（一）概述
气旋是占有三度空间的中心气压比四周低的水平空气涡旋，又称低压。反气旋是占有三度空间的、中心气压比四周高的水平空气涡旋，又称高压。气旋和反气旋的名称是从大气流场而来，而高压和低压名称是从气压场而来。
气旋和反气旋的大小是以地面图上最外一条闭合等压线的范围来量度。气旋的水平尺度一般为1000km，大者可达2000—3000km，小者只有200—300km。而反气旋的水平尺度一般比气旋大得多，发展强盛时可达数千千米。气旋和反气旋的强度用中心气压值的大小来表示，气旋中心气压愈低，表示强度愈大；反气旋中心气压值愈高，强度愈大。一般地面气旋中心气压值在1010—970hPa，发展强大的可低于935hPa，海洋上曾有的低到920hPa。地面反气旋中心气压值一般为1020—1030hPa，发展强大的可达1079.1hPa。在北半球，气旋中空气绕中心作逆时针方向旋转，反气旋中空气绕中心作顺时针方向旋转。南半球，气流方向相反。
气旋按发生地区分温带气旋和热带气旋，反气旋分极地反气旋、温带反气旋和副热带反气旋。气旋和反气旋是引起天气变化的两类重要天气系统。
温带气旋和反气旋是发生在中、高纬度地区与高空锋区相伴出现的。它们的发生、发展和移动同高空天气系统有密切关系。
（二）温带气旋
温带气旋是指具有锋面结构的低压，因而又称锋面气旋，它主要活动在中高纬度，更多见于温带地区，是温带地区产生大范围云雨天气的主要天气系统。
1.结构
锋面气旋的结构因形成条件和发展阶段的不同，有很大差异，但从发展成熟的锋面气旋的温压场、流场和天气现象来看，又具有一些共同特征。图5·15是发展成熟的锋面气旋模式。从平面看，锋面气旋是一个逆时针方向旋转的涡旋，中心气压最低，自中心向前方伸展一个暖锋，向后方伸出一条冷锋，冷、暖锋锋之间是暖空气，冷、暖锋以北是冷空气。锋面上的暖空气呈螺旋式上升，锋面下冷空气呈扇形扩展下沉。从垂直方面看，气旋的高层是高空槽前气流辐散区，低层是气流辐合区。按质量守恒原理，空气如在高层辐散、在低层辐合，则其间必有上升运动。因而在气旋前部和中心区有上升气流，气旋后部有下沉气流。由于气旋自底层到高层是一半冷、一半暖的温度不对称系统，因而其低压中心轴线自下而上向冷区偏斜。
2.天气
锋面天气不仅决定于气旋温压场结构，还与空气的稳定度、水汽条件、高空环流形势以及气旋发展阶段等因素有关，而且随地区、季节而有差异。一个发展成熟的锋面气旋的天气模式（图5·14）表明：气旋前方是宽阔的暖锋云系及相伴随的连续性降水天气；气旋后方是比较狭窄的冷锋云系和降水天气，气旋中部是暖气团天气，如果暖气团中水汽充足而又不稳定，可出现层云、层积云，并下毛毛雨，有时还出现雾，如果气团干燥，只能生成一些薄云而没有降水。
3.发生和发展
锋面气旋的发生、发展与高空锋区密切联系。当高空锋区上出现波状扰动并达到一定尺度（几千千米），而且具有明显风速切变时，波动可演变成不稳定波，振幅继续增大，终于形成气旋和反气旋，这种由锋面波动发展成的气旋，称第一类（A类）气旋。而由地面弱低压（或倒槽）与高空槽相遇并在高空槽作用下，地面低压得到发展并产生锋面，这样发展起来的锋面气旋称第二类（B类）气旋。两类气旋在起始发生条件上虽有区别，但形成后的发展过程却有某些相似，都同高空温压场结构和演变密切相关。
