天氣系統(tǒng)是一個(gè)地方的天氣變化，是由于其中一個(gè)個(gè)移動(dòng)的大大小小的系統(tǒng)(高壓、低壓等)引起的這些系統(tǒng)稱為天氣系統(tǒng)。氣象衛(wèi)星觀測資料表明，大大小小的天氣系統(tǒng)是相互交織、相互作用著、在大氣運(yùn)動(dòng)過程中演變著。

 簡介

天氣系統(tǒng)是具有一定的溫度、氣壓或風(fēng)等氣象要素空間結(jié)構(gòu)特征的大氣運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。如有 的以空間氣壓分布為特征組成高壓、低壓、高壓脊、低壓槽等。有的則以風(fēng)的分布特征來分，如氣旋，反氣旋，切變線等。有的又以溫度分布特征來確定，如鋒。還有則的以某些天氣特征來分，如雷暴，熱帶云團(tuán)等。通常構(gòu)成天氣系統(tǒng)的氣壓，風(fēng)，溫度及氣象要素之間都有一定的配置關(guān)系。大氣中各種天氣系統(tǒng)的空間范圍是不同的，水平尺度可從幾公里到1—2千公里。其生命史也不同，從幾小時(shí)到幾天都有。

最大的天氣系統(tǒng)范圍可達(dá)2,000公里以上，最小的還不到1公里。尺度越大的系統(tǒng)，生命史越長;尺度越小的系統(tǒng)，生命史越短，較小系統(tǒng)往往是在較大尺度系統(tǒng)的孕育下形成、發(fā)展起來的，而較小系統(tǒng)的發(fā)展、壯大以后，又給較大系統(tǒng)以反作用，彼此相互聯(lián)系，相互制約，關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜。各種天氣系統(tǒng)有一定的空間范圍，一定的新生、變化和消亡的過程。各種天氣系統(tǒng)發(fā)展的不同階段有其相應(yīng)的天氣現(xiàn)象分布。在天氣預(yù)報(bào)中通過對于各種系統(tǒng)的預(yù)報(bào)，可以大致預(yù)報(bào)未來一段時(shí)間內(nèi)的天氣變化。許多天氣系統(tǒng)的組合，構(gòu)成大范圍的天氣形勢，構(gòu)成半球甚至全球的大氣環(huán)流。

按照氣象要素的空間分布而劃分的具有典型特征的大氣運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(通常指氣壓空間分布所組成的系統(tǒng))，如高(氣)壓、低(氣)壓、高壓脊、低壓槽等。有時(shí)指風(fēng)分布的系統(tǒng)，如氣旋環(huán)流、反氣旋環(huán)流、切變線等。有時(shí)指溫度分布的系統(tǒng)，如高溫區(qū)、低溫區(qū)、鋒區(qū)等。有時(shí)指天氣現(xiàn)象分布的系統(tǒng)，如雷暴、熱帶云團(tuán)等。這一要素系統(tǒng)同另一要素系統(tǒng)之間常常有一定的配置關(guān)系。氣壓系統(tǒng)和風(fēng)場之間的關(guān)系較好：低壓和氣旋環(huán)流相配置，有時(shí)稱為低壓,有時(shí)稱為氣旋;高壓和反氣旋相配置,有時(shí)稱為高壓，有時(shí)稱為反氣旋。氣壓系統(tǒng)和溫度系統(tǒng)也常呈一定配置關(guān)系。如：低壓和低溫區(qū)相配置，稱為冷低壓或冷渦;低壓和高溫區(qū)相配置，稱為熱低壓。氣壓系統(tǒng)還可同天氣現(xiàn)象存在一定配置關(guān)系，如雷暴和(小)高壓配置，稱為雷暴高壓。天氣系統(tǒng)可以通過各種天氣圖和衛(wèi)星云圖等分析工具分析出來。

各種天氣系統(tǒng)有一定的空間范圍，一定的新生、變化和消亡的過程。各種天氣系統(tǒng)發(fā)展的不同階段有其相應(yīng)的天氣現(xiàn)象分布。在天氣預(yù)報(bào)中通過對于各種系統(tǒng)的預(yù)報(bào)，可以大致預(yù)報(bào)未來一段時(shí)間內(nèi)的天氣變化。許多天氣系統(tǒng)的組合，構(gòu)成大范圍的天氣形勢，構(gòu)成半球甚至全球的大氣環(huán)流。

