之和達46 米/秒, 低空很不穩定,全市二氧化硫平均濃度降為冷鋒前濃度的三分之一。

( 2 ) 強冷高壓前部: 當北京處於強冷高壓前部, 由於風速較大, 極利於二氧化硫擴散。例如1980年12 月3 日08 時, 這次過程氣溫下降了7.8 ℃ , 出現1z米/秒的西北大風, 無輻射逆溫。由於在乾冷氣團控制下, 地面相對濕度降到10 % 左右。受強冷高壓的影響, 二氧化硫污染為Ⅲ類。

2. 河套低壓影響

在第二期試驗的後期, 曾出現幾次河套低壓形勢。形成於河套地區的熱低壓造成北京地區較大的偏南風, 對二氧化硫擴散有利。以1 9 8 1 年3 月6 日為例, 6 日午後, 北京出現4 米/秒的偏南風, 由於南風較大, 晚上出現1 類污染。

3.回流形勢

從地面天氣圖上看, 當冷空氣活動路徑偏東時,北京地區相應出現“ 回流” 形勢。在此形勢影響下,北京地區常出現降水天氣, 東風一般在3 米/秒以上,利於二氧化硫擴散。例如1 9 8 1年2 月23 日早晨為偏東風, 東風高度為9 0 米。午後有一股冷空氣從東北平原南下, 地面形勢轉變成“ 東高西低” 形成了“ 回流” 形勢, 北京位於南伸高壓後部, 午後下了雪, 二氧化硫污染為l 類。

不利於二氧化硫擴散的天氣形勢

1. 弱高壓

此形勢由於冷氣團變性使高壓減弱, 或由於冷空氣不強所致。從地面天氣圖看, 一般中心強度較弱,地面氣壓梯度小, 有時在華北一帶分裂為幾個小中心。在此形勢下, 地面及低空風速均較小, 早晨輻射逆溫一般較強, 低層層結十分穩定, 不利於二氧化硫稀釋擴散。以1980年11月27日08時為例, 北京處於弱高壓東部邊緣, 地面偏北風2 米/秒, 300米高度上風速6米/秒, 有強度γ=-3.6℃ / 100 米、厚度為1 6 7米的輻射逆溫。北京與呼和浩特市之間氣壓差小於5.0 毫巴, 低層異常穩定, 這天早晨污染達到Ⅰ類。

2.華北地形槽類

由於地形的作用, 當西北氣流沿蒙古高原及黃土高原下滑時, 在華北平原常產生一淺槽, 地面天氣圖上往往只有一條等壓線。由於有下沉作用, 槽內天氣比較晴好, 故也稱為“ 華北乾槽” 。當北京地區處於此類形勢控制下, 地面和高空風速很小, 早晨輻射逆溫較強, 大氣十分穩定, 極不利於二氧化硫的擴散。由於高空形勢的不同, 地面氣壓場有如下幾種形勢:

( 1 ) 華北地形槽, 在太行山東麓; 河北平原北部出現一淺槽, 此槽往往與東北低壓相連線。例如1980的年11月28 日08時地面風速為1米/秒, 風向具有地方性風特點, 上午為偏北風, 午後為偏南風。300米高度上風速為5 米/秒, 1500米高度風速為9米/秒。輻射逆溫強度γ=-5.3℃ / 100 米, 厚度為1 67 米, 低層穩定, 極不利於擴散。

( 2 ) 華北小低壓: 華北地區地面氣壓系統微弱, 在河北平原北部形成一閉合小低壓, 北京處於此小低壓控制下, 地面及高空風均較小, 有較深厚的逆溫層, 天氣穩定, 不利於二氧化硫的擴散。

( 3 ) 華北小倒槽: 其特點是華北地區地面氣壓系統較弱, 北京處於自華北平原南部向東北方伸出的小倒槽控制下, 此槽常與西南方向的低壓相連。

3. 地面弱輻合帶:

這一類包括兩高壓之間的弱輻合帶、冷鋒前的弱低壓輻合區、弱切變等等。這類形勢的共同特點是地面氣壓系統為弱的輻合場。當北京處在弱輻合區中時, 地面風速及低空風速一般均較小, 近地面層層結穩定, 此類形勢極不利於二氧化硫擴散。

4 . 鞍形場

此種形勢出現次數不多, 一般情況下,北京處於鞍形場的均壓區內, 地面靜風或風速很小, 低層大氣層結也較穩定, 此類形勢不利於二氧化硫擴散。

在同一種天氣型下污染程度的日變化

在利於擴散的天氣形勢下, 早、中、晚任一時段, 污染程度均為Ⅰ類。這說明了在這類天氣形勢下, 對二氧化硫的擴散十分有利。而在不利於擴散的天氣形勢下, 早晨時段絕大多數污染水平為Ⅰ類。通過對早晨二氧化硫污染程度和天氣形勢的對比分析, 表明兩者有很好的配合, 而中午和晚上時段情況則不同, 由於氣象要素的日變化及前期l( 2小時以前) 氣象條件的影響, 有可能出現亞類甚至Ⅲ類。尤其是中午時段, 因北京市區二氧化硫污染源基本來自民用中、小工業和集體採暖, 二氧化硫的排放量有較明顯的日變化, 再加上氣象要素日變化的影響, 使中午的污染程度一般都較低。

在同一天氣形勢下, 由於氣象要素的日變化不同和排放源變化等原因, 造成的污染程度也不一樣。因此不能簡單的認為一種天氣型就對應一種污染類別, 在作預報時要考慮前期的氣象情況以及上述諸因素, 綜合分析做出相應的空氣污染氣象預報。