許健民

（國(guó)家衛(wèi)星氣象中心，北京 100081）

0 引言

本文以2020年的幾次天氣過(guò)程為例，介紹氣旋和梅雨鋒的衛(wèi)星云圖特征。中緯度氣旋（以下簡(jiǎn)稱(chēng)氣旋）是業(yè)務(wù)天氣預(yù)報(bào)最常遇到的天氣系統(tǒng)。 Schultz等總結(jié)了過(guò)去100年以來(lái)國(guó)際氣象學(xué)界對(duì)氣旋的結(jié)構(gòu)、演變和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行不懈探索的歷史和成就，認(rèn)為中緯度氣旋是氣象研究工作的中心；該文章指出：氣旋不是一件東西，而是一種過(guò)程。地面天氣圖上的低壓系統(tǒng)，是通過(guò)一系列動(dòng)力和熱力過(guò)程形成和發(fā)展起來(lái)的，其中重要的物理過(guò)程有：位渦守恒、斜壓不穩(wěn)定、鋒生以及它們之間的非線性相互作用、非絕熱加熱等。由于位勢(shì)渦度守恒，當(dāng)對(duì)流層上部的高空槽移到對(duì)流層下部的殘留斜壓帶上面時(shí)，就會(huì)觸發(fā)一次新的氣旋生過(guò)程。Charney的斜壓不穩(wěn)定理論指出，斜壓天氣過(guò)程誘發(fā)氣旋生有環(huán)境的經(jīng)向溫度梯度和系統(tǒng)的尺度兩方面的臨界條件。波長(zhǎng)為2800 km左右的Rossby波最有利于誘發(fā)斜壓氣旋生，所以在衛(wèi)星云圖上與發(fā)展中氣旋相伴的葉狀云系都是這個(gè)大小。經(jīng)向溫度梯度即平均緯向氣流中的斜壓性，主要來(lái)自太陽(yáng)輻射隨緯度變化的不均勻分布。除此以外，氣流的匯合鋒生也會(huì)使某個(gè)地方的經(jīng)向溫度梯度顯著提升。Hoskins等假定在沿鋒面的方向氣流是地轉(zhuǎn)的，而在垂直于鋒面的方向存在非地轉(zhuǎn)風(fēng)；他們得到了一個(gè)可以用緯向風(fēng)或者溫度梯度求出穿越鋒區(qū)非地轉(zhuǎn)環(huán)流的半地轉(zhuǎn)方程組，方程組中系數(shù)的空間變化和交叉導(dǎo)數(shù)使次級(jí)環(huán)流發(fā)生扭曲，產(chǎn)生鋒生。半地轉(zhuǎn)理論構(gòu)劃出了更加符合實(shí)際的氣旋發(fā)展演變過(guò)程概念模型。這些物理過(guò)程的概念可以在有關(guān)的教科書(shū)中查到，詳見(jiàn)本文所列舉的

參考文獻(xiàn)

。天氣預(yù)報(bào)人員建立診斷、分析和預(yù)報(bào)思路時(shí)，要以與天氣系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展有關(guān)的物理過(guò)程為線索。

衛(wèi)星云圖出現(xiàn)以后，Carlson通過(guò)分析大量資料，總結(jié)出氣旋的概念模型。該模型是預(yù)報(bào)員分析中緯度天氣尺度系統(tǒng)的有用工具。Carlson指出：氣旋是三支來(lái)自不同方向氣流（暖輸送帶、冷輸送帶、干帶）的匯合；氣旋中云和降水的分布與大氣的三度空間結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)。本文簡(jiǎn)要介紹Carlson的概念模型和有關(guān)物理概念，并以2020年的天氣過(guò)程為例分析其云圖特征，分別討論氣旋、緯向型和經(jīng)向型梅雨鋒雨帶，提示分析和診斷要點(diǎn)，以期能夠?qū)︻A(yù)報(bào)思路要點(diǎn)有所啟示。

1 氣旋云系發(fā)展過(guò)程的概念模型以及幾個(gè)有關(guān)的物理過(guò)程

氣旋云圖特征的識(shí)別既簡(jiǎn)單又復(fù)雜，其簡(jiǎn)單之處在于氣旋的概念模型己經(jīng)揭示了氣旋的外觀表現(xiàn)、三度空間結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和發(fā)生發(fā)展過(guò)程；其復(fù)雜之處在于每一個(gè)氣旋都不一樣，這與當(dāng)時(shí)、當(dāng)?shù)叵到y(tǒng)周邊的環(huán)流、水汽、太陽(yáng)輻射、下墊面、地形等許多因素有關(guān)系。為了用云圖分析天氣系統(tǒng)，不僅要了解有關(guān)天氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和行為的基本特征，還需要熟悉有關(guān)物理過(guò)程和地理?xiàng)l件的基本知識(shí)?；仡櫄庑葡蛋l(fā)展過(guò)程的概念模型，有助于理解云圖上的云如此分布的原因。

1.1 歷史上的氣旋概念模型

圖1是Shaw 于1911年提出的氣旋概念模型。當(dāng)時(shí)Shaw已經(jīng)注意到溫帶氣旋是三支氣流的匯合。在低壓中心的東北側(cè)有自東向西流動(dòng)的上升冷空氣，其中有降水；在低壓中心的東南側(cè)有匯合的暖空氣，其中也有降水；在低壓中心的西南側(cè)有從西邊過(guò)來(lái)的冷空氣取代其前面的暖空氣時(shí)，才有降水。Shaw的氣旋概念模型從現(xiàn)在的角度來(lái)看，仍然是對(duì)的。

圖1 Shaw的氣旋模型[1] Fig. 1 The cyclone model of Shaw[1]

圖2是Bjerknes 提出的氣旋模型。Schultz等認(rèn)為Bjerknes的貢獻(xiàn)在于指出了與溫度不連續(xù)有關(guān)的鋒面和氣旋的三度空間結(jié)構(gòu)、氣旋后面的槽對(duì)氣旋生的作用。

圖2 Bjerknes的氣旋模型[1] Fig. 2 The cyclone model of Bjerknes[1]

氣旋和鋒面是伴生發(fā)展的，兩者發(fā)生的先后順序不是確定的。Hoskins認(rèn)為：在沿鋒線的方向，鋒面是天氣尺度系統(tǒng)，氣流遵循準(zhǔn)地轉(zhuǎn)規(guī)律；而在與鋒線垂直的方向，鋒面是中尺度系統(tǒng)，氣流的非地轉(zhuǎn)分量非常大，Hoskins把這樣的過(guò)程稱(chēng)為半地轉(zhuǎn)過(guò)程。用半地轉(zhuǎn)過(guò)程的概念模擬出的氣旋發(fā)展概念模型如圖3所示。圖3中出現(xiàn)了兩個(gè)鋒生特別強(qiáng)烈的氣旋發(fā)展區(qū)：一個(gè)是沿著從氣旋中心向南伸展的冷鋒，另一個(gè)是沿著從氣旋北到東北方向發(fā)展中的暖鋒。鋒面云系主要形成在這些狹窄的鋒生區(qū)中。另外，在暖鋒鋒生區(qū)向低壓中心延伸的地方，有一條鋒消帶。在鋒生區(qū)里產(chǎn)生并不斷呈氣旋式向氣旋內(nèi)部平流過(guò)來(lái)的云，有時(shí)會(huì)因這條鋒消帶而蒸發(fā)。半地轉(zhuǎn)概念模型是對(duì)挪威學(xué)派氣旋概念模型的重要發(fā)展，并對(duì)業(yè)務(wù)天氣預(yù)報(bào)有指導(dǎo)意義。下文所列舉的氣旋發(fā)展實(shí)例，就符合這樣的概念模型。