特征尺度

各類天氣系統(tǒng)有一定的特征尺度?？臻g尺度主要以天氣系統(tǒng)的水平尺度的大小來衡量，水平尺度系指天氣系統(tǒng)的波長或擾動(dòng)直徑;時(shí)間尺度以天氣系統(tǒng)的生命史的時(shí)間長短來衡量，生命史系指天氣系統(tǒng)由新生到消亡的生消過程。一般天氣系統(tǒng)的水平尺度越大，其時(shí)間尺度也越長。

在20世紀(jì)40年代以前，地面觀測站平均距離約為200～300公里，以此站距觀測所得的資料分析出來的高、低壓系統(tǒng)，稱為天氣系統(tǒng)，現(xiàn)在稱為天氣尺度天氣系統(tǒng)。40年代，發(fā)展了高空氣象觀測(平均站距約為 500公里)，把從高空天氣圖上發(fā)現(xiàn)的、波長與地球半徑相當(dāng)?shù)牟▌?dòng)，稱為行星尺度天氣系統(tǒng)。

50年代前后，在研究對流性災(zāi)害天氣時(shí)，發(fā)現(xiàn)了許多水平范圍為一二百公里、幾十公里甚至幾公里的高、低壓系統(tǒng)，統(tǒng)稱為中小尺度天氣系統(tǒng)。分析這類系統(tǒng)，必須建立稠密的觀測網(wǎng)，比如在美國有所謂的α、β和γ觀測網(wǎng),站距分別約為50公里、8公里和2.5公里。到了70年代，用 300～400公里格距進(jìn)行數(shù)值天氣預(yù)報(bào)時(shí),往往因這種格距太大而分析不出一些具有對流性天氣的系統(tǒng)，影響了預(yù)報(bào)效果。當(dāng)格距縮小到100～200公里時(shí)，即可分析出來，后來就稱這類尺度的系統(tǒng)為中間尺度天氣系統(tǒng)。

相關(guān)分類

大氣中各類天氣系統(tǒng)的特征尺度相差很大，有大至上萬公里的，如超長波、副熱帶高壓，也有小至幾百米的,如龍卷。按特征尺度大致可分為五類,即：行星尺度天氣系統(tǒng)、天氣尺度天氣系統(tǒng)、中間尺度天氣系統(tǒng)、中尺度天氣系統(tǒng)和小尺度天氣系統(tǒng)。天氣系統(tǒng)的分類在國際上也不完全統(tǒng)一。

中尺度天氣系統(tǒng)

在美國分類術(shù)語中，將水平尺度由2000公里到2 公里的系統(tǒng)，統(tǒng)稱為中尺度天氣系統(tǒng)，其中又分三類：

200～2000公里的稱中尺度α天氣系統(tǒng)，包括臺風(fēng)、鋒面等;20～200公里的稱中尺度β天氣系統(tǒng),包括龍卷、颮線等; 2～20公里的稱中尺度γ天氣系統(tǒng)，包括雷暴單體等。

中間尺度天氣系統(tǒng)

而在日本則將2000公里到200公里范圍內(nèi)的系統(tǒng)，稱為中間尺度天氣系統(tǒng)，將200公里到1公里范圍的系統(tǒng)，稱為中尺度天氣系統(tǒng)。

大尺度天氣系統(tǒng)

此外，也有將行星尺度天氣系統(tǒng)和天氣尺度天氣系統(tǒng)統(tǒng)稱為大尺度天氣系統(tǒng)。

次天氣尺度天氣系統(tǒng)

把凡比天氣尺度小的天氣系統(tǒng)，包括中間尺度、中尺度和小尺度天氣系統(tǒng)，統(tǒng)稱為次天氣尺度天氣系統(tǒng);也有人只把比天氣尺度系統(tǒng)小一些的系統(tǒng)(即專指中間尺度天氣系統(tǒng))，稱為次天氣尺度天氣系統(tǒng)。

更客觀、更統(tǒng)一的天氣系統(tǒng)分類尚得進(jìn)一步研究。

按波數(shù)劃分

在高空天氣圖上，也有按整個(gè)緯圈的波數(shù)來劃分天氣系統(tǒng)的，通常把波數(shù)為1～3的波動(dòng)稱為超長波，波數(shù)為4～8的波動(dòng)稱為長波，它們都屬于行星尺度天氣系統(tǒng)，波數(shù)大于8的波動(dòng)稱為短波，相當(dāng)于天氣尺度天氣系統(tǒng)或更小尺度的天氣系統(tǒng)。

尺度效應(yīng)

