冷锋

冷锋（Cold front）又称为“冷气团前锋”，是指因冷空气势力较强而主动向 暖气 团地区移动形成的锋面系统，通常用蓝色的锯齿状弧线表示。

冷锋形成的实质是有明显差异的冷气团和暖气团在动力条件下 ，冷气团主动向暖气团进发，推动锋面向暖气团一侧移动，迫使暖气团上升的结果。 冷锋主要由冷气团、暖气团和锋面等要素组成。 冷锋过境前后，由于均受单一 气团 控制，天气较为稳定；过境时，冷、暖气团交界区空气运动活跃，常引起天气变化。 冷锋过境时会伴有狂风、暴雨等现象，有时会造成雨雪天气。 根据冷气团移动的快慢，冷锋可分为第一型冷锋和第二型冷锋。 冷锋在世界范围内分布较为广泛，一年四季都可以出现，主要集中在中纬度地区。 在中国，冷锋是影响天气的重要因素之一，整体分布北方多于南方，冬半年多于夏半年，春季最多，秋季最少。

1919年，J.皮叶克尼斯（Jacob Bjerknes）定义出大气波动发展过程中的两类主要结构，并将其称为“转向线”（steering- 谱线 ）和“ 飑线 ”（squall-line）。 1919年至1922年， 挪威 学派 通过进一步研究，首次明确定义“ 暖锋 ”。 冷锋对人们的日常生产、生活影响显著，例如会带来大风、 雷暴 、雨雪甚至冰雹、沙暴、 寒潮 天气， 但是会对局地大气污染物的迁移和扩散有一定的抑制作用。 人类对冷锋的研究成果，在 气象学 、农业生产等领域有着广泛应用。

发现历程及命名

发现历程

1863年，英国人菲茨罗伊（Fitz-Roy）根据长期进行气象观测和预报实践的总结，绘出第一张风暴概念模型，并指出图中逆时针旋转的 涡旋 就是风暴，他用实线和虚线矢线分别表示冷、暖两股 气流 ，每个气旋都由冷、暖两股气流组成。

1906年，马古拉斯（M. Margules，亦译为马尔古斯）提出了“锋”的 坡度 公式，成为 天气图 绘制尤其是锁定锋面位置的理论依据。 1918年，挪威学者V.皮叶克尼斯（Vilhelm Bjerknes）总结了大量的天气变化现象，提出锋面和气旋 的立体模型，创立了挪威学派的锋面学说。 1919年， 挪威 气象学 家J.皮叶克尼斯（Jacob Bjerknes，V.皮叶克尼斯之子）通过观察他曾在 莱比锡市 研究过的辐合线 ，定义出大气波动发展过程中的两类主要结构，并将其称为“转向线”（steering- 谱线 ）和“ 飑线 ”（squall-line），指出它们可能与高低压系统形成，以及 极地 和 热带 的空气交换有关，随之提出了对锋面气旋结构的革命性认识； 同年，他提出了锋面气旋概念模型（被称为挪威模型）。

命名

1919年末，J.皮叶克尼斯提出的锋面气旋概念模型中最重要的要素“转向线”和“飑线”，被更名为“ 暖锋 ”（Warm front）和“冷锋”（Cold front）。 1919年至1922年，挪威学派的J.皮叶克尼斯、索尔伯格及贝吉龙进一步揭示了 对流层 低层大气 不连续面（锋面）结构和气旋形成过程；J.皮叶克尼斯和索尔伯格论述了 降水 形成条件，根据 斯堪的纳维亚半岛 的降水资料指出空气上升冷却 凝结 是形成降水的关键因素，而能够成雨的上升区多出现在地面 气流 辐合带、 切变线 附近且通常出现在冷暖空气交汇处，于是“冷锋”和“ 暖锋 ”的定义首次明确出现。

表示方法

冷、暖锋可以说是 挪威 学派提出的标志性概念，其表示方法也经历过一系列演变。 最初的冷锋，用红色表示。 1919年夏， 气象学 家C.G. 罗斯贝（Carl-Gustav Rossby）提出颜色互换的意见；为了在黑白打印稿上标注锋面，气象学家T.贝吉龙（Tor Bergeron）构思出三角符号，建议J.皮叶克尼斯在挪威学派发表的文章中使用。 于是，在地图上，冷锋常以蓝色的锯齿状弧线表示。

