天气系统是指温度、气压或风等气象要素表现出来的具有一定空间结构特征的大气运动系统。既可以从温度、气压和风等气象要素的角度去称谓天气系统，也可以根据大气的运动特征去描述它。

按照气压空间分布所定义的大气运动系统，称为高（气）压、低（气）压和高压脊、低压槽等。高压和低压可以出现在不同高度的大气层内。同一高度上，如果中心气压高于四周称为“高气压”，简称高压；反之，简称低压。强烈的高压与冷气团有关，例如极地高压和西伯利亚高压。强度稍弱但是经常出现的高压是由高空冷空气下沉造成的，例如位于南北纬30°左右下沉气流区的副热带高压。低压容易出现在上有高空风辐散的对流层下层。高空风辐散容易出现在天气图上低压槽的前部。

在半球范围的高空图上，中高纬地区的气流是围绕着极地的波状西风气流（图2.1）。这种流型在对流层中上层及平流层底层最明显。对于波状气流经常要用到“槽”和“脊”的概念。波状流型的波谷对应着低压槽，气压分布是中间低、四周高。气流作逆时针方向旋转，空气自外界向槽内流动，槽内空气辐合上升，形成阴雨天气。波状流型的波峰对应着高压脊，气压分布是中间高、四周低。气流作顺时针方向旋转，空气自中心向外辐散，脊内盛行下沉气流，一般天气晴好。一对槽脊组成一个波动。西风带里的高空槽脊系统就叫西风波。

图2.1　全球长波（罗斯贝波）分布型态（灰色带表示极锋，红线为波槽）

从高压中心向外辐散的气流，受地球自转的影响，在北半球作顺时针方向流动，在南半球作逆时针方向流动，因此高压也被称为反气旋。低压区内空气自外围向中心流入过程中受地球自转的影响，在北半球作逆时针方向流动，在南半球作顺时针方向流动，因此低压也被称为反气旋。也即从流场角度称高压为反气旋，低压为气旋。

气压系统和温度系统也常呈一定的配置关系。如:低压和低温区相配置，称为冷低压或冷涡；低压和高温区相配置，称为热低压。不难看出，在天气系统中一个气象要素同另一个气象要素之间常常有一定的配置关系。

从动力学的角度看，大气运动的特征主要决定于运动系统所占据的空间范围。同一类型大气运动的同一物理量有大致相同的量级，称该数量级为特征尺度。特征尺度包括空间尺度、时间尺度和速度尺度等。空间尺度主要以天气系统的水平尺度L的大小来衡量。水平尺度是指天气系统的波长或扰动直径；时间尺度以天气系统的生命史的时间长短来衡量，生命史指的是天气系统由新生到消亡的过程。一般天气系统的水平尺度越大，其时间尺度也越长；尺度越小的系统，生命史越短。较小系统往往是在较大尺度系统的孕育下形成、发展起来的，而较小系统发展、壮大以后，又给较大系统以反作用，两者彼此联系，相互制约，关系错综复杂。因而天气系统总是处在不断地新生、发展和消亡之中。

大气运动系统可以通过各种天气图和卫星云图等工具分析出来。在20世纪40年代以前，地面观测站平均距离为200～300km，以此站距观测所得的资料分析出来的高、低压系统，称为天气系统，现在称为天气尺度天气系统。20世纪40年代，发展了高空气象观测，把从高空天气图上发现的、波长与地球半径相当的波动，称为行星尺度天气系统。20世纪50年代前后，在研究对流性灾害天气时，发现了许多水平范围为一二百千米、几十千米甚至几千米的高、低压系统，统称为中小尺度天气系统。

根据水平尺度L的大小，可以将大气运动分为三类（表2.1）:

（1）大尺度运动:L≥10⁶m，如大气长波、气旋、反气旋、副热带高压等；

（2）中尺度运动:L～10⁵m，如台风、低涡、飑线、海陆风等；

（3）小尺度运动:L≤10⁴m，如龙卷、小雷暴、积云等。

以上按水平尺度的分类是初步的，大气中还存在比大尺度运动系统更大的系统，如超长波，它可称为行星尺度运动，其水平尺度可以和地球半径相比拟；也有比小尺度更小的系统，如单个积云，它的水平尺度只有几千米。

中期和长期天气演变过程与超长波有着密切的联系，在200hPa以上（平流层和中层大气）的等压面图上可清楚看到超长波的活动。大气长波的波长一般在5 000～7 000km，振幅大多在10～20个纬距以上，移动较慢，维持时间较长，大气长波也称为罗斯贝波。长波的强度随高度增加，到对流层顶处达到最强。在高空图上与等高线的波状型相对应就是长波，一般槽前对应着大范围辐合上升运动和云雨区，而槽后对应着大范围辐散下沉运动区和晴朗天空。其他尺度天气系统的特点将在2.3节～2.5节有较详细介绍。

实际上各种不同类型的运动是有机地结合在一起的，以上按水平尺度对大气的分类不是绝对的，不同的书刊还有另一些分类。例如，可以按高空天气图上整个纬圈的波数来划分天气系统，通常把波数为1～3的波动称为超长波，波数为4～8的波动称为长波，它们都属于行星尺度天气系统；波数大于8的波动称为短波，相当于天气尺度天气系统或更小尺度的天气系统。

天气系统的分类在国际上也不完全统一。例如在美国分类术语中，将水平尺度在2 000～2km的系统，统称为中尺度天气系统，其中又分三类:200～2 000km的称为中α尺度天气系统，包括台风、锋面等；20～200km的称为中β尺度天气系统，包括龙卷、飑线等；2～20km的称为中γ尺度天气系统，包括雷暴单体等。而日本则将2 000～200km范围内的系统称为中间尺度天气系统，将200～1km范围的系统，称为中尺度天气系统。此外，也有将行星尺度天气系统和天气尺度天气系统统称为大尺度天气系统，把凡是比天气尺度小的天气系统，包括中间尺度、中尺度和小尺度天气系统，统称为次天气尺度天气系统；也有人只把比天气尺度系统小一些的系统（即专指中间尺度天气系统）称为次天气尺度天气系统。更客观、更统一的天气系统分类有待进一步研究。

各类天气系统都是在一定地理环境中形成、发展和演变的，都具有一定的地理环境特性。在极地和高纬地区，终年严寒、干燥的环境特性，成为极地和高纬地区的高空极涡、低压槽和低空冷高压系统形成、发展的必要条件。低纬地区终年高温、潮湿，大气处于不稳定状态，是对流天气系统形成、发展的重要基础。中纬度处于冷暖气流交汇地带，锋面、气旋系统得以形成和发展。另外，天气系统的形成、活动反过来又会给地理环境以影响，进而影响社会生活和经济活动。因此，认识和掌握天气系统的结构、组成、运动变化规律以及同地理环境间的相互关系，对正确理解天气的变化是十分重要的。

2.1 天气系统术语

2.1　天气系统术语