1.2 Carlson的氣旋云系發(fā)展過(guò)程概念模型

圖4是氣旋云系發(fā)展過(guò)程的概念模型示意圖。圖4a 顯示了氣旋不同發(fā)展階段云系的邊界輪廓。其中用實(shí)線表示的邊界1是氣旋初生階段葉狀云的邊界輪廓，此時(shí)葉狀云的極地一側(cè)邊界己經(jīng)顯出兩種不同的曲率。在向極地一側(cè)凸起的云帶里，暖濕空氣正在它極地一側(cè)的冷空氣墊子上爬升；而在向赤道一側(cè)凹陷的云帶的北側(cè)，干冷空氣正在入侵下沉。用虛線表示的邊界2是氣旋發(fā)展階段逗點(diǎn)狀云的邊界輪廓，此時(shí)地面低壓中心己經(jīng)形成。低壓中心極地一側(cè)的偏東風(fēng)把云向西邊吹，云系靠近極地的部分向西伸展，使云系的輪廓演變成為逗點(diǎn)狀。用點(diǎn)線表示的邊界0是氣旋已經(jīng)發(fā)展到了成熟期，云系圍繞氣旋中心向西、甚至向西南方向延伸。3是一個(gè)晴空區(qū)，它代表與誘發(fā)氣旋生高空短波槽相伴的干冷空氣正在暖輸送帶和冷輸送帶交匯的地方切入氣旋的逗點(diǎn)狀云系。

圖4 Carlson的氣旋云型概念模型[4] （a）中緯度波狀擾動(dòng)的盾狀云系示意圖；（b）穿越中緯度氣旋的三度空間氣流示意圖； （c）氣旋中心北側(cè)一個(gè)東西向的垂直剖面圖 Fig. 4 The cyclone model of Carlson[4] (a) Schematic diagram of shield cloud system with wavy perturbations at mid-latitudes, (b) Schematic diagram of threedimensional air flow through a mid-latitude cyclone, (c) An east-west vertical profile on the north side of the cyclone centre

圖4b是氣旋成熟階段的三度空間氣流俯視圖。圖4b指出，發(fā)展階段的氣旋是來(lái)自不同方向三支氣流的匯合，這三支氣流分別是：暖輸送帶、冷輸送帶和干帶。

暖輸送帶從氣旋暖扇區(qū)里的對(duì)流層下部出發(fā)，先是沿冷鋒的前緣上升，隨后在暖鋒上繼續(xù)爬升，上升到對(duì)流層的中上部時(shí)，隨那里的環(huán)境西風(fēng)氣流轉(zhuǎn)向東流出。暖輸送帶的上游（西）側(cè)邊界是光滑、銳利的，邊界兩側(cè)圖像亮度的反差大；而它的下游東側(cè)、東南側(cè)有羽毛狀的多方向外流卷云，這種羽毛狀外流卷云的細(xì)微結(jié)構(gòu)是尖銳的，而不是模糊的，流出的高云云量逐漸減少直至消失。這樣的外觀表現(xiàn)說(shuō)明在暖輸送帶的上（下）游邊界處，氣流有流入（出）云系的分量。

冷輸送帶起源于暖鋒極地一側(cè)的冷空氣內(nèi)部，暖鋒降水使這里的空氣潮濕，地面低壓形成后，氣旋中心北側(cè)對(duì)流層下部有東風(fēng)上升氣流，帶動(dòng)冷輸送帶云從暖輸送帶云的下面向西伸展并露出，云的外觀輪廓隨即從葉狀轉(zhuǎn)變成為逗點(diǎn)狀。從圖4b上可以看到，冷輸送帶云上升到對(duì)流層中上部后，也隨那里的環(huán)境西風(fēng)氣流轉(zhuǎn)向東流出。

圖4b上的第三支氣流是干帶，它代表對(duì)流層上部觸發(fā)氣旋生的高空短波槽，在水汽圖像上表現(xiàn)為一條南側(cè)伴有急流的干（暗）帶。如果水汽圖像上的干（暗）帶南側(cè)有一條急流與之相伴，并且隨時(shí)間的延長(zhǎng)變得越來(lái)越暗，那么它是活躍的，被稱(chēng)為動(dòng)力干帶，代表對(duì)流層上部一個(gè)發(fā)展中的高空短波槽或正位渦異常。當(dāng)對(duì)流層上部的正位渦異常，向東移動(dòng)到對(duì)流層下部殘留鋒區(qū)上空時(shí)，氣旋生被誘發(fā)。水汽圖像上暗區(qū)很多，其中在南側(cè)沒(méi)有急流相伴的暗區(qū)是不活躍的，不能代表不穩(wěn)定的高空短波槽，沒(méi)有重要的天氣意義。

圖4c是東西向垂直剖面圖，剖面位于氣旋中心的北側(cè)，視點(diǎn)為由南向北看。這幅圖與俯視圖（圖4b）配合，更能看清楚氣旋以及其中三條輸送帶的三度空間結(jié)構(gòu)。圖中用LSW/LSC（Limiting Streamlines for Warm (Cold) Conveyor Belts）標(biāo)志的圓點(diǎn)線，代表剖面圖上暖（冷）輸送帶流線的西部邊緣。暖（冷）輸送帶流線指向圖的里面（西面），它們都有上升分量。鋸齒線是冷、暖輸送帶之間的分界。dry是干帶，也指向圖的里面。

1.3 對(duì)稱(chēng)斜壓不穩(wěn)定

地球上流體垂直位移的不穩(wěn)定性被稱(chēng)為靜力不穩(wěn)定。在旋轉(zhuǎn)的地球上，流體水平位移的不穩(wěn)定性被稱(chēng)為慣性不穩(wěn)定。靜力不穩(wěn)定和慣性不穩(wěn)定的條件都極其苛刻，難以滿足。對(duì)稱(chēng)不穩(wěn)定理論（Holton和Harkim，2019）認(rèn)為：如果在經(jīng)向垂直剖面圖上，等

θ

面的坡度比等

M

面更大，那么大氣就是對(duì)稱(chēng)不穩(wěn)定的。在討論對(duì)稱(chēng)不穩(wěn)定時(shí)，靜力和慣性?xún)煞N穩(wěn)定度仍然是穩(wěn)定的：對(duì)于靜力穩(wěn)定度而言，

