高中地球科學/天氣變化
某個地區的天氣通常取決於該地區上空的氣團型別。另一個關鍵因素是該地區是否位於鋒面之下，鋒面是兩個氣團的交匯處。氣團的特徵及其相互作用可以決定天氣在一個地區是保持不變，還是空氣溫度、風、降水甚至雷暴發生迅速變化。
- 描述氣團的特徵以及它們如何獲得這些特徵。
- 討論氣團相遇時會發生什麼。
- 列出靜止鋒、冷鋒、暖鋒和錮囚鋒之間的區別。
氣團是指一大塊空氣，其溫度和溼度幾乎相同（圖 16.14）。氣團形成於稱為源地的陸地或水域上空。氣團在某一區域停留幾天或更長時間後，就會形成獨特的溫度和溼度。熱量和水分從地面散發出來，進入上空的空氣，直到上層空氣具有該特定區域的溫度和溼度特徵。
氣團主要形成於高壓區。它們最常形成於極地和熱帶地區，這些地區具有非常獨特的溫度和溼度。溫帶地區通常不穩定，無法形成氣團。相反，氣團會橫跨溫帶地區，使得中緯度地區出現非常有趣的天氣。
氣團可以跨越 1,600 公里（1,000 英里）或更遠，並有幾公里厚。
溫度和溼度在氣團水平方向上可能會略有變化，但變化不大。氣團在海拔高度上可能會發生更大的變化。
氣象學家使用符號來描述氣團的特徵。第一個符號表示氣團的起源地是大陸（c）還是海洋（m，代表海洋）。正如您可能預料的那樣，在海洋上空形成的氣團比在陸地上空形成的氣團包含更多的水蒸氣。第二個符號表示氣團獲得其溫度和溼度特徵的緯度。類別包括北極 (A)、極地 (P)、熱帶 (T) 和赤道 (E)。當然，在極地地區形成的氣團比在熱帶地區形成的氣團更冷。
在全球範圍內，主要的氣團有大陸北極或大陸南極 (cA 或 cAA)；大陸極地 (cP)；海洋極地 (mP)；大陸熱帶 (cT)；海洋熱帶 (mT)；和海洋赤道 (mE)。海洋北極和大陸赤道氣團很少形成。
第三個符號考慮了氣團相對於其移動到的地面的特性。如果氣團比地面更冷，則用 k 表示冷。如果它比地面更暖，則用 w 表示暖。例如，cPk 是一個大陸極地源地區的氣團，它比目前移動到的區域更冷。
氣團受高層風推動，儘管它們移動的速度比風慢。氣團從其上方的地面或水體獲得其特徵，並且也與它經過的區域共享這些特徵。因此，特定位置的溫度和溼度部分取決於位於其上空的氣團的特徵。
如果氣團與它下方地面有很大不同，則可能會形成風暴。例如，當較冷的氣團移動到較暖的地面時，空氣底層會被加熱。那層空氣上升，形成雲層、雨水，有時還會形成雷暴。當較暖的氣團移動到較冷的地面時，空氣底層會被冷卻。這會形成溫度逆溫，因為靠近地面的冷空氣被困住。逆溫可能會形成層雲、平流霧，或者它們可能會將一層汙染物困在城市上空。
一般來說，冷氣團傾向於流向赤道，而暖氣團傾向於流向兩極。這會給寒冷地區帶來熱量，並冷卻溫暖的地區。它是平衡地球溫度的眾多過程之一。
兩個氣團在鋒面上相遇。由於兩個氣團的溫度和溼度不同，它們的密度也不同。不同密度的氣團不容易混合。通常情況下，當鋒面相遇時，一個氣團會抬升到另一個氣團之上。上升的空氣會形成低壓區。如果抬升的空氣足夠溼潤，就會發生凝結和降水。鋒面通常也有風。如果兩個氣團之間的溫差很大，那麼風就會很強。鋒面是造成暴風雨天氣的主要原因。
不同型別鋒面的地圖符號如圖 16.15 所示：（1）冷鋒，（2）暖鋒，（3）靜止鋒，（4）錮囚鋒，（5）地面槽線，（6）颮線，（7）幹線，（8）熱帶波動。