定义

冷锋实质就是冷气团主动向 暖气 团移动的锋面系统。 美国大学 大气研究联合会（UCAR）对“冷锋”的解释为：当冷气团推入较暖的气团时，就会形成冷锋。 中国科学院大气物理研究所 认为：“冷锋”就是冷气团前锋，当冷气团主动向 暖气 团进发，它会冲击暖气团，迫使暖气团强烈上升。

形成

物质条件

从大范围来看，在水平方向上，气温、湿度等物理属性比较均匀的大块空气是经常存在的，称为“ 气团 ”（Air 质量 ）。 它的水平范围可达几百千米到几千千米，在垂直范围可达几千米到十几千米。 根据相邻两个气团的温度差异，可把气团分为“冷气团”和“暖气团”。

动力条件

在冷锋中，冷气团起主导作用，推动锋面向暖气团一侧移动。 地形对锋区的垂直运动影响，主要通过两条途径实现：地形与 边界层 共同作用，改变锋区流场辐合辐散的分布及地形强迫抬升。 边界层内冷锋面上下的流场，与锋面坡度、 地转风 及其时空变化特征有关，共同特点是在冷锋面高度以下有下滑运动，而其上有一层上滑运动区。 由于边界层摩擦的辐合作用，在地面冷锋的前缘可形成一支范围较窄、强度较大的上升运动带。当冷锋位于 迎风坡 时，其强度增强；当冷锋位于背风坡时，其强度减弱，在暖区沿锋面上升的暖空气运动范围增大，可以出现沿锋面相间隔的多个上升区。

构成结构

冷锋主要由冷气团、暖气团和锋面等要素组成。

冷气团

按 气团 的热力特性，当气团温度低于流经地区 下垫面 温度的，则称为冷气团。 一般形成在冷源地的 气团 就是冷气团，或者两气团相遇时，温度相对低的就是冷气团。 在冷锋中，由于冷空气（Cold Air）密度大，暖空气（Warm Air）密度小，则冷空气下沉，倾斜插入暖空气的下方，将 势能 转化为动能，一部分能量供暖空气抬升所用，另一部分能量供给大气运动。

暖气团

按 气团 的热力特性，当气团温度高于流经地区 下垫面 温度的，则称为暖气团。 一般形成在暖源地的 气团 就是 采暖散热器 团，或者两气团相遇时，温度相对高的就是暖气团。 冷锋在移动过程中，较重（更密集）的冷空气推动着较轻（较不密集）的暖空气，迫使暖气团沿倾斜的锋面抬升，从而形成冷锋。

锋面

冷气团和暖气团之间常会形成一个狭窄的过渡带，可以将它看成一个交界面，称为“锋面”。 由于冷空气重于暖空气，使得锋面在空间向冷区倾斜，具有一定 坡度 。 冷锋的倾斜，主要与冷锋暖区的 地转流 分布、锋面移动速度、锋面与地形的相对位置有关。 静止冷锋存在两类不同的环流系，即位于大气低层、地面锋附近的反时针环流系和远离地面锋的顺时针环流系。 当静止冷锋位于背风坡时，其冷域中的这支闭合环流增强，范围增大，而位于冷锋界面上的环流转向点沿锋面上移，暖域中沿锋面的暖空气运动范围变大；当静止冷锋位于迎风坡时，结果相反。当冷锋位于 迎风坡 时， 坡度 减小；位于背风坡时，坡度增大。 若冷锋移动较慢时，其冷域远离地面锋的这支顺时针环流主体可被地形完全阻塞在迎风坡。 当静止冷锋移离地形时，由于地形作用，可在锋面暖域、地形下游形成一个背风槽。 在 边界层 内，冷锋 坡度 随地转涡度增加而增加，随地转风速时间倾向的增加而增加，随沿锋面传播方向的热成风分量的减少而增加。