θ

仍然是上高下低的，但等

θ

面向高緯度冷、低緯度暖的方向偏時(shí)，才會(huì)豎起來(lái)；對(duì)于慣性穩(wěn)定度而言，等

M

面仍然是低緯度大、高緯度小，只是等

M

面要向上面大、下面小的方向偏時(shí)，才會(huì)躺平。這兩種情況都需要有斜壓性。等

θ

面的坡度如果比等

M

面更大，就能達(dá)到對(duì)稱(chēng)不穩(wěn)定的條件。

1.4 非絕熱加熱對(duì)天氣形勢(shì)的反饋

考慮非絕熱加熱和摩擦力，

θ

坐標(biāo)系里的位勢(shì)渦度因?yàn)槭艿椒墙^熱加熱、摩擦、側(cè)向渦度造成的位勢(shì)渦度而改變。非絕熱加熱的垂直變化對(duì)位勢(shì)渦度的影響表現(xiàn)為：在非絕熱加熱最大層面以上，大氣獲得負(fù)的位勢(shì)渦度，環(huán)流出現(xiàn)反氣旋性轉(zhuǎn)變；在非絕熱加熱最大層面以下，大氣獲得正的位勢(shì)渦度，環(huán)流出現(xiàn)氣旋性轉(zhuǎn)變；在非絕熱加熱最大層的高度，上升運(yùn)動(dòng)最大。

大氣受到的非絕熱加熱有兩種。一種是可感熱加熱：由于邊界層內(nèi)的湍流把地表獲得的多余太陽(yáng)輻射能量輸入大氣?？筛袩峒訜嶂饕l(fā)生在行星邊界層里，行星邊界層的厚度可以從地面到30～3000 m的高度。西藏高原的地面高度在600 hPa上下，所以來(lái)自西藏高原地面的可感熱可以直接加熱當(dāng)?shù)氐膶?duì)流層中上部大氣。另一種非絕熱加熱是潛熱加熱：深對(duì)流活動(dòng)相伴的潛熱釋放，可以直接加熱400 hPa上下的對(duì)流層上部大氣。在西藏高原及其以東地區(qū)，這兩種非絕熱加熱都對(duì)大氣環(huán)流和天氣形勢(shì)有重要的影響。西藏高原可感熱加熱使中國(guó)東部地區(qū)季風(fēng)雨帶持續(xù)，深對(duì)流活動(dòng)相伴的潛熱釋放造成時(shí)間尺度為兩周左右的天氣形勢(shì)低頻振蕩。

圖5表示西藏高原上空受到加熱時(shí)，在對(duì)流層上部出現(xiàn)一個(gè)反氣旋，在對(duì)流層下部出現(xiàn)一個(gè)氣旋，在對(duì)流層中部有上升運(yùn)動(dòng)的情況。從初夏季節(jié)（即5月中下旬）開(kāi)始，西藏高原上空就已建立起一個(gè)反氣旋脊。這個(gè)反氣旋脊一旦建立起來(lái)，中國(guó)的季風(fēng)降水馬上會(huì)變得非常猛烈，而且雨帶的位置和走向一直伴隨著它，其原因可以從圖5中得到解釋 。

圖5 西藏高原上空的加熱有利于在對(duì)流層上部出現(xiàn)一個(gè)反氣旋[7] Fig.5 Heating over the Tibetan Plateau is conducive to an inversion in the upper troposphere cyclone [7]

2 氣旋的云圖特征

圖6～圖11是2020年8月10—15日的風(fēng)云四號(hào)氣象衛(wèi)星10.8 μm長(zhǎng)波紅外、7.1 μm中層水汽以及對(duì)流層中下部的天氣圖，這些圖展示了一個(gè)蒙古氣旋的生命史。

2.1 2020年8月10—14日蒙古氣旋發(fā)生前的環(huán)流形勢(shì)和云圖特征

在8月10日12時(shí)（世界時(shí)，下同）的500 hPa圖（圖6d）上，對(duì)流層中部中國(guó)周邊的大范圍環(huán)流形勢(shì)呈元寶狀：北邊從東北伸向華北有一個(gè)長(zhǎng)波槽，在北支長(zhǎng)波槽的后面，氣壓場(chǎng)的形勢(shì)總體呈西高東低，西北風(fēng)急流從咸海向東南一直伸到華北；南邊從西藏高原中部伸向印度有一個(gè)南支長(zhǎng)波槽，在南支長(zhǎng)波槽的前面，氣壓場(chǎng)的形勢(shì)總體呈西低東高，西南風(fēng)急流從印度向東北一直伸到寧夏。這樣的元寶狀環(huán)流形勢(shì)說(shuō)明：在中國(guó)中西部地區(qū)，存在大范圍氣流的匯合，在南北兩支大范圍氣流匯合的地方，基本氣流的斜壓性增大。所以這種元寶狀的環(huán)流形勢(shì)是氣旋生的先兆形勢(shì)。當(dāng)500 hPa圖上出現(xiàn)元寶狀環(huán)流形勢(shì)時(shí)，預(yù)報(bào)員要非常警覺(jué)，未來(lái)可能發(fā)生氣旋生。

觸發(fā)氣旋生的系統(tǒng)往往是對(duì)流層上部的一個(gè)斜壓不穩(wěn)定的短波槽。這樣的觸發(fā)短波槽，在水汽圖像上表現(xiàn)為南側(cè)有急流相伴的干帶，即動(dòng)力干帶。圖6c水汽圖像上，葉狀云凹陷部分的北邊有一個(gè)暗區(qū)，其南側(cè)與一支急流相伴。在這個(gè)個(gè)例中，圖6a上位于新疆的葉狀云系，其北側(cè)邊緣的曲率還比較小，但是可以察覺(jué)。葉狀云系在新疆中部有一個(gè)曲率拐點(diǎn)，從曲率拐點(diǎn)向東北一側(cè)，云系向北突出，說(shuō)明有暖空氣向北爬升；向西南一側(cè)，云系向南凹陷，說(shuō)明有冷空氣向南入侵。這樣的云系外貌像一片葉子，所以起名為葉狀云。葉狀云以及以后發(fā)展出來(lái)的逗點(diǎn)狀云系，是中緯度氣旋生的重要標(biāo)志，說(shuō)明此地有一個(gè)高空槽以及與之相伴的槽前上升、槽后下沉的非地轉(zhuǎn)氣流，或是此地冷暖空氣的匯合己經(jīng)開(kāi)始。

圖6 2020年8月10日12時(shí)（世界時(shí)，下同）的天氣圖 （a）FY-4A 10.8 μm紅外圖像；（b）FY-4A 7.1 μm水汽圖像；（c）FY-2G 6.9 μm水汽風(fēng)；（d）500 hPa Fig.6 Weather map at 12:00 UTC (same below) 10 August 2020 (a) FY-4A 10.8 μm infrared image, (b) FY-4A 7.1 μm water vapor image, (c) FY-2G 6.9 μm water vapour motion wind, (d) 500 hPa