鋒面的移動方向受氣壓梯度和科里奧利力的引導。在北半球，冷鋒和錮囚鋒傾向於從西北向東南移動。暖鋒從西南向東北移動。不同型別鋒面在南半球的移動方向與它們在北半球的移動方向相反。鋒面可能會被山脈等障礙物減速或阻止。
本節的其餘部分將專門介紹四種鋒面。其中三種鋒面移動，而另一種是靜止的。對於冷鋒和暖鋒，鋒面前緣的氣團決定了鋒面的名稱。換句話說，冷鋒正好位於移動的冷空氣前緣，而暖鋒標記了移動的暖空氣前緣。
大多數鋒面會橫跨景觀移動，但在靜止鋒上，氣團不會移動。如果氣團被障礙物阻止，鋒面可能會變得靜止。例如，冷氣團可能會被山脈阻止，因為冷氣團太密，無法越過山脈。
位於靜止鋒下的區域可能會經歷數日的降雨、毛毛雨和霧。這種天氣可能存在於大面積區域。風通常平行於鋒面吹，但方向相反。這會導致切變應力。切變應力是在物體以相反的方向互相推動時產生的。
經過幾天后，鋒面會斷裂。鋒面兩側的溫度梯度或溫差可能會降低，因此氣團開始混合。切變應力可能會迫使鋒面斷裂。條件可能會改變，使靜止鋒被冷鋒或暖鋒取代。如果氣團之間的溫度梯度增加，就會出現風和雨天氣。
當冷氣團取代暖氣團時，就會出現冷鋒（圖 16.16）。由於冷空氣比暖空氣更密，因此冷氣團會滑到暖氣團下方，並將其向上推。當暖空氣上升時，通常會有風暴。
當冷空氣移動到暖空氣下方時，地面溫度會下降。溼度也可能下降，因為冷空氣也可能更乾燥。冷鋒的風力可能很強，因為兩個氣團之間存在溫差。當冷鋒來臨的時候，可能會有露點的急劇變化，風向的變化，氣壓的變化，以及一些特徵性的雲和降水模式。
冷鋒經常快速地橫跨地形移動。快速移動的冷鋒會在相當短的距離內形成一條強烈的風暴線。颮線是指沿冷鋒形成的一條強烈的雷暴線（圖 16.17）。如果冷鋒移動緩慢，風暴可能會在更大的區域內形成。
想象一下，你站在一個地方，冷鋒正在逼近。在冷鋒處，密度更大的冷空氣向上推暖空氣，導致氣壓下降。如果溼度足夠高，一些型別的積雲就會生長。在高層大氣中，風將冰晶從這些雲的頂部吹走，形成卷層雲和捲雲。在鋒面，將有一條雨或雪陣雨或雷暴線，伴隨著狂風。鋒面後是冷氣團。這個氣團比較乾燥，所以降水停止。天氣可能寒冷晴朗，或者只是部分多雲。風可能會繼續吹向鋒面上的低壓區。
冷鋒的天氣會隨著季節而變化。雷暴或龍捲風可能在春季和夏季形成，此時空氣不穩定。在春季，溫度梯度可能非常高，導致強風在鋒面吹過。在夏季，雷暴可能很強烈，也可能伴有冰雹。在秋季，強降雨會落在很大範圍內。如果鋒面移動緩慢，可能會降下足夠的雨水，導致洪水。冬季的冷鋒可能帶來嚴寒的氣溫和暴雪。冷氣團很可能是在寒冷的北極形成的。
當冷鋒的溫度梯度較低時，冷鋒對天氣影響很小。這種情況可能在夏季的某些地點發生。在美國西部，太平洋暖化並使冷氣團變溼，導致冷鋒的溫度梯度很小。
暖鋒是指暖氣團滑過冷氣團的地方（圖 16.18）。由於暖氣團密度較低，在冷氣團密度較高的上方移動，因此大氣相對穩定。暖鋒比冷鋒移動得慢得多，因為冷氣團的先導部分密度大且遲緩。
想象一下你在冬天，在冷氣團的下方，暖鋒正在逼近。冷空氣和暖空氣之間的過渡發生在很長的距離內。這意味著，天氣變化的第一跡象出現在鋒面實際在你頭頂上之前很久。事實上，天氣變化可能會出現在鋒面前方數百公里的地方。最初，空氣是冷的：冷氣團在你頭頂上，暖氣團在冷氣團的上面。高捲雲標誌著兩個氣團之間的過渡。