特征

气压

冷锋过境前，该地区主要由暖气团控制，气压会连续降低；冷锋过境时，气压会升高；冷锋过境后，冷气团取代了暖气团的位置，当地将转受冷高压控制，气压会迅速升高。

气温

锋区附近，由于下部是冷气团，上部是 采暖散热器 团，高层气温高于低层气温，会出现 逆温 现象的一层气体，即锋面逆温层。 在逆温层内， 空气密度 随高度增加而迅速减小，气体状态稳定，对气体上下对流过程有抑制作用。 冷锋过境前，该地区主要由暖气团控制，气温相对较高；冷锋过境时，气温会降低；冷锋过境后，当地转受冷气团控制，气温会明显下降并趋于稳定。

天气变化

由于锋面有 坡度 ，冷暖空气交汇，暖空气可沿坡上升或被迫抬升，且暖空气中含有较多的水汽，因而空气绝热上升，水汽 凝结 ，易形成云雨天气。 另外，风在锋面两侧有明显的逆向转变，即由锋后到锋前，风向呈逆时针方向变化。 冷锋上云和 降水 天气的出现，主要取决于暖空气内的水汽含量。 冷锋过境前，该地区主要由 暖气 团控制，天气单一；冷锋过境时，常伴有偏北风加大等现象，有时会造成雨雪天气，在夏季甚至会造成暴雨；冷锋过境后，当地转受冷气团控制，天气变得晴朗。 冷锋移动速度有快有慢，当冷锋移动较慢时，暖空气上升会较慢且平稳，容易出现层状云，同时降雨也较缓和；当冷锋移动较快时，由于暖空气会被冷空气快速抬升，因此往往容易造成浓厚的 积雨云 ，雷电交加，伴随大风和雨。 由于冷锋和 高空槽 的配置，移动快慢等不同，冷锋附近云和 降水 的分布也有明显的差别，有的主要出现在锋后，有的则主要出现在锋前。

主要类型

根据冷气团移动的快慢不同，冷锋可分为第一型冷锋和第二型冷锋。

第一型冷锋

第一型冷锋移动缓慢，又称为“缓行冷锋”，锋面 坡度 不大（约1/100），处于空中700hpa槽前。 由于冷气团一方面向前移动，使得锋前的 暖气 团一方面向前移动，一方面被迫沿锋面向上滑行，在水汽条件充分时，便在锋上产生了云系和降水。 锋后冷空气迫使暖空气沿锋面平稳地上升，当暖空气比较稳定，水汽比较充沛时，会形成与暖锋相似的范围比较广阔的层状云系，只是云系出现在锋线后面，而且云系的分布次序与暖锋云系相反， 降水 性质与暖锋相似，在锋线附近降水区内还常有 层积云 、碎雨云形成。 由于这类冷锋处于高空中槽前，利于空气的上升运动，在锋面未到时，暖气团并非碧空无云；随著冷锋的来临，空气中常先有 卷云 ， 卷层云 ，云层随锋线的接近而逐渐加厚，锋线过时为 雨层云 ，雨区宽度约150-200千米。 降水区出现在锋后，多为稳定性降水。如果锋前暖空气不稳定时，在地面锋线附近也常出现 积雨云 和雷阵雨天气。 夏季，在中国 西北 、 华北 等地，以及冬季在中国南方地区出现的冷锋天气多属这一类型。

第二型冷锋

第二型冷锋移动较快，又称为“急行冷锋”， 坡度 较大（1/40-1/80），处于高空中700hpa槽后或槽线附近。 这类冷锋上面冷平流较强， 气流 下沉，仅地面锋线附近暖空气被抬升，但锋面坡度大，有较强的气流上升运动。 锋后冷空气移动速度远较 暖气 团为快，它冲击暖气团并迫使产生强烈上升。而在高层，因暖气团移速大于冷空气，出现暖空气沿锋面下滑现象。 由于这种锋面处于 高空槽 后或槽线附近，更加强了锋线附近的上升运动和高空锋区上的下沉运动。

