《天气学原理》复习重点下.docx

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《天气学原理》复习重点下

《天气学原理》复习重点（下）

Char3气旋与反气旋

1、气旋（反气旋）是占有三度空间的，在同一高度上中心气压低（高）于四周的流场中的涡旋。

气旋在北半球逆（顺）时针旋转，在南半球相反。

温带的气旋和反气旋冬季强于夏季，海上的气旋强于陆上的，陆上的反气旋强于海上的。

气旋按地理分为热带气旋和温带气旋；按热力结构分为锋面气旋和无锋气旋

反气旋地理分为极地、温带和副热带反气旋；按热力结构分为冷性和暖性反气旋

2、涡度方程

涡度：

表示流体质块的旋转程度和旋转方向

∂ξ/∂t>0表示气旋性涡度增加，反气旋性涡度减小

∂ξ/∂t<0表示反气旋性涡度增加，气旋性涡度减小

涡度倾侧项：

由于垂直速度在水平方向分布不均匀，引起涡度的变化

水平无辐散大气中绝对涡度守恒。

位势涡度守恒解释气柱上山下山强度变化：

气柱上山，H减小，辐散，f不变，则气旋性涡度减小，反气旋性涡度增大；气柱变短，为了保持位势涡度守恒，正涡度减小，有正变高，所以槽和低压减弱，脊和高压增强；

青藏高原（第五章）：

上（下）山，气柱缩短（伸长），为了保证整层大气的不可压缩性，必伴有水平辐散（合），同时在水平地转偏向力作用下，反气旋（气旋）涡度生成，则气旋性涡度减小，反气旋性涡度增大；考虑准地转运动有等压面高度升高（降低），低值系统（高空槽、低中心）减弱（加强），高值系统（高空脊、高中心）加强（减弱）。

3、位势倾向方程

（1）地转风绝对涡度平流可分为地转涡度的地转风平流和相对涡度的地转风平流

解释槽脊移动：

波长<3000km的短波，以相对涡度平流为主

槽前脊后：

正相对涡度平流，有负变高；槽后脊前：

负相对涡度平流，有正变高

槽线、脊线：

相对涡度平流为0，等压面高度没有变化，槽脊不会发展，而是向前移动。

物理解释：

槽前脊后借助西南风将正相对涡度大的向小的方向输送，使得其固定点正相对涡度增加，在地转偏向力作用下伴随水平辐散，气柱质量减少，地面减压，有负变压中心，地面辐合，这样高空辐散，地面辐合，有上升运动，上升绝热冷却，气柱收缩，高层等压面高度降低，有负变高；相反，槽后脊前引起高层等压面高度增加，槽线处变高为零，所以，槽无加深减弱，向东，即向前移动。

波长>3000km的长波，以地转涡度平流为主

槽前脊后：

有偏南风时，v>0，有负的地转涡度平流，负变高

槽后脊前：

有偏北风时，有正变高

槽线、脊线上无变高，槽无加深减弱，向后移动即向西移动。

（2）厚度平流随高度变化项：

自由大气中，温度平流总是随高度减弱的，高空脊上，风随高度顺转，有暖平流时Vg·▽T<0，气柱厚度增大，等压面升高，槽减弱；高空槽上，风随高度逆转，有冷平流>0，等压面降低，槽加深。