2.2 2020年8月10—14日蒙古氣旋葉狀云振幅加大和地面氣旋中心形成

8月11日12時(shí)，這個(gè)葉狀云系移到中蒙邊界附近，曲率拐點(diǎn)在甘肅，其東北方向云系的曲率比前一天大大增加，說(shuō)明系統(tǒng)在迅速發(fā)展中。在圖7上可以看到，葉狀云向北突出部分的西北部邊緣比東部邊緣清晰，邊界兩側(cè)亮度反差大，邊界形狀規(guī)則；而東側(cè)、東南側(cè)有羽毛狀的多方向外流卷云。云系的西邊緣清晰、東邊緣模糊不清（存在外流）是暖輸送帶云系的重要特征。正如Carlson的概念模型所示，暖輸送帶起源于氣旋暖扇區(qū)的對(duì)流層下部，在上升過(guò)程中凝結(jié)成云。上升到對(duì)流層中上部以后，受環(huán)境氣流驅(qū)動(dòng)，暖輸送帶云轉(zhuǎn)向東流出云系。在8月11日12時(shí)地面天氣圖（圖略）上，低壓中心在甘肅、內(nèi)蒙古、寧夏交界處形成，此處地面的高度在1000 m上下，此時(shí)850 hPa（圖7f）上可以看到地面附近的低壓中心。

圖7 2020年8月11日12時(shí)的天氣圖 （a）FY-4A 10.8 μm紅外圖像；（b）FY-4A 7.1 μm水汽圖像；（c）FY-2G 6.9 μm水汽風(fēng)；（d）500 hPa； （e）700 hPa；（f）850 hPa Fig. 7 Weather map at 12:00 UTC 11 August 2020 (a) FY-4A 10.8μm infrared image, (b) FY-4A 7.1 μm water vapor image, (c) FY-2G 6.9 μm water vapour motion wind, (d) 500 hPa, (e) 700 hPa, (f) 850 hPa

再看此時(shí)衛(wèi)星云圖上的暖輸送帶云系與天氣圖上高空氣流之間的關(guān)系。850 hPa圖上從陜西南部向東到黃淮流域，在云圖上向北突出葉狀云系以南，有大片東南風(fēng)。700 hPa圖上，偏南風(fēng)從淮河流域向北伸展到甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古以東的黃河中游地區(qū)。這兩個(gè)層面的天氣圖說(shuō)明，暖輸送帶起源于氣旋暖扇區(qū)的對(duì)流層下部，但是在這些較低的層面，暖輸送帶氣流尚未凝結(jié)成云，所以衛(wèi)星云圖上無(wú)法看到。環(huán)流形勢(shì)與云圖配合比較好的是500 hPa圖，青海、甘肅中東部、內(nèi)蒙古的風(fēng)與衛(wèi)星圖像上云系基本符合，這說(shuō)明在衛(wèi)星云圖上看到了暖輸送帶云的頂部。而此時(shí)700 hPa和850 hPa圖則揭示了暖輸送帶的三度空間結(jié)構(gòu)。

地面低壓中心大約在迅速發(fā)展的葉狀云中形成，在曲率拐點(diǎn)的前面作垂直線，使其與暖輸送帶云系的東南側(cè)邊界相交，交點(diǎn)位于沿暖輸送帶向東北方向大約2個(gè)緯距的地方。

8月12日00時(shí)，地面低壓形成以后，其北側(cè)的偏東風(fēng)伴有上升氣流，使冷輸送帶云系從暖輸送帶下面露出，云系的外貌隨即由葉狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎狐c(diǎn)狀，見(jiàn)圖8。云系的輪廓由葉狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎狐c(diǎn)狀是一個(gè)重要的標(biāo)志，說(shuō)明此時(shí)氣旋正在劇烈發(fā)展中。逗點(diǎn)狀云系向西突出是因?yàn)榇藭r(shí)冷輸送帶云系己經(jīng)從暖輸送帶云系的下面露出并被看到了。但并不是在每一個(gè)具體的案例中都可以如Carlson的概念模型那樣，把冷、暖輸送帶云系清晰地區(qū)分開(kāi)。在圖8的三個(gè)通道云圖上（尤其在圖8c可見(jiàn)光通道圖上）可以看到，在逗點(diǎn)的頭部，云的起伏相對(duì)比較平緩，這里是冷輸送帶云；而在暖輸送帶內(nèi)部，因?yàn)橛懈嗟膶?duì)流，云的紋理結(jié)構(gòu)更加清楚。

再看此時(shí)衛(wèi)星云圖上的冷輸送帶云系與天氣圖上高空氣流之間的關(guān)系。從云圖上看，這個(gè)時(shí)間的冷輸送帶在蒙古國(guó)，那里探空站非常稀少，但是仍可以看到700 hPa和850 hPa圖上烏蘭巴托和二連的東南風(fēng)，這是冷輸送帶在對(duì)流層下部有東風(fēng)的證據(jù)。

在此時(shí)的500 hPa圖上，與干帶相伴的西風(fēng)從蒙古國(guó)中南部切入氣旋中心，從寧夏向東到華北地區(qū)的西南風(fēng)與云圖上的暖輸送帶配合。700 hPa和850 hPa圖上的偏南風(fēng)大部分在葉狀云以南的暖扇區(qū)里 。

2.3 2020年8月10—14日蒙古氣旋的云型和天氣分布

氣旋云型的輪廓并不是每個(gè)時(shí)間都如概念模型那樣典型的。8月12日06時(shí)，在陜西、山西的北部和內(nèi)蒙古的中部，暖輸送云帶在這里較?。▓D9a和9b）。在00時(shí)的天氣圖（圖8d～8f）上，這里500 hPa的偏西風(fēng)在700 hPa偏南風(fēng)的上面，有干冷平流。在06時(shí)的水汽風(fēng)圖（圖9c）上，也可以看到云頂附近的風(fēng)有指向暖輸送帶內(nèi)部的分量；如果云帶上面的高空風(fēng)平行于云的走向吹，那么水汽可以向云帶下游方向積累。如果云帶上面的高空風(fēng)垂直于云的走向吹向云帶內(nèi)部，那么這樣的三度空間結(jié)構(gòu)可能有兩種相反的效應(yīng)。在8月12日06時(shí)的個(gè)例中，由于云帶上部干燥環(huán)境空氣的卷入以及與之相伴的夾卷，抑制了對(duì)流的發(fā)展，使云系消散；但是如果這時(shí)對(duì)流層下部特別暖濕，那么高空干冷平流與之配合，達(dá)到靜力不穩(wěn)定的程度，則可以造成劇烈的強(qiáng)對(duì)流和惡劣天氣。后者雖然很少發(fā)生，卻有著名的例子：2007年3月3日21時(shí)造成大連供電中斷的渤海灣強(qiáng)對(duì)流，就是上面干冷、下面暖濕而誘發(fā)惡劣天氣的情況。從這個(gè)時(shí)間的衛(wèi)星導(dǎo)風(fēng)圖（圖9e）上可以看到，云頂附近的風(fēng)有指向暖輸送帶內(nèi)部的分量，似乎與2000年8月12日06時(shí)（圖9c）相似。但是2007年3月3日21時(shí)（圖9d）渤海灣出現(xiàn)了強(qiáng)對(duì)流，云圖上可以看到對(duì)流單體的西部邊界逆環(huán)境氣流向西北方突出，這是因?yàn)榇藭r(shí)渤海灣地區(qū)對(duì)流層下部又暖又濕，遇到高空冷平流（圖9e），使不穩(wěn)定度增大，激發(fā)了劇烈的對(duì)流天氣。所以衛(wèi)星云圖只是天氣診斷分析的工具之一，云圖、天氣圖，特別是天氣圖上的要素記錄，要配合在一起仔細(xì)分析。