这种冷锋在冬、夏季的天气状况有明显不同。 在夏季，暖气团比较湿润，本来就不稳定，加之上空强烈的冷平流，变得更加不稳定。 因而这种冷锋的锋线附近常形成强烈的 积雨云 ，沿着锋线排列成狭长的积状云带，在地面锋线前方也常常出现 高层云 、 高积云 、积云，往往出现 雷暴 甚至冰雹、 飑线 等对流性不稳定天气，而高层锋面上则往往没有云形成。这种天气历时短暂，锋线过后，天空豁然晴朗。 在冬季，由于 暖气 团湿度较小，气温不可能发展成强烈不稳定天气，锋前的暖空气位于槽前， 气流 上升只在锋线前方出现 卷云 、 卷层云 、高层云、 雨层云 等云系。当水汽充足时，地面锋线附近可能有很厚、很低的云层，和宽度不大的连续性 降水 。地面锋过境后，云层很快消失，风速增大，并常出现大风。 在干旱的季节，空气湿度小，地面干燥、裸露，还会有沙暴天气。这种冷锋天气多出现在中国北方的冬、春季节。

主要分布

地域分布

冷锋分布范围广泛，世界各地均存在，主要集中在中纬度地区。

冷锋在中国的活动范围很广，是影响中国天气最重要的天气系统之一。 在气旋低中心的南侧，冷锋向东南推进。 在地域分布方面，北方多于南方， 中国西南地区 出现的频率最小。 冷锋在中国的移动方向，多为自北向南和自西向东，在新疆南部和 贵州省 等少数地区会出现由东向西移动。 每次冷锋南下，伴随大风和 降水 过程，这是中国天气变化的一个基本特点。 冷锋的南移速度差异很大，慢者日行数百千米，快者可达数千千米以上。 当暖空气特别干燥，冷锋上可能没有云和降水， 中国 的 西北 、 内蒙古自治区 、 华北地区 常有这类冷锋，春季较多伴有风沙。 当暖空气内水汽充沛，冷锋上多有降水， 江南 、华南多属这类冷锋。 冷锋形状和移速受地形影响极大，常受 天山 、 祁连山脉 、 秦岭 阻挡而往东偏南方向移动；冷锋有时可越过天山，进入 南疆 盆地，或从天山的东北部倒灌入南疆；少数强冷锋可越过秦岭、 大巴山脉 ，进入 四川盆地 。 中国 的华北地区是东亚大陆上冬季冷锋频数最多、活动最强的区域。 西北 一年四季均有冷锋活动，冬季强，夏季弱，而出现的频数相近，其形状和移速受地形影响极大； 西北 的冬季很少形成大片的 云和县 降水 ，但有大风和风沙；夏季云系多在锋区上空，常有 降水 。 寒潮 冷锋是种强烈的冷锋，冷锋南下后，冷气团在中国南方变暖，冷锋到华南或 南海 则会消失。

季节分布

冷锋在一年四季都可以出现。 在夏季，冷锋会发展出 积雨云 ，产生 雷暴 、冰雹等对流不稳定天气，并会带来降雨；在冬季，冷锋则成为冷空气的先头部队，裹挟着偏北风，带来降温和雨雪天气。

在 中国 ，冷锋是出现最多、造成天气较严重的锋面天气系统， 冬半年多于夏半年，春季最多，秋季最少。 在冬季，中国大陆上空气干燥，冷锋大多从 俄罗斯 、蒙古进入 西北 ，然后南下，从 西伯利亚地区 带来的冷空气与当地较暖的空气相遇，在锋面上很少形成 降水 ，所以冬季 寒潮 冷锋过境时，只形成大风降温天气；而且冬季多第二型冷锋，影响范围可达华南，但移到长江流域和 华南地区 后，常常转变为第一型冷锋或 准静止锋 。 在夏季，多第一型冷锋，影响范围较小，一般只达黄河流域， 中国 北方夏季的 雷阵雨 天气与冷锋活动有着很大的关系。 在春季，冷锋在 东北地区 常易造成大风和降水，而在 华北 往往只引起风沙天气。

