第二节 中高纬度天气系统
一、高空主要天气系统
中高纬度的对流层上空盛行着波状西风气流，由于高空大气满足地转平衡，所以波状流型的波谷对应于低压槽，波峰对应于高压脊。这种流型在对流层上、中层表现得十分明显，而向下层逐渐不清楚。西风带的波动大体上分为两类：一是波长比较长的长波；二是叠加在长波上的波长比较短的短波。在长波、短波发展演变过程中，有时形成闭合的高压和低压。这些长波、短波和闭合高压、低压系统不仅相互联系，而且可以相互转化，共同构成了中高纬度高空的主要天气系统。
（一）大气长波
是指波长较长、波幅较大、移动较慢、维持时间较长的波动。其波长一般在5000—7000km，因而围绕着中高纬的纬圈可出现3—6个长波，而经常维持着4—5个长波。长波振幅大多在10—20个纬距以上。长波自西向东移动，移速较慢，通常1天不超过10个经度，有时呈准静止状态，也有时表现出不连续的向后“倒退”现象。长波维持的时间一般3—5天以上。
长波在高空图上同等高线的波状型相对应，等温线也呈波形，一般情况下等温线的位相稍稍落后于等高线，具有冷槽、暖脊的温压场结构。槽前是暖平流，槽后是冷平流。槽前对应着大范围辐合上升运动和云雨区，槽后对应着大范围辐散下沉运动区和晴朗天空。长波的强度随高度增加，到对流层顶处达到最强。
长波槽和脊的活动不仅是维持大气环流的一种重要机制，而且是中高纬度较小尺度天气系统产生和发展的背景条件。因而长波的稳定和调整往往引起与其相联系的天气系统的变化，甚至造成环流形势的转换。
短波叠加在长波之中，并在长波中穿行。当温度场与气压场配置适当时（槽后有冷平流，脊后有暖平流），短波可以逐渐发展成长波。反之，长波也可减弱并分裂成短波。短波的槽前是上升气流，常出现云雨天气，尤以槽线附近为甚，槽后为下沉气流，多晴好天气。
（二）阻塞高压和切断低压
阻塞高压和切断低压是大气长波在发展过程中槽脊加强、振幅加大演变而成的闭合系统，是中高纬度高空的重要天气系统。
1.阻塞高压
简称阻高，是温压场比较对称的深厚的暖性高压。它具有以下特征：①有闭合的高压中心，并位于50°N以北。②维持的平均时间为5—7天，有时可达20天以上。③沿纬向移动每天不超过7—8个经度，常呈准静止状态，有时甚至向西倒退。
阻高是西风带长波槽和脊在经向度不断增大，直至暖脊被冷空气包围，并与南面暖空气主体分离，所形成的闭合高压区。由于它占据范围很大，又稳定少动，因而它的出现和维持阻碍着西风气流和天气系统的东移，并常常引起西风气流分支和绕流现象，故称阻塞高压。它发生在暖空气活跃，冷空气也较强的地区和季节，因而有明显的地区性和季节性。最常出现在北大西洋东北部和北太平洋东部阿拉斯加地区，以春秋季最多。在乌拉尔山和鄂霍次克海地区也常有阻塞高压，其强度不大，但对中国的天气影响很大。当其稳定时，中国长江中下游多连阴雨天气。减弱崩溃时，常引起中国的寒潮爆发。
阻高控制下的天气一般是晴朗的，但阻高的不同部位由于运行气流属性的差异，形成的天气有所不同。高压东部盛行偏北气流，有冷平流和下沉运动，天气以冷晴为主。西部盛行偏南气流，有暖平流和上升运动，天气较暖且多云雨。南北两侧多稳定的西风气流，并常伴有短波活动，天气时阴、时晴。由上可知，阻高的建立、维持和崩溃过程在其控制区以及其周围地区形成着不同的天气过程。如果阻高维持时间过长或过短都可能造成大范围天气反常现象。
2.切断低压
是温压场结构比较对称的冷性气压系统。切断低压是西风带长波槽不断加深、南伸，直至槽南端冷空气被暖空气包围并与北方冷空气主体脱离而形成的闭合低压。它常常和阻塞高压相伴生成，并位于阻高的东南或西南侧，与阻高共同构成了大气环流中阻塞形势，见图5·13。也有的切断低压单独出现，并没有显著的阻高存在，只西侧有一较强的高压脊或闭合高压。切断低压形成后，能维持2—3天或更长时间，它往往由于无冷空气继续补充而逐渐填塞、消失。切断低压大多发生在冷、暖空气都比较活跃的季节和地区，以春、秋季较多，北美、西欧地区较多，北太平洋、北大西洋以及亚洲大陆上空也有形成。我国东北地区春末夏初出现的切断低压，称东北冷涡。
