[科普中国]-能量锋

能量锋是指等能线（Tσ等值线）特别密集的地带。密集的程度因地区和季节不同而有差异。在θse形势图上，等值线特别密集的地带，人们有时也称为能量锋区。考虑到θse与湿静力温度Tσ的相似性，上述叫法是有根据的。

概念能量锋强度表达式为：

InteF=▽Tσ=√（(dTσ/dx)2+(dTσ/dy)2）

或

InteF=▽θse=√（(dθse/dx)2+(dθse/dy)2）

在上式进行开方，规定只取正号。

可以想见：（1）能量锋强度的单位为℃/km，其量级与计算中选取的网格距有关；（2）将上式中微分变为差分后，即可利用获取到的资料（观测的与模式输出的以及再分析的）计算出锋区强度InteF。

能量锋强度的天气意义下面以地面能量锋强度与未来24h降水最大强度的关系为例说明。能量锋强度与降水强度有很好的关系，降水强度也随能量锋的强度增大而增大。但需要注意的是，它是根据我国（主要是华北地区）1975~1977年5~8月134次大范围24小时降水和起始时刻08时的地面能量锋统计的。

能量锋定义与锋区经典概念的一致性在经典天气学中，认为锋面是由于在具有温度对比的区域中气流的汇合运动所造成的。而在能量天气图上，能量锋（或或的密集带）则包括了在具有湿度对比的区域中气流汇合运动造成的露点锋（或叫干线）。因此，能量锋不仅可以表现极地冷空气的南下，还可以很好地表现低纬度湿暖空气的北上，更可以表现西方暖干空气的移动。气象上关于锋的确切定义是：大气中密度不同的两气团之间的狭窄过渡带；应当既包括冷暖气团之间的过渡带，也包括干湿气团之间的过渡带，与能量锋的概念一致。

变形率与能量锋锋生在天气分析中通常都用散度和涡度来描述大气运动的基本特征，并用来诊断一些天气过程的发展。关于它们和暴雨分布的关系，已有不少工作，但大气运动除了具有辐散(辐合)和旋转的特征外，还具有变形的特征。最近通过讨论天气尺度流场的变形量与热带云带走向的关系，解释了东风波倒V型云带的形成问题。研究通过对两类不同天气过程的例子进行分析，从一般流场中分离出变形分量来计算能量锋锋生，并讨论与暴雨的关系，试图说明流场的变形量可以作为暴雨诊断分析的一个有用的工具。

1977年7月26日08时，7704号台风登陆后带来的暖湿空气与河套地区西来槽槽前的弱冷空气相汇于华北东部和辽宁南部，24小时内导致一场较大范围的大暴雨。对此例取正方形网格，格距为150公里，20x20个格点，用实测凤计算了F，R，θ和defrD值。图1a为1977年7月26日08时850毫巴上膨胀轴和膨胀率分布，在河套以东有一段不太长的θse密集带(图1a上A—B)，在这个密集带附近的膨胀轴与θse等值线的交角大部分小于45°，而在密集带以外地区膨胀轴大部分与θse等值线交角大于45°。膨胀率等值线最大值地区也位于θse密集带附近。膨胀轴与等值线间的交角小于45°为锋生场，交角大于45°为锋消场，因此膨胀轴的这种分布形势对能量锋锋区的形成是有利的。26日20时(图1b)这个θse密集带在原地附近转向SW—NE向，梯度加大并且变长(图1b上AB)，可以认为这时能量锋锋区形成，膨胀轴和能量锋锋区的交角仍小于(或等于)45°，而膨胀率等值线最大值地区位于能量锋锋区附近。这对于能量锋在原地维持和加强，以及暴雨的产生和维持是有利的。

图2a为26日08时850毫巴上能量锋锋生等值线分布，在河套以东有一片锋生最大的地区，中心值达277x10-3度/10公里·时，相当于12小时内θse梯度增大2.3度/100公里，但这时在这个地区大部分位于水汽通量辐散区，在太原南边的一片最大值处于水汽通量辐合区，与25时08时至26日08时的雨区相配合。26日20时850毫巴能量锋锋生等值线分布图上(图2b)，锋生最大值地区基本上位于原来地区，但这时变成一条狭长的带，由于水汽通量辐合区的西进，使这条锋生带基本上位于水汽通量辐合的地区，而暴雨区也位于这个地区内(见图3a上雨带位置)。可见，在能量锋锋生带与水汽通量辐合重叠的地区，为有利于暴雨产生的地区。

此外，1977年7月26日10时N—5卫星云图上，在河套以东为一大片云区，这片云区中最密实的云区(图1a和图2a上圆弧区)也就是未来产生暴雨的主要云区，正好位于流场伸长变形(或膨胀率)最大值区域(图1a)，也位于能量锋锋生最大值区域(图2a)。说明流场的变形量与暴雨云带的形成有一定的关系。

图3a分析26日20时变形率锋生等值线，最大值地区与暴雨区位置配合较好，但是暴雨最大中心不在变形率锋生最大值处。散度场锋生值图（图3b）在暴雨区大部分为正值，但比变形率锋生值数值小得多，最大中心处锋生值51X10-3度/100公里·时，约为变形率锋生最大值227x10-3度/100公里·时的四分之一。因而与散度项比较，变形率对能量锋锋生起主要作用。由两项之和计算的26日20时锋生值(图2b)与雨区位置配合更好。说明变形率和散度场两项结合起来考虑对能量锋锋生过程描述得更清楚。分别计算26日08时这两项与暴雨区位置的对比也得到上述类似的结论。

图4为1978年6月25日20时一次气旋暴雨的降水过程的变形率分布，其最大值区域基本上位于24小时雨区最大值地区，这进一步说明变形率的分析对于暴雨预报是有用的工具。

应该指出，前面计算是采用实测风资料，如果引人地转风关系，根据高度场资料计算F，R值，又由于散度项为零，只考虑地转变形率对锋生的贡献。如1977年7月26日20时暴雨区大部分位于地转变形率锋生值正值区，但锋生最大值与暴雨最大值地区位置配合不够好，暴雨中心偏南位于锋生值负值中心附近。而用实测风资料计算的非地转情况下，由变形率得到的锋生最大值区(图3a)与暴雨区配合较好，位置基本重合。

可见对暴雨过程应主要考虑850毫巴非地转情况下变形率对能量锋锋生的作用。通过对两类不同天气过程的暴雨系统分离出变形分量，发现流场的变形量与暴雨云带的形成有一定的关系，由变形率计算的锋生值可以对能量锋锋生作出定量的估计，在能量锋锋生过程中850毫巴非地转过程是主要的。1

能量锋与锦河流域汛期暴雨研究背景能量锋与降水的关系进入汛期以后，低空冷气团的温度变性很快，与南来暖气团的温差不明显，用温度确定锋面比较困难，常表现为静止锋。但冷暖气团的湿度对比却相当明显，湿度因子很活跃，在低层等压面上冷暖气团交界处θse等值线相当密集，我们将这种密集带称为能量锋区。我们发现，能量锋区与汛期降水带有很好的对应关系。1980年6月4日到13日，静止锋维持在江南，在赣州到汉口间南北波动两个来回。700hpa能量锋区也随之南北波动两次，对应降水带在能量锋区64度线南侧，主要降水区就位于高能舌附近，并随同能量锋区而南北摆动。

能量锋生函数将干空气能量锋生函数中位温θ用假相当位温θse替代，湿空气的能量锋生函数可以定义为：

式中θse为假相当位温，F>0为锋生，F