圖8 2020年8月12日00時(shí)的天氣圖 （a）FY-4A 10.8 μm紅外圖像；（b）FY-4A 7.1 μm水汽圖像；（c）FY-4A 0.65 μm可見(jiàn)光圖像； （d）500 hPa；（e）700 hPa；（f）850 hPa Fig. 8 Weather map at 00:00 UTC 12 August 2020 (a) FY-4A 10.8 μm infrared image, (b) FY-4A 7.1 μm water vapor image, (c) FY-2G 6.9 μm visible image, (d) 500 hPa, (e) 700 hPa, (f) 850 hPa

云帶上面的高空風(fēng)垂直于云的走向吹，使云帶變薄消散，這種云型被稱(chēng)為干涌。干涌出現(xiàn)在氣旋中心以南使某一段暖輸送帶云系變薄，是經(jīng)?？梢钥吹降摹Ｒ?012年7月21日北京大暴雨的氣旋云型（圖9f～9h）為例與2000年8月12日06時(shí)的氣旋云型（圖9a～9c）進(jìn)行比較。這兩個(gè)氣旋云型的輪廓有相似之處。氣旋頭部的冷輸送帶以及暖輸帶北端段，前者在貝加爾湖以東的西伯利亞，后者在蒙古國(guó)；干涌段前者在蒙古國(guó)到東北的北部，后者在內(nèi)蒙古中部到山西、河北；暖輸帶南側(cè)發(fā)展之中的另一個(gè)波動(dòng)，其高空有從西藏高原東伸的反氣旋脊與之相匹配的那一段，前者從長(zhǎng)江上游一直伸展到華北北部，后者只從四川伸向陜西。顯然，如果只對(duì)比這一段云，2012年的前者比2020年的后者范圍更大，強(qiáng)度更強(qiáng)，造成的降水也嚴(yán)重得多 。

圖9 2020年8月12日06時(shí)的天氣圖 （a）FY-4A 10.8 μm紅外圖像；（b）FY-4A 7.1 μm水汽圖像；（c）FY-2G 6.9 μm水汽風(fēng)；（d）FY-1D 10.8 μm紅外圖像；（e）FY-2D 6.9 μm水汽風(fēng)；（f）FY-2E 10.8 μm紅外圖像；（g）FY-2E 6.9 μm水汽圖像；（h）FY-2G 6.9 μm水汽風(fēng) Fig. 9 Weather map at 00:06 UTC 12 August 2020 (a) FY-4A 10.8 μm infrared image, (b) FY-4A 7.1 μm water vapor image, (c) FY-2G 6.9 μm water vapour motion wind, (d) FY-1D 10.8 μm infrared images, (e) FY-2D 6.9 μm water vapour motion wind, (f) FY-2E 10.8 μm infrared image, (g) FY-2E 6.9 μm water and vapor image, (h) FY-2G 6.9 μm water vapour motion wind

2.4 2020年8月10—14日蒙古氣旋的干帶切入和氣旋成熟

8月12日00時(shí)，干帶己經(jīng)在冷輸送帶從暖輸送帶下面露出的地方切入氣旋。在圖10中，干帶表現(xiàn)為紅外云圖上的少云區(qū)和水汽圖像上的暗區(qū)，呈楔狀；在水汽風(fēng)分布圖中，暗區(qū)的南側(cè)伴有一支急流。8月12—13日是這個(gè)氣旋的成熟期，氣旋頭部的冷輸送帶云向西、向南卷入氣旋的后部；云系表現(xiàn)得非常有組織，云系輪廓的邊緣像幾何線那樣有規(guī)律。在氣旋云系的外面，冷輸送帶的東北側(cè)、暖輸送帶的東南側(cè)、干帶的西側(cè)，各有一個(gè)可見(jiàn)光、紅外通道的晴空區(qū)或水汽通道的暗區(qū)。它們分別代表氣旋外圍三個(gè)方向的補(bǔ)償下沉氣流：氣旋東北方向的東路冷空氣、氣旋東南方向的地面高壓、氣旋西側(cè)高空槽后面的下沉氣流。廣義地講，這些晴空區(qū)或暗區(qū)也是氣旋云系的組成部分。正是與這些晴空區(qū)有關(guān)聯(lián)的氣壓場(chǎng)形勢(shì)與氣旋一起，共同形成了三條輸送帶云系。圖10中云最密實(shí)的地方在內(nèi)蒙古的錫盟，從這里到三個(gè)晴空區(qū)的距離都在1400 km上下，正好是半個(gè)斜壓不穩(wěn)定波長(zhǎng)。

圖10 2020年8月12日12時(shí)的天氣圖 （a）FY-4A 10.8 μm紅外圖像；（b）FY-4A 7.1 μm水汽圖像；（c）FY-2G 6.9 μm水汽風(fēng)Fig. 10 Weather map at 12:00 UTC 12 August 2020 (a) FY-4A 10.8 μm infrared image, (b) FY-4A 7.1 μm water vapor image, (c) FY-2G 6.9 μm water vapour motion wind

2.5 2020年8月10—14日蒙古氣旋的減弱消散

8月14日以后氣旋減弱消散，表現(xiàn)為云量的減少和云系組織程度的松散化，8月15日00時(shí)（圖11）表現(xiàn)出這樣的特征 。

在圖9～圖11中，可以看到暖輸送帶云系南側(cè)的那一段，在云帶上空有一個(gè)輻散的反氣旋脊。這個(gè)反氣旋脊是從西藏高原上空伸過(guò)來(lái)的，與中國(guó)季風(fēng)的發(fā)展有著重要關(guān)聯(lián)。下文分析與這個(gè)反氣旋脊有關(guān)系的梅雨鋒氣旋。

圖11 2020年8月15日00時(shí)的天氣圖 （a）FY-4A 10.8 μm紅外圖像；（b）FY-4A 7.1 μm水汽圖像；（c）FY-2G 6.9 μm水汽風(fēng) Fig. 11 Weather map at 00:00 UTC 15 August 2020 (a) FY-4A 10.8 μm infrared image, (b) FY-4A 7.1 μm water vapor image, (c) FY-2G 6.9 μm water vapour motion wind

3 梅雨鋒氣旋的云圖特征

3.1 梅雨鋒氣旋和氣旋云圖特征的關(guān)聯(lián)和差別

梅雨鋒氣旋是組成氣旋簇的一系列氣旋波里所處緯度最低的，它在梅雨鋒持續(xù)的時(shí)間段里，一直處于氣旋的初生階段。①它屬于氣旋的初生階段，在云圖上看不到冷輸送帶從暖輸送帶云系下面露出；一旦看