各類天氣系統(tǒng)的空間尺度(水平的和鉛直的)和時(shí)間尺度,以及特征的水平風(fēng)速,都是根據(jù)實(shí)際觀測確定的。但有些量目前還無法直接觀測，只能按大氣動(dòng)力方程進(jìn)行計(jì)算。在進(jìn)行數(shù)值計(jì)算時(shí)，要選擇適當(dāng)?shù)目臻g格距,其大小由系統(tǒng)的特征尺度決定,這就是所謂的尺度效應(yīng)。比如天氣系統(tǒng)的特征鉛直運(yùn)動(dòng)速度，可以根據(jù)連續(xù)方程由水平尺度和特征水平風(fēng)速推算出來。

各類天氣系統(tǒng)的鉛直運(yùn)動(dòng)速度有一定的特征數(shù)值，如行星尺度天氣系統(tǒng)為10-1厘米/秒，天氣尺度天氣系統(tǒng)為10°厘米/秒,小尺度天氣系統(tǒng)的鉛直速度約為天氣尺度天氣系統(tǒng)100倍，即102厘米/秒。

自40年代末期出現(xiàn)尺度分析方法以后，人們常常將完全的運(yùn)動(dòng)方程，按照各類天氣系統(tǒng)的特征尺度進(jìn)行簡化，研究各類系統(tǒng)大氣運(yùn)動(dòng)的規(guī)律以及系統(tǒng)的移動(dòng)。如研究天氣尺度天氣系統(tǒng)可以應(yīng)用準(zhǔn)地轉(zhuǎn)平衡近似和靜力學(xué)關(guān)系，而中小尺度天氣系統(tǒng)則不滿足地轉(zhuǎn)平衡和靜力平衡。

演化消亡

天氣系統(tǒng)總是處在不斷地新生、發(fā)展和消亡之中。各種天氣系統(tǒng)有不同的生消條件和能量來源。即使特征尺度同屬一類的系統(tǒng)，其生消條件和能量來源也有所不同。比如溫帶氣旋的發(fā)展條件，主要由其上空渦度平流所引起的空氣輻散的強(qiáng)弱決定，其能量來源于大氣的斜壓性所儲存的有效勢能。臺風(fēng)的發(fā)生和維持是由于熱帶擾動(dòng)的潛熱釋放，而潛熱的釋放同熱帶大氣的位勢不穩(wěn)定和對流不穩(wěn)定有關(guān),其能量主要來源于海洋供給的水汽,在凝結(jié)過程中釋放的潛熱。強(qiáng)對流性的中小尺度天氣系統(tǒng)，主要是由于位勢不穩(wěn)定空氣受到急劇抬升而發(fā)展起來的，其能量也是來源于潛熱釋放。再者，天氣系統(tǒng)往往不是閉合的，一個(gè)系統(tǒng)的空氣經(jīng)常不停地與周圍系統(tǒng)的空氣發(fā)生交換，隨著這種交換，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的動(dòng)量、能量等進(jìn)行交換，從而引起系統(tǒng)的生消以及系統(tǒng)之間的相互作用。一般來說，大的天氣系統(tǒng)制約并孕育著小的天氣系統(tǒng)的發(fā)生和發(fā)展，小的天氣系統(tǒng)產(chǎn)生后又能對大的天氣系統(tǒng)的維持和加強(qiáng)起反饋?zhàn)饔?。研究天氣系統(tǒng)生消的條件和能量來源，以及研究系統(tǒng)之間的相互作用是天氣學(xué)的主要任務(wù)之一。

天氣系統(tǒng)與大氣環(huán)流之間,不僅在流型上有關(guān)聯(lián),而且存在著內(nèi)在的聯(lián)系。如大尺度天氣系統(tǒng)的活動(dòng)，通過熱量、動(dòng)量的南北輸送以及能量的轉(zhuǎn)換，對于大氣環(huán)流的維持起著重要作用。而大氣環(huán)流的熱力狀況和基本風(fēng)系的特點(diǎn)，如西風(fēng)氣流的水平變化和垂直變化等，又反過來制約著大尺度天氣系統(tǒng)，直接影響著大尺度天氣系統(tǒng)的發(fā)展。天氣系統(tǒng)組合的演變,如緯向環(huán)流的恢復(fù),波動(dòng)群速的傳播，以及行星尺度天氣系統(tǒng)的發(fā)展等，可以導(dǎo)致相當(dāng)廣泛地區(qū)甚至全球范圍大氣環(huán)流的變化。大氣環(huán)流的變化又是造成大范圍長時(shí)期天氣變化的條件和機(jī)制。從事短期天氣預(yù)報(bào)，可以主要考慮單一的天氣系統(tǒng)的變化，而從事中期、長期天氣預(yù)報(bào)則需要研究天氣系統(tǒng)組合的演變規(guī)律，需要研究超長波以至整個(gè)大氣環(huán)流的演變規(guī)律。