隨著時間的推移，捲雲變得更厚，卷層雲形成。隨著鋒面逼近，高積雲和高層雲出現，天空變得灰暗。由於是冬天，雪花飄落。很快，雲層變厚，形成雨層雲。降雪量增加。隨著低壓逼近，風力變強。隨著鋒面越來越近，冷氣團就在你的頭頂上，但暖氣團並沒有那麼遠。天氣變得更糟。隨著暖氣團逼近，氣溫上升，雪變成雨夾雪和凍雨。暖空氣和冷空氣在鋒面混合，導致層雲和霧的形成（圖 16.19）。
隨著鋒面經過，氣溫 and 露點上升，降雨可能停止。風向改變。與冷鋒經過相比，過渡並不那麼劇烈，因為暖鋒的兩個氣團混合得更多。
太平洋也對到達美國西海岸的暖鋒進行調節。這些風暴範圍很廣，很難準確地確定暖鋒的位置！
錮囚鋒或錮囚通常形成在低壓系統周圍（圖 16.20）。錮囚鋒開始於冷鋒追趕上暖鋒。從前到後，氣團的順序是冷、暖、冷。由於科里奧利力的影響，兩個鋒面交匯的邊界線向極地彎曲。如果第三個到達的氣團比前兩個氣團都冷，那麼這個氣團就會滑到另外兩個氣團的下方。這被稱為冷鋒錮囚。如果第三個到達的氣團是暖氣團，那麼這個氣團就會騎到另外兩個氣團的上面。這被稱為暖鋒錮囚。
錮囚鋒會導致乾燥或風暴。降水和風向變化是典型的現象。在錮囚鋒處，天氣尤其惡劣。太平洋沿岸經常出現錮囚鋒。所有這些鋒面都是中緯度氣旋的一部分。這些天氣系統將在下一課中討論。
- 氣團具有其起源地的溫度和溼度特徵，儘管這些特徵可能會隨著高度而變化。氣團在鋒面相遇。
- 靜止鋒被困在原地，它們帶來的天氣可能會持續很多天。
- 在冷鋒處，冷氣團取代暖氣團，迫使暖氣團向上移動。
- 在暖鋒處，情況正好相反，只是暖氣團滑過冷氣團的上面。
- 在錮囚鋒中，冷鋒追趕上暖鋒，造成多變的天氣。
- 如果一大塊空氣在赤道太平洋上空停留幾天，會形成什麼樣的氣團？這種氣團的符號是什麼？
- 為了使空氣在某個地點停留足夠長的時間以獲得其下方陸地或水體的特徵，必須具備哪些條件？
- 討論緯度如何影響熱帶、溫帶和極地地區的氣團生成。
- 亞利桑那州鳳凰城是美國西南沙漠中的一個城市。夏季極其炎熱。冬季白天通常比較溫暖，但冬季夜晚可能相當寒冷。在 12 月份，逆溫現象很常見。在這種情況下，逆溫是如何形成的？逆溫現象對這個龐大且依賴汽車的城市造成了什麼影響？
- 為什麼鋒面在南半球的移動方向與在北半球的移動方向映象對稱？
- 靜止鋒與冷鋒或暖鋒有什麼區別？
- 當冷鋒經過你頭頂時，你會遇到什麼樣的天氣？
- 當暖鋒經過你頭頂時，你會遇到什麼樣的天氣？
- 錮囚鋒是如何形成的？
- 什麼情況會造成冷鋒錮囚？什麼情況會造成暖鋒錮囚？
- 氣團
- 一大塊空氣，具有相同的溫度和溼度特徵，儘管這些特徵可能會隨著高度而變化。
- 冷鋒
- 冷氣團取代暖氣團的鋒面；冷氣團將暖氣團向上推。
- 鋒面
- 兩個具有不同特徵的氣團的交匯處。
- 錮囚鋒
- 冷鋒追趕上暖鋒的鋒面。
- 颮線
- 沿冷鋒邊緣形成的雷暴線。
- 靜止鋒
- 停滯的鋒面，空氣沒有移動。
- 溫度梯度
- 溫度隨距離的變化。
- 暖鋒
- 暖氣團取代冷氣團的鋒面。
- 各種型別的鋒面是如何導致不同型別的天氣的？
- 為什麼有些地區容易受到某些型別的鋒面影響，而其他地區容易受到其他型別的鋒面影響？
- 為什麼有時天氣變化如此迅速，而有時卻在很多天內保持不變？