到則標(biāo)志著梅雨鋒氣旋己經(jīng)發(fā)展，云帶的西段將會(huì)南壓，這一次持續(xù)的梅雨鋒天氣過(guò)程將告一段落。②水汽圖像上與干帶相關(guān)聯(lián)的暗區(qū)從梅雨鋒云帶的北側(cè)接連越過(guò)，而不是向南從波動(dòng)的西南側(cè)侵入；一旦發(fā)生干區(qū)向系統(tǒng)西南側(cè)入侵，也是本次過(guò)程將要結(jié)束的先兆。③它是在中國(guó)特定地理、地形條件下形成的天氣系統(tǒng)。由于太平洋西部、印度洋提供的大量水汽以及西藏高原的動(dòng)力、熱力作用，中國(guó)東部夏季對(duì)流層下部有持續(xù)的東西走向的氣旋性切變線，對(duì)流層上部從西藏高原向東伸展有持續(xù)的東西走向的反氣旋脊，為梅雨鋒云帶準(zhǔn)備了環(huán)流和水汽條件。④梅雨鋒云帶北側(cè)的晴空區(qū)里，盛夏季節(jié)地面附近有非常強(qiáng)的太陽(yáng)輻射非絕熱加熱，所以在對(duì)流層下部梅雨鋒云帶的兩側(cè)沒(méi)有明顯的溫度對(duì)比，梅雨鋒切變線在垂直方向上是直的，不是向北傾斜的。⑤這樣的環(huán)流形勢(shì)和要素三度空間結(jié)構(gòu)條件，趨向于符合對(duì)稱(chēng)不穩(wěn)定條件。⑥從衛(wèi)星云圖動(dòng)畫(huà)上看，沿梅雨鋒云帶有持久、劇烈的對(duì)流。⑦梅雨鋒氣旋的能量來(lái)源，主要不是位能與動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)換，而是對(duì)流潛熱釋放，即第二類(lèi)條件不穩(wěn)定（CISK）機(jī)制。⑧梅雨鋒過(guò)程的開(kāi)始，不僅要看對(duì)流層下部沿副高邊緣向北的西南風(fēng)暖濕氣流，而且要看東北方向的東路冷空氣。東路冷空氣表現(xiàn)為：水汽圖像上向東偏南方向移動(dòng)的干涌、對(duì)流層中部500 hPa圖上既長(zhǎng)又強(qiáng)的西北氣流、對(duì)流層下部850 hPa甚至700 hPa上出現(xiàn)的暖切變。暖切變北側(cè)的低層偏東風(fēng)把東部海上的濕空氣吹向陸地，此地濕層深厚，容易出現(xiàn)暴雨。⑨梅雨鋒過(guò)程結(jié)束往往是在北邊環(huán)流形勢(shì)轉(zhuǎn)變后，環(huán)流的經(jīng)向度加大，本次雨帶南壓。⑩從衛(wèi)星導(dǎo)風(fēng)圖上可以看到，從梅雨鋒雨帶上空輻散出來(lái)的氣流主要流向雨帶的東南側(cè)，在那里匯合下沉。所以這一次梅雨鋒天氣過(guò)程結(jié)束后，副高會(huì)加強(qiáng)，下一次過(guò)程的位置可能更偏北。中國(guó)夏季季風(fēng)期間持續(xù)的梅雨鋒雨帶，從初夏的華南，向北推到盛夏的華北，都有這樣的特征。

3.2 2020年7月6日緯向型梅雨鋒云帶的云圖特征

圖12是2020年7月6日的FY-4A衛(wèi)星0.65 μm可見(jiàn)光圖、10.8 μm長(zhǎng)波紅外、7.1 μm中層水汽、以及FY-2G衛(wèi)星6.9 μm水汽風(fēng)圖，這些圖代表了2020年7月上旬一次持續(xù)梅雨鋒天氣過(guò)程的云圖特征。

在圖12中三個(gè)通道的云圖上可以看到，梅雨鋒云帶從長(zhǎng)江上游的四川向東一直伸展到日本，寬度大約有幾百千米，云帶里的云非常密實(shí)，其曲率不大，在中國(guó)大陸上略向南凹陷，從黃海到日本海略向北凸出。在密實(shí)的云區(qū)內(nèi)部，在可見(jiàn)光圖像上因?yàn)樘?yáng)光照角斜視，可以看見(jiàn)發(fā)展旺盛的對(duì)流云在低云上面的影子；在紅外圖像上，云頂高度起伏也很大；在圖像動(dòng)畫(huà)上，對(duì)流云像鍋里燒開(kāi)的水那樣劇烈地翻滾。這些都是梅雨鋒南北兩側(cè)的氣流在此匯合，云帶上持續(xù)有劇烈對(duì)流活動(dòng)的證據(jù)。

云帶的北側(cè)邊界比較規(guī)則，從亮到暗的過(guò)渡發(fā)生在一個(gè)較短的距離范圍內(nèi)，這里圖像反差大。云帶以北，在河南、山東以及日本海，水汽圖像上有暗區(qū)，可見(jiàn)光和紅外圖像上有晴空區(qū)。這里是梅雨鋒北側(cè)西風(fēng)氣流中的波動(dòng) 。在梅雨鋒天氣過(guò)程持續(xù)期間，對(duì)流層中部長(zhǎng)而且強(qiáng)的西偏北氣流中，連續(xù)出現(xiàn)這樣的小振幅波動(dòng)?xùn)|移，在對(duì)流層下部則轉(zhuǎn)變?yōu)槊酚赇h北側(cè)的東偏北風(fēng)。

梅雨鋒云帶的南邊界從亮到暗的過(guò)渡區(qū)，比云帶的北邊界寬，有卷云從云區(qū)內(nèi)向西南方向流出云帶。在云圖動(dòng)畫(huà)上還可以看見(jiàn)，有低云隨低層西南風(fēng)流入云帶。在水汽風(fēng)圖上可以看見(jiàn)云帶上空的輻散氣流：云帶的北邊界大致與西風(fēng)急流的核一致，云帶的南邊界大致與從西藏高原東伸高壓脊的位置一致。云帶北側(cè)的西風(fēng)急流，從淮河、黃海到日本海，風(fēng)速向東增大，說(shuō)明有風(fēng)速輻散；在云帶的南側(cè)有一致的北風(fēng)流出云帶，說(shuō)明有風(fēng)向輻散。水汽風(fēng)圖上的輻散區(qū)，正好在劇烈翻滾中的對(duì)流云帶的上面。

衛(wèi)星云圖從上往下看，主要看見(jiàn)了云的頂部。只有在較薄卷云的縫隙里，才能看到下面的低云。天氣圖則能看到對(duì)流層中下部的環(huán)流和要素。圖13是2020年7月6日0時(shí)的天氣圖。先看對(duì)流層下部的濕度條件。500 hPa、700 hPa和850 hPa三個(gè)層面的絕對(duì)濕度分別為5 g/kg、10 g/kg和15 g/kg，這是近于飽和的絕對(duì)濕度，與700 hPa和850 hPa上梅雨鋒雨帶南側(cè)的西南風(fēng)急流和暖切變有關(guān)系，它們給這里輸送了水汽。