主要影响

对天气的影响

当冷 暖气 团相遇时，不同的锋面，会有不同的天气特征。 由于冷锋移动速度有快有慢，因此当冷锋移动较慢时，暖空气上升会较慢且平稳，因此较易出现层状云，同时降雨也较缓和；当冷锋移动较快时，由于暖空气会被冷空气快速抬升，因此往往容易造成浓厚的 积雨云 ，同时下起雷电交加的大风雨。 冷锋上云和 降水 天气的出现，主要取决于暖空气内的水汽含量。

对环境的影响

随着人类社会生产力的高度发展，各种污染物大量地进入 地球 大气中，这就是人们所说的“ 大气污染 ”，其中影响范围广，对人类环境威胁较大的，主要是煤粉尘、 二氧化碳 、 一氧化碳 、 碳化氢 、 硫化氢 和氨等。 有研究表明，大气扩散和传输使大气污染物重新分布，而天气系统对于大气扩散和传输条件有重要影响，它提供了区域 空气污染 变化的主要驱动力。 局地大气污染物的积聚、清除以及长距离传输，在不同天气形势下有显著的差异。一般来说，近地面稳定的反气旋环流有利于 空气污染 的形成，而气旋系统相对不会造成严重的空气污染。 在冬季，由于有 西伯利亚地区 冷高压活跃并南下，冷锋可作为污染物的载体把北方上游的污染物传输至下游，使下游地区空气质量恶化。 在一定的天气形势下，气温、风速及风向等气象要素水平和垂直分布的不同直接影响着 大气边界层 的垂直结构以及 气溶胶 的水平和垂直分布特征。有研究发现，地面高 相对湿度 、低风速和稳定层结大气抑制了 大气污染 物的迁移和扩散，强 逆温 层和较低的混合层高度有助于污染物累积。

典型案例

青海高原大风沙尘天气

2008年3月30至4月1日， 中国 青海省 高原出现了一次伴随 沙尘暴 、 寒潮 、降雪的大风沙尘天气过程，影响 青海 、 甘肃省 、新疆等省区。最大风速出现在青海省 野牛沟 ，风速28m/s，风力11级；受沙尘天气影响，冷湖 能见度 仅200m；受冷空气影响，伴随区域性寒潮过程， 海北藏族自治州 、 西宁市 、 海东市 等地最低温下降8～9℃，达到寒潮标准，其中祁连日最低气温下降至-15℃等。 气象分析结果表明： 西伯利亚地区 横槽 转竖携带冷空气向南暴发，与地面系统发展共同造成的强气压 梯度 、高低空强的温度差动平流是造成此次大风的主要原因；低层辐合上升运动与高空 急流 入口区次级环流叠加加大低层位势梯度和地面气压梯度，配合冷锋过境，使得白天近 地层 不稳定性加大，湍流加强， 动量 下传加大地面风速，导致地面持续强劲的大风。

北美洲低温天气

2009年1月16日，北极冷锋侵袭 美国中西部 ，使得气温急剧下降，低至 摄氏度 零下34度， 伊利诺伊州 （Illinois）气温创下1999年以来最低纪录， 俄亥俄州 （Ohio）和 印第安纳州 （Indiana）的部分地区气温创下1994年以来最低纪录。美国国家气象局 气象学 家威尔森（Bill Wilson）说，这波 北极 冷锋从 加拿大 一路移向美国中西部。在加拿大，这轮北极冷锋也使得气温大幅下降，严寒的天气造成 蒙特利尔 （Montreal）洪水泛滥，也造成 多伦多 （Toronto）10万人无电力或暖气供应达12小时。

对四川盆地大气污染的影响

根据 中国 四川盆地 2015年至2019年的历史 天气图 、地面和高空气象观测以及大气 环境监测 数据，对四川盆地冷锋特征及其对 逆温 和大气污染的影响进行分析的结果表明，四川盆地冷锋过程年均9.6例，春秋季最多、最强；偏北路径冷锋最多、平均强度最强，春秋季最多； 西北 路径冷锋个例数和平均强度次之，夏多冬少；偏东路径冷锋最少、最弱。 冷锋过境时，逆温频率降低，在过境后回升。冷锋过境，对PM2.5、PM10、 二氧化硫 、 二氧化氮 、CO以清除为主，对颗粒物的影响高于气态污染物，而 臭氧 浓度随冷锋过境有增加趋势，强冷锋清除效果高于一般冷锋。冷锋过境时，西北路径冷锋的清除效果最好，PM2.5浓度降低近一半，而偏东路径冷锋清除能力最弱；冷锋过境后，偏北路径冷锋的清除作用依然显著，污染物浓度持续降低。