锋面气旋发展的高空温压场理想模式是：高空温度槽落后于高度槽以及气旋始终处于高空槽的前方。前者导致高空槽前出现暖平流，槽后出现冷平流，后者引起高空槽前气流辐散，槽后气流辐合。根据静力平衡和质量守恒原理，暖平流会引起地面系统热力减压，冷平流引起热力加压，气流辐散会造成地面系统动力减压，气流辐合会造成动力加压。因而高空槽前的下方既是热力减压区又是动力减压区，是有利于地面气旋发生、发展的区域。而高空槽后方是热力和动力加压区，有利于地面反气旋的发生发展（见图5·16）。大量资料证明，只有发生在高空槽前的气旋和高空槽后的反气旋才能得到发展和壮大，否则，气旋和反气旋难以形成，即使形成也将不断减弱以至消失。
每个锋面气旋的生命史和演变过程，因所处条件不同而有差别，但是气旋的演变阶段和各个阶段的主要特征又有许多共同之处。根据实际经验（主要是西欧的），通常把锋面气旋的演变过程分为四个阶段。
（1）初生（波动）阶段：图5·17 a、b、c，高空温压场结构是温度槽落后于高度槽，而且高空槽位于地面气旋中心的后方。随着锋面波动的开始和发展，冷空气逐渐向暖空气方向侵袭，暖空气向冷空气方向扩展，在波动前方形成暖锋，波动后方形成冷锋。围绕着波动产生了气旋式环流，环流中心气压下降，地面图上出现一根闭合等压线，锋面上生成波状的带状云系。卫星云图上出现与高空槽相对应的逗点云系。
（2）成熟阶段：图5·17 d、e、f，高空温压场波动振幅增大，温度槽进一步接近高度槽，气旋中心气压继续下降，气旋式环流不断加强，冷暖锋进一步发展，出现系统性云系和降水。卫星云图上云带突出部分更加明显，并在移动方向的一侧边缘处有纤维状卷曲结构，表明高空有辐散气流，气旋在发展。气旋后部（箭头处）有凹向中心的曲率，预兆将出现干舌。
（3）锢囚阶段：图5·17 g、n、i，高空槽进一步发展，出现闭合中心。高空温度槽更移近高度槽，地面图上冷锋较强并与暖锋相遇形成锢囚锋。这阶段气旋中心气压值降至最低，气旋环流达到最强，云雨范围扩展，风力增大，天气发展到最盛期。卫星云图上，云系出现螺旋状结构，锋面云带北侧出现一条从冷区伸向气旋中心的干舌，当干舌伸到气旋中心时，水汽供应被切断，气旋不再发展。
（4）消亡阶段：图5·17 j、k、l，高空温压场近于重合，成为一个深厚的冷低压。气旋低层被冷空气所占据，与锋面脱离成为冷涡旋，环流减弱、气压升高、范围扩大，云雨随之减少。在卫星云图上螺旋状云系消散，成为零乱的对流性云区。
上述锋面气旋发展阶段是比较典型的情况。实际上有些气旋在生成后并未经历全部发展阶段就消亡了，也有的气旋发展到锢囚之后，又有冷空气加入并未消亡，反而又重新加强起来。因而，气旋的发展过程由于条件的差异而有不同。锋面气旋的生命史一般是5天左右。活动在北大西洋和欧洲的气旋，锢囚阶段缓慢，生命史往往超过5天，而活动在东亚地区的气旋，波动和成熟阶段较短，生命史大多在3天左右。
4.气旋族
锋面气旋一般不是单个出现，而是在一条锋上产生2个、3个或更多个形成家族并沿锋线顺次移动。当最前面的一个已经锢囚时，其后跟着的是一个发展不成熟的气旋，再后面跟着一个初生气旋，这种在同一条锋上出现的气旋序列，称为气旋族（图5·18）。气旋族中每一个锋面气旋都同高空长波槽前的一个短波槽相对应。每个气旋族中的气旋个数多少不等，多者可达5个，少者只有2个。据统计，大西洋上平均每一个气旋族有4个气旋，太平洋上和我国沿海是2—3个。一个气旋族经过某一区域的时间平均为5—6天，个别可达10天以上。
（三）温带反气旋
温带反气旋是指活动在中、高纬度地区的反气旋。一般分为两类：一类是相对稳定的冷性反气旋；另一类是与锋面气旋相伴移动的反气旋，称移动性反气旋。
1.冷性反气旋和寒潮
冷性反气旋发生于极寒冷的中纬度和高纬度地区，如北半球的格陵兰、加拿大、北极、西伯利亚和蒙古等地，以冬季最多见。其势力强大、影响范围广泛，往往给活动地区造成降温、大风和降水，是中、高纬地区冬季最突出的天气过程。