再看系統(tǒng)的垂直結(jié)構(gòu)。在對(duì)流層中下部三個(gè)層面的天氣圖上，500 hPa南北兩支氣流沿長(zhǎng)江的匯合漸近線，700 hPa和850 hPa上從四川到安徽中部的暖切變?cè)诖怪狈较蛏衔恢么笾轮睾希鼈兣c圖12e水汽風(fēng)圖上的輻散線也大致重合。這說(shuō)明梅雨鋒系統(tǒng)在垂直方向上是豎直的。在圖13b和13c上，700 hPa和850 hPa梅雨鋒切變線南北兩側(cè)溫度分相當(dāng)均勻，沒(méi)有明顯的溫度梯度。在華北平原和黃淮地區(qū)，雖然500 hPa處于槽后的西北氣流里有冷平流，850 hPa的溫度卻并不低，這是地面附近強(qiáng)烈太陽(yáng)入射輻射的非絕熱加熱作用導(dǎo)致的。圖12d顯示，地面入射太陽(yáng)輻射日總量在梅雨鋒北側(cè)的華北平原、黃淮地區(qū)，比梅雨鋒南側(cè)海上的副高地區(qū)還要大。正是地面入射太陽(yáng)輻射在地理分布上的差別，使梅雨鋒切變線北側(cè)冷平流區(qū)里的溫度升高，切變線兩側(cè)的溫度趨于一致，因此梅雨鋒系統(tǒng)的垂直結(jié)構(gòu)是直的。在對(duì)流層下部，又暖又濕，靜力穩(wěn)定度向中性靠近，等

θ

面趨于垂直；在對(duì)流層上部，這里有副熱帶急流，等

M

面趨于躺平。這有利于趨向?qū)ΨQ(chēng)不穩(wěn)定條件，所以沿梅雨鋒雨帶有劇烈的對(duì)流。另外，北邊接受到更多的太陽(yáng)入射輻射，也起到把中國(guó)的季風(fēng)雨帶從5月初的華南向北推到8月初的華北的作用。

圖13 2020年7月6日00時(shí)的天氣圖 （a）500 hPa；（b）700 hPa；（c）850 hPa Fig. 13 Weather map at 2020-07-06 00:00 (a) 500 hPa, (b) 700 hPa, (c) 850 hPa

4 經(jīng)向型雨帶云型和環(huán)流特征

4.1 對(duì)流層上部南亞高壓的第二種模態(tài)和經(jīng)向型云帶之間的關(guān)聯(lián)

中國(guó)梅雨鋒雨帶持續(xù)穩(wěn)定的環(huán)流形勢(shì)，在對(duì)流層下部有氣旋性匯合，在對(duì)流層上部有反氣旋性疏散，兩者相互耦合。對(duì)流層上部環(huán)流形勢(shì)對(duì)雨帶的位置、走向和發(fā)展程度有重要的影響。

朱福康等指出，對(duì)流層上部的南亞高壓有兩種模態(tài)。第一種模態(tài)即梅雨鋒雨帶環(huán)流形勢(shì)。這種模態(tài)下，反氣旋中心位于西藏高原上空，脊線向東伸向中國(guó)東部和西太平洋，它的北側(cè)有一支很強(qiáng)的副熱帶急流。這支副熱帶急流所在的地方，對(duì)流層頂高度突然改變，其南側(cè)對(duì)流層頂高、北側(cè)對(duì)流層頂?shù)?。從副熱帶急流向南，它和西藏高原東伸反氣旋脊線之間的東西向帶狀地區(qū)最符合對(duì)稱(chēng)不穩(wěn)定條件，雨帶即在此處。

與持續(xù)的梅雨鋒雨帶相伴，在對(duì)流層中上部有強(qiáng)烈的潛熱加熱。梅雨鋒雨帶上空被潛熱加熱的氣流，在對(duì)流層上部疏散，并繼續(xù)向東、向南擴(kuò)散，在那里下沉，因此對(duì)流層下部的副熱帶高壓得以加強(qiáng)北抬。到下一次天氣過(guò)程發(fā)展起來(lái)時(shí)，雨帶的位置會(huì)更偏北，或?qū)α鲗由喜啃蝿?shì)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙N模態(tài)。

第二種模態(tài)的對(duì)流層上部反氣旋中心，位于西藏高原以西的中亞上空，有的文獻(xiàn)稱(chēng)其為伊朗高壓。在中國(guó)東部，對(duì)流層上部有一個(gè)很深的槽，槽的下面或后面是少雨區(qū)，槽前的偏南氣流是更向東的日本附近另外一個(gè)對(duì)流層上部反氣旋的組成部分。

偏南氣流中，有經(jīng)向度很大的云帶。這支經(jīng)向型的云帶，往往不如前文所分析的梅雨鋒云帶連續(xù)和密實(shí)。梅雨鋒云帶常常發(fā)生在初夏季節(jié)，而經(jīng)向型的云帶發(fā)生時(shí)間更晚一些，一般在7—8月。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間持續(xù)梅雨鋒云帶在對(duì)流層中上部的潛熱加熱，高空氣流向東、向南擴(kuò)散下沉，對(duì)流層下部的副熱帶高壓加強(qiáng)北抬，到達(dá)日本上空甚至更北。副熱帶高壓以南的西太平洋上，有熱帶擾動(dòng)或臺(tái)風(fēng)活動(dòng)，它們的外圍氣流可以與經(jīng)向型云帶發(fā)生相互作用。在低層氣流指向（離開(kāi)）云帶的地方，云帶加強(qiáng)（減弱）；一旦熱帶擾動(dòng)或臺(tái)風(fēng)爬上云帶，與云帶后面的冷空氣相互作用，變性為溫帶氣旋，則可以發(fā)生災(zāi)難性的區(qū)域暴雨。所以在關(guān)注經(jīng)向型云帶的天氣時(shí)要注意：云帶的密實(shí)部分，在對(duì)流層下部有氣旋性渦度或環(huán)境的水汽輸送；在對(duì)流層上部從衛(wèi)星導(dǎo)風(fēng)圖上可以看到明顯的高空輻散。如果云帶中的某一段，高空衛(wèi)星導(dǎo)風(fēng)氣流平直，有指向云帶內(nèi)部的分量，低層環(huán)流有離開(kāi)云帶的分量，那么云帶的這一段不活躍。

4.2 2020年8月27日經(jīng)向型天氣過(guò)程的云圖特征

圖14是2020年8月27日的FY-4A衛(wèi)星0.65 μm可見(jiàn)光圖、10.8 μm長(zhǎng)波紅外、7.1 μm中層水汽以及FY-2G衛(wèi)星6.9 μm水汽風(fēng)圖，這些圖代表了2020年8月下旬一次經(jīng)向型形勢(shì)天氣過(guò)程的云圖特征。圖15是2020年8月27日00時(shí)的天氣圖，可以看到在天氣系統(tǒng)的不同部位，對(duì)流層中下部的環(huán)流和要素。