切断低压内的天气因部位不同而有差异。低压前部（东和东南侧）因低层有冷暖空气交汇，常有锋面气旋波动发生，有云雨天气出现。后部（西侧）因不断有冷空气南下，常有冷锋和切变线生成，有阵性降水出现。
（三）极地涡旋
简称极涡，是极地高空冷性大型涡旋系统，是极区大气环流的组成部分。其位置、强度以及移动不仅对极区，而且对高纬地区的天气都有明显影响。
极地是地球的冷极，也是大气的冷源，因而在极地低空形成冷性高压，在极地上空则形成冷性低压。关于冷性低压（极涡）的形成过程和演变、活动规律，科学界了解得不多。根据资料统计，1月北半球500hPa等压面图上，极涡断裂为两个闭合中心，一个在格陵兰至加拿大之间，另一个在亚洲东北部，极地是一个槽区。7月北半球500hPa等压面图上的极涡强度明显减弱，中心退至极点附近。极涡的位置和活动范围时有变化，尤其冬半年活动演变比较复杂，最长的活动过程达35天之久。极涡闭合中心有时分裂为2个或3个，甚至3个以上，当偏离极地向南移动时，常导致锋区位置比平均情况偏南，寒潮活动增多、增强。据统计，在10个冬半年影响我国的171次寒潮中，有102次是亚洲上空出现持久极涡，其中6次强寒潮过程都与极涡在亚洲上空的位置明显偏南相关。
（四）高空低压槽和切变线
1.高空低压槽
又称高空槽，是活动在对流层中层西风带上的短波槽。一年四季都有出现，以春季最为频繁。高空槽的波长大约1000多km，自西向东移动。槽前盛行暖湿的西南气流，常成云致雨。槽后盛行干冷的西北气流，多晴冷天气。一次高空槽活动反映了不同纬度间冷、暖空气的一次交换过程，给中、高纬地区造成阴雨和大风天气。
高空槽一般都有高空温度槽相配合，当温度槽落后于高空槽时，低压槽线随高度升高逐渐向冷区倾斜（移动方向的相反方向），称后倾槽。后倾槽随着温度槽位置的前移，平流作用加强，槽将继续加深发展，槽前广阔范围内盛行辐合上升气流，如果水汽充沛，将产生稳定性云系和降水。当温度槽与高空槽相重合时，低压槽线垂直，称为垂直槽，这时高空槽发展到最盛阶段，天气也发展得最强盛。当温度槽超前时，高空槽线随高度升高向前倾斜，称前倾槽。前倾槽的槽后冷空气将置于槽前暖空气之上，导致低槽很快消失，产生不稳定云系和阵性降水。
活动于我国的高空槽有西北槽、青藏槽和印缅槽，它们大多从上游移来，很少产生于我国。在纬向环流比较平直时，高空槽一个接一个的东移，易造成阴晴相间周期变化的天气。如果移动过程中受高压所阻，将减速或停滞，可能造成持续性降水。
2.切变线
是指风向或风速分布的不连续线，是发生在850hPa或700hPa等压面上的天气系统。切变线两侧风向构成气旋式切变，但两侧的温度梯度却很小，这是切变线与锋的主要差别。根据切变线附近的风场形式一般划分为三种类型，见图5·14。图中a为冷锋式切变线，b为暖锋式切变线，c为准静止锋式切变线。三者随着切变线两侧气流的强弱变化可以相互转化。切变线上的气流呈气旋式环流，水平气流辐合明显，利于发展上升气流，产生云雨天气。一般而言，冷锋式切变线以偏北风为主，水汽含量少，移动速度快，降水时间不长，降水量不大。暖锋式切变线上气旋性环流强，偏南风含有水汽多，云层厚，降水时间较长，降水量较多，有时还形成雷阵雨和阵性大风。准静止锋式切变线上虽然风向切变很强，但气流辐合较弱，云层相对较薄，降水时间较长，但降水量不大。
切变线在一年中各个季节都可能出现，但以冷、暖空气频繁活动的晚春、初夏为多。是我国暖季重要的降水天气系统。
3.低涡
又称冷涡，是出现在中纬度中层大气中的一种强度较弱、范围较小的冷性低压。它在700hPa图上比较明显，有时在500hPa图上也有反映，常常只能给出一条，甚至给不出闭合等高线，只有风场上的气旋式环流。低涡范围较小，一般只有几百千米。它存在和发展时，在地面图上可诱导出低压或使锋面气旋发展加强。低涡中有较强的辐合上升气流，可产生云雨天气，尤其东部和东南部上升气流最强，云雨天气更为严重。低涡经常出现在我国西北和西南地区，分别称为西北涡和西南涡，前者以夏半年多见，后者一年四季都可出现。低涡形成后大多在原地减弱、消失，只引起源地和附近地区的天气变化。而有的低涡随低槽或高空引导气流东移，并不断得到加强和发展，雨区扩大，降水增强，往往形成暴雨，成为影响江淮流域甚至华北地区的天气系统。