中国滇东南大暴雨天气

2020年9月23日，中国滇东南出现了一次区域性的大到暴雨、局部大暴雨天气过程，造成两地10县（市）出现不同程度的暴雨洪涝及次生灾害，共造成滇东南地区农作物受灾1290.01hm 2 、成灾795.43hm 2 、绝收371.6hm 2 ，农业经济损失达1120.65万元，导致各类直接经济损失约4371.53万元，给人民生产生活带来严重影响。 气象分析结果表明：副高西进过程中断裂出滇缅高压，滇东南恰好处于两高辐合区内，配合850hPa 切变线 和地面冷锋造成此次滇东南暴雨； 孟加拉湾 和 南海 两支水汽通道在滇东南上空汇合，且滇东南地区上空大气层结不稳定，有较强的 不稳定能量 蓄积和剧烈的垂直上升运动，有利于强降水的产生；中尺度对流云团在滇东南地区不断生成与合并且长时间的维持是造成此次区域性暴雨的关键因素。

希腊极端暴雪天气

2022年1月22日，冷锋天气开始侵袭 希腊 ，给全国大部分地区带来 强风 、降温及 暴风雪 。24日，包括 雅典 在内的希腊大陆南部地区出现大范围长时间暴风雪，造成部分地区交通和电力中断，许多车辆被困在城区周边高速公路上， 克里特岛 在内的 爱琴海 部分岛屿也出现较大降雪。希腊中部地区 大雪 导致火车事故，3人在事故中受轻伤。暴风雪还造成希腊境内大量航班取消，港口多条渡轮线路停运。当地气象专家表示，此轮降雪有可能成为 希腊 数十年来经历的最极端 暴雪 天气。

应用

气象学

气象学是 大气科学 的一个分支，是研究大气中物理现象和物理过程及其变化规律的科学，它是把大气当做研究的客体，从定性和定量两方面来说明大气特征的学科，集中研究大气的天气情况和变化规律和对天气的预报。 气象学是一门和生产、生活密切相关的涉及许多学科的 应用科学 ，随着生产的发展和现代科学技术在气象学领域的应用，气象学应用日益广泛，又相继出现海洋气象学、航空气象学，农业气象学、森林气象学、 污染气象学 等应用学科，以及雷达气象学、卫星气象学、 宇宙 气象学等新的分支学科。 例如各种锋面天气系统、台风和暴雨云团、 线以及外流边界等天气过程，首先就是通过云和云系得以体现。 在地面形势图上，冷锋云系常以蓝色的锯齿状线条表示；在 卫星云图 上，冷锋云系一般表现为一条东北—西南走向的狭长云带。

农业

农业生产对人类的正常生活有着重要的意义，影响农业生产的因素有很多，其中最为常见的则是 气象因素 。 农作物需要风调雨顺，但是农业生产很容易受到自然灾害的影响，有一些气象因素会给农业生产带来不良影响。 如果气候变化无常、环境恶劣，自然灾害频发，就会给农业带来危害，导致农作物减产，影响农业的发展。 这就需要降低和预防气象对农作物的影响，从而保证农作物的生长和产量，确保农业的正常发展，保证人们生活不被影响。 气象事业的发展高低，对农业生产与防灾抗灾具有重大的影响，因而气象部门要准确预测气象变化，为人们的生产劳动提供准确的气象资料。 冷锋过境时，往往会伴有偏北风加大，气压升高和温度减低等现象，有时会形成雨雪天气，造成自然灾害。 随着科学技术、 信息技术 的发展与普及， 气象预报 服务成为指导农业生产的重要依据。综合气象观测工作是现代化农业生产活动开展的重要基础，对于作物种植与管理具有一定的指导性与前瞻性。