圖14中從華北向南伸展到中南半島，云圖上是大范圍的晴空區(qū)，水汽圖像上從山東伸向越南北部的是暗區(qū)。在這個(gè)晴空區(qū)的范圍里，各層的風(fēng)都是北風(fēng)，而且北風(fēng)隨高度增加 ，熱成風(fēng)是北風(fēng)。對(duì)應(yīng)圖15中的700 hPa和500 hPa上，西藏高原比中國(guó)東部更暖。

圖14 2020年8月27日00時(shí)的天氣圖 （a）FY-4A 0.65 μm可見(jiàn)光圖像；（b）FY-4A 10.8 μm紅外圖像；（c）FY-4A 7.1 μm水汽圖像；（d）FY-2G 6.9 μm水汽風(fēng) Fig. 14 Weather map at 00:00 UTC 27 August 2020 (a) FY-4A 0.65 μm visible image, (b) FY-4A 10.8 μm infrared image, (c) FY-2A 7.1 μm water vapor image, (d) FY-2G 6.9 μm wator vapour motion wind

圖15 2020年8月27日00時(shí)的天氣圖 （a）500 hPa；（b）700 hPa；（c）850 hPa Fig. 15 Weather map at 00:00 UTC 27 August 2020 (a) 500 hPa, (b) 700 hPa, (c) 850 hPa

經(jīng)向云帶從東北經(jīng)東部沿海各省伸向南海北部和越南中南部。東北的云系特別密實(shí)，黃海北端朝鮮半島沿岸的熱帶氣旋正在變性，變?yōu)闇貛庑脑菩鸵呀?jīng)不對(duì)稱(chēng)。北側(cè)演變?yōu)榕斔蛶г疲蓭臍庑行哪蟼?cè)入侵。

云帶中南部密實(shí)的地方有兩段。一段從朝鮮半島到日本以南，這里是熱帶氣旋南側(cè)的注入云帶。另一段在南海北部。這兩個(gè)地方對(duì)流層下部都有氣旋性渦度和匯合氣流，對(duì)流層上部都有反氣旋輻散。

從山東到廣東的沿海各省，云帶變得非常松散。云帶上空 850 hPa、700 hPa、500 hPa和衛(wèi)星導(dǎo)風(fēng)圖上都是偏南風(fēng)，其在熱帶氣旋的南側(cè)。這幾個(gè)層面的風(fēng)還都有西風(fēng)分量，從陸地吹向海洋。

5 總結(jié)

本文介紹了中國(guó)夏季風(fēng)期間最重要的三種天氣過(guò)程：氣旋、梅雨鋒和經(jīng)向型云帶，以及它們的云圖特征、三度空間結(jié)構(gòu)和發(fā)展演變過(guò)程。

氣旋是中緯度冷暖空氣匯合最基本的天氣過(guò)程，它由三條輸送帶組成：暖輸送帶、冷輸送帶、干帶。暖輸送帶云系西北側(cè)邊緣清晰、東南側(cè)邊緣模糊不清，冷輸送帶在地面氣旋中心以北從暖輸送帶下面露出，干帶南側(cè)伴有急流從冷暖輸送帶交匯處切入氣旋。

梅雨鋒氣旋是氣旋簇中一系列氣旋波里所處緯度最低的。在西藏高原東側(cè)的東部地區(qū)，由于特定的地形、地理?xiàng)l件所造成的動(dòng)力、熱力作用，造成對(duì)流層上部從高原東伸的脊與北邊的副熱帶急流夾得緊，兩者之間有多方向的外流；而對(duì)流層下部有極其潮濕的東西向切變線。這樣的大氣環(huán)流三度空間結(jié)構(gòu)配置，趨向于符合對(duì)稱(chēng)不穩(wěn)定條件，中國(guó)東部梅雨鋒氣旋得以穩(wěn)定持續(xù)維持。也正是由于穩(wěn)定持續(xù)雨帶上空的潛熱加熱，使環(huán)流形勢(shì)發(fā)生調(diào)整，或副高加強(qiáng)雨帶北抬，或形勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)向型。

經(jīng)向型環(huán)流形勢(shì)在中國(guó)東部有一個(gè)很深的槽。槽的后部是好天氣區(qū)，槽前偏南氣流中有經(jīng)向度較大的云帶。云帶里不同的區(qū)段云系密實(shí)程度有差異，這與西太平洋海面上熱帶擾動(dòng)的活動(dòng)以及沿云帶低層氣流中的渦度有關(guān)。

要關(guān)注天氣系統(tǒng)的尺度。不同尺度的天氣系統(tǒng)，有不同的行為規(guī)律。對(duì)于天氣尺度系統(tǒng)，更大尺度的匯合是重要的。它是帶來(lái)斜壓不穩(wěn)定的兩個(gè)基本條件之一：平均氣流有較強(qiáng)的熱成風(fēng)，即有南北溫度對(duì)比。南北溫度對(duì)比，既來(lái)自太陽(yáng)入射輻射的緯度變化，也來(lái)自更大尺度的匯合。斜壓不穩(wěn)定的第二個(gè)基本條件是合適的波長(zhǎng)。最有利于天氣尺度系統(tǒng)發(fā)展的波動(dòng)，是波長(zhǎng)為2800 km的Rossby波。

重要天氣過(guò)程一定伴隨著貫穿整個(gè)對(duì)流層的垂直運(yùn)動(dòng)。通過(guò)貫穿整個(gè)對(duì)流層的上升運(yùn)動(dòng)，對(duì)流層上、中、下部的環(huán)流緊密地聯(lián)系在一起。對(duì)流層上部的高空槽，壓在對(duì)流層部的殘留斜壓區(qū)上空，系統(tǒng)立即發(fā)展。發(fā)展以后，強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)區(qū)的上面有反氣旋性外流，下面有氣旋性?xún)?nèi)流。

如果云帶上面的高空風(fēng)平行于云的走向吹，那么水汽可以向云帶下游方向積累。如果云帶上面的高空風(fēng)垂直于云的走向吹向云帶內(nèi)部，那么這樣的三度空間結(jié)構(gòu)可能有兩種相反的效應(yīng)：云帶上部干燥環(huán)境空氣的卷入以及與之相伴的夾卷，抑制對(duì)流的發(fā)展，使云系消散；但是如果這時(shí)候?qū)α鲗酉虏刻貏e暖濕，那么高空干冷平流與之配合，達(dá)到靜力不穩(wěn)定的程度，則可以造成劇烈的強(qiáng)對(duì)流和惡劣天氣。

天氣系統(tǒng)發(fā)展的能量來(lái)源之一是水汽。對(duì)流層下部大范圍深厚的暖濕氣流，表現(xiàn)為12 m/s以上的低空風(fēng)急流，相對(duì)濕度從地面到700 hPa幾乎飽和，絕對(duì)濕度達(dá)到以下的數(shù)值：925 hPa：19～20 g/kg，850 hPa：15～16 g/kg，700 hPa：10～11 g/kg，500 hPa：4～5 g/kg。