（3）非绝热加热随高度变化项：

当非绝热加热随高度增加时，>0，等压面降低

4、ω方程

解释L<3000km，500hpa上升下沉运动：

（1）涡度平流随高度变化

正涡度平流随高度增加，>0，有上升运动ω<0。

物理：

地面低压中心，涡度平流很小，其上空为正涡度平流，气旋性涡度增加，产生水平辐散，出现补偿上升运动。

（2）厚度平流的拉普拉斯

高空脊上，风随高度顺转，有暖平流，-V·▽hT>0时，有上升运动

高空槽上，风随高度逆转，有冷平流，-V·▽hT<0时，有下沉运动

物理：

暖平流使高压脊500~1000hpa厚度增加，等压面升高，温压场不平衡，在气压梯度力作用下，产生水平辐散，为保持质量连续，必产生补偿上升运动。

（3）非绝热加热的拉普拉斯

非绝热加热区，有上升运动；非绝热冷却区，有下沉运动

5、斜压系统的发展

平均冷温度舌落后高度场，在这种温压场配置下，高空槽前地面为气旋，槽后地面为反气旋。

槽前有暖平流，槽后有冷平流。

●高空槽前有正涡度平流，气旋性涡度增加，在地转偏向力作用下产生辐散，从而使地面减压，又在气压梯度力作用下，在负变压区出现辐合。

高层辐散、低层辐合，必有上升运动。

高层等压面降低（负变高），使气压场与流场适应；辐合又产生气旋性涡度，地面气旋加深发展。

●高空槽后有负涡度平流，反气旋性涡度增加，在地转偏向力作用下产生辐合，从而使地面加压，又在气压梯度力作用下，在正变压区出现辐散。

高层辐合、低层辐散，必有下沉运动。

高层等压面升高（正变高），使气压场与流场适应；辐散又产生反气旋性涡度，地面反气旋加深发展。

6、动力因子和热力因子

动力因子（涡度因子）－－相对涡度平流

主要是高空槽前的正涡度平流促使了地面气旋的发展。

也可以说，是上下层涡度平流的差异（地面低压中心涡度平流很弱）促使了地面气旋的发展。

我们称它为气压变化的动力因子，也称涡度因子。

槽前脊后的正涡度平流和槽后脊前的负涡度平流使得高空槽脊向前移动，地面气旋、反气旋加强发展。

热力因子——温度平流

地面气旋后部，反气旋前部为冷平流加压；气旋前部，反气旋后部为暖平流减压，分别使气旋和反气旋向前移动。

在高空相反，冷平流使槽加深，暖平流使脊加强。

7、温带气旋的发展阶段和温压场

波动阶段：

温度场落后于高度场，地面气旋位于高空槽前；但高空未出现闭合等高线。

温度平流零线穿过气旋中心，气旋前部为暖平流，后部为冷平流。

成熟阶段：

高空槽加深并已出现闭合中心，温度场仍落后于高度场，但两者比前一阶段接近。

锢囚阶段：

高空槽出现闭合中心，温度场仍落后于高度场，但低中心和冷中心更加接近。

地面气旋发展到最强阶段，开始锢囚。

消亡阶段：

高空温压场近于重合，成为一个深厚的冷低压。

地面气旋也变成一冷低压，锋面移到气旋的外围。

8、气旋再生、气旋族、热低压和爆发性气旋的含义

气旋再生：

趋于消亡或已经消亡的气旋在一定的条件下又重新发展起来的过程。

有三类——副冷锋加入后再生、气旋入海后加强、两个锢囚气旋合并加强。

气旋族：

在同一条锋系上出现的气旋序列

热低压：

一种无锋面气旋，由于近地面加热，一般只出现在近地面层（700hPa以下），3－4km就不明显的暖性低压系统，浅薄而少移动。

通常可分为地方性热低压和锋前热低压。

爆发性气旋：

温带气旋移出陆地后常突然猛烈加强，中心气压24h下降大于24hPa。

9、北方气旋、南方气旋

南方气旋（25º-35ºN）：

江淮气旋和东海气旋

北方气旋（45º-55ºN）：

蒙古气旋、东北气旋、黄河气旋和黄海气旋

10、倒槽锋生型气旋

江淮气旋：

静止锋上波动、倒槽锋生

倒槽锋生型：

地面变性高压东移入海后，由于高空南支锋区上西南气流将暖空气向北输送，地面减压形成倒槽并东伸。

这时在北支锋区上有一小槽从西北移来，在地面上配合有一条冷锋和锋后冷高压。

典型气旋和倒槽锋生气旋有何不同：

（1）典型气旋：

发生在冷高压的南部；东、西风的切变明显；形成开始就存在有明显的锋面，高空有扰动

（2）倒槽锋生气旋：

发生在倒槽中；具有西南风和东南风的切变。

形成之初无明显锋区，以后由于锋生，锋区才开始明显起来，但高空有比较明显的槽。

Char4大气环流

1、大气环流：

一般来说，指大气具有全球范围的大尺度大气运行的基本状况，其水平尺度在数千公里以上，垂直尺度在10km以上，时间尺度在1~2天以上。

2、平均纬向风分量的经向分布

夏季（7月份）

（1）低纬：

低层小范围的西风；其他部分为东风；最大风速中心在平流层；东风带在下部各占南北约30⁰

（2）中高纬：

对流层中夏季西风较弱（与冬季比较而言）；北半球最大风速中心在（200hPa；40⁰N）

（3）北半球平流层为环极地的东风。

冬季（1月份）

（1）铅直向上东风带迅速变窄

（2）中高纬度对流层中西风较强（北半球尤其明显）；最大风速中心在（200hPa；30⁰N）

（3）北半球极区冬季从对流层到平流层均为西风

3、平均经向风分量的经向分布

夏季

（1）13⁰N-40⁰N低层盛行1m/s以下的北风分量

（2）高空为较弱的南风

（3）近赤道地区；低层南风达2.5m/s；高空为小于2m/s的北风

冬季

（1）30°N以南对流层低层为较强的北风，最大3.5m/s，其上空（200-300hPa）同时有明显的南风分量，最大风速2.5m/s，中部风较弱（平直西风）。

（2）40°N以北低层平均为南风，高层则平均为北风，风速均不足1m/s。

4、对流层中部（500hPa）平均水平环流

5、对流层底部的水平环流

半永久性大气活动中心：

冰岛低压，阿留申低压，太平洋副高（夏威夷高压），大西洋副热带高压（亚速尔高压），格陵兰高压，这些系统的活动对广大地区的天气和气候都有重大影响。

6、控制大气环流的基本因子：

太阳辐射、地球自转、地球表面不均匀性、地面摩擦。

海陆分布的影响：

白天吹海风，晚上吹陆风。

形成季风，夏季吹海风，冬季吹陆风。

地形影响：

迫使气流绕行、爬坡，使气流速度发生变化。

如青藏高原，西风绕流作用形成北脊南槽。

气流在引发坡有利于反气旋性涡度加强，而在背风坡有利于气旋性涡度加强。

冬季东亚大槽是海陆热力差异和西藏高原地形动力作用的产物。

7、三圈环流

0-30°S/N哈德莱环流圈低层东北东南信风，高层西风

30-60°S/N费雷尔环流圈低层西风，高层带状西风

60-90°S/N极地环流圈低层东风，高层西风

8、极锋与副热带锋有何不同？

极锋定义：

来自极地和高纬的低层东北气流，一般比较干冷，与来自低纬的暖湿西南气流相遇形成的锋区。

副热带锋区：

在对流层中上部哈德莱环流中，来自赤道的暖湿气流与间接环流高空的较干冷北风气流之间形成的锋区。

9、极涡：

在60ºN（S）-90ºN（S）范围内绕极地逆时针旋转的大气环流。

极涡是活动于极地附近的冷性涡旋。

10、极地近地面温度分布特点

（1）垂直方向：

冰雪面上强烈辐射，存在厚度为2km的明显逆温层；夏季逆温减弱

（2）地面温度年变化显著：

冬季-30ºC以下；夏季0ºC左右

（3）极地地区大气层结稳定

11、

东北信风：

北半球的副热带反气旋中心流向赤道的偏东北气流因为很稳定所以称为东北信风

赤道辐合带：

东北信风和东南信风交汇的地区

沃克环流：

纬圈环流最主要的结构是在印度尼西亚和西太平洋暖洋面上的上升运动及其东西两侧的下沉运动。

12、急流

含义：

一股强而窄的气流带，主要集中在对流层的上部或平流层中，急流中心最大风速≥30m/s.具有强大的水平风速切变和垂直风速切变（水平：

5m/s/100km,垂直：

5－10m/s/km）

低空急流：

600百帕以下出现的强而窄的气流带。

与暴雨、飑线、龙卷、雷暴等剧烈天气有密切关系。

种类：

极锋急流、副热带西风急流和热带东风急流

基本特点：

急流轴的左侧风速具有气旋性切变，右侧具有反气旋性切变，左侧相对涡度为正，右侧为负，涡度梯度在轴附近最大。

急流轴左侧有偏差风辐合，右侧辐散。

极锋锋区和副热带锋区的区别：

极锋锋区在60°N附近中低层，低层对应地面锋线；副热带锋区在30°N附近高层，地面无锋线。

13、季风和信风

季风：

由于大陆与海洋温差的季节性变化造成气压场季节性变化，与气压场相联系的风场也发生根本变化，这种大规模的季节性转换成为季风。

信风：

由于太阳辐射和地球自转形成的比较稳定的风系，赤道两侧分别有东北信风和东南信风。

东亚季风的特点：

对流层底部：

冬季盛行偏北风、偏西风，夏季偏南、偏东风；冬季干冷，夏季湿热，雨量集中在夏季。

对流层中部：

槽脊位置冬夏季相反。

高空冬季为西北风气流；夏季30ºN以北为西风，30ºN以南为偏东风。

13、青藏高原地形对东亚天气和环流的影响

绕流分支在高原北部形成地形脊，南部形成地形槽；气流上、下山对高空槽脊的强度有影响（位涡守恒）

冬季南支急流强（高原冷源），孟加拉湾地形槽前的