冷性反气旋出现在近地面层内，由冷空气组成，势力十分强大，中心气压值达1030—1040hPa，强时达1080hPa。根据静力学原理，它随高度而减弱，到高空变为冷低区，因而冷高压是一种浅薄天气系统，平均厚度不到 3—4km，700hPa以上踪迹不清，500hPa以上就完全不存在了。冷性反气旋的水平范围很大，直径达数千千米，几乎可以和大陆、海洋的面积相比拟。
亚洲大陆面积广大，北部地区冬半年气温很低，南部又有青藏高原和东西走向的高大山脉阻挡冷空气南下，因而成为北半球冷性反气旋活动最为频繁、发展最为强大的地区。冷性反气旋在其发展、增强时期常常静止少动，但当高空形势改变时，会受高空气流引导而移动。当其南移时，就造成一次冷空气袭击，如果冷空气十分强大，如同寒冷潮流滚滚而来，给流经地区造成剧烈降温、霜冻、大风等等灾害性天气，这种大范围的强烈冷空气活动，称为寒潮。
我国国家气象局规定，由于冷空气侵袭，使气温在24h内下降10℃以上，最低气温降至5℃以下时，作为发布寒潮警报的标准。但从危害性来看，此标准略高，尤其在南方往往最低气温并未下降到5℃以下时，就会对农作物造成很大危害。同时，这个规定并未说明气温下降10℃的范围大小。因此，国家气象局又对上述标准作了补充规定：长江中下游及其以北地区48h内降温10℃以上，长江中下游最低气温≤4℃（春秋季改为江淮地区最低气温≤4℃），陆上3个大行政区有5级以上大风，渤海、黄海、东海先后有7级以上大风，作为寒潮警报标准。如果上述地区48h内降温达14℃以上，其余同上，则为强寒潮警报标准。根据以上标准统计，我国1951—1976年寒潮共有138次，平均每年5次左右，各月分配见表5·3。
表5·3说明寒潮主要出现在11—4月间，秋末、冬初及冬末、春初较多，隆冬反而较少，这主要是寒潮定义只考虑降温幅度的缘故。春、秋季正是大型平均环流调整期间，冷暖空气更替频繁，因而冷空气活动次数较多，而冬季冷空气在我国大部分地区居于绝对优势地位，天气形势稳定，冷空气活动相对减少。夏季冷空气退居高纬度，我国很少受其侵袭。寒潮各年出现的次数不等，以我国为例，1965—1966、1968—1969年均各10次，而1974—1975年则仅有1次，1970—1971、1972—1973年也只有2次。60年代后期平均每年7次，而70年代初期平均每年只有3次，相差很多。
寒潮天气过程表现为由纬向环流转变为经向环流形势的调整，这种环流形势的调整是冷空气积聚、冷却和大举南下的背景条件。侵入我国的寒潮，虽然源地、侵入时流场不同，但是绝大多数寒潮天气过程是由经向环流发展而来。图5·19是寒潮形成的高空和地面环流形势图。
寒潮南下侵入我国时，其前缘有一条冷锋作为前导，锋后气压梯度很大，造成大风天气，伴随着大风而来的是温度的骤降，常达10℃以上，降温还可引起霜冻、结冰。降水主要产生在寒潮冷锋附近，在我国淮河以北，由于空气比较干燥，很少降水，移到淮河以南后，暖空气比较活跃，含有水分增多，大多能形成雨雪。
2.移动性反气旋
是形成于高空锋区下方与锋面气旋相伴出现的水平范围较小、强度不大的反气旋。它随同锋面气旋一起自西向东移动。当出现气旋族时，它位于两个气旋之间，又称居间反气旋。移动反气旋的天气是：其东部（前部）具有冷锋天气特征，西部（后部）具有暖锋天气特征，中心区附近天气晴朗、风力不大。移动性反气旋当其发展强大时可转变成强大的冷性反气旋。
无论是冷性反气旋或移动性反气旋，当其向低纬移动后，冷气团变性增暖，强度减弱，最后前缘锋面消失，并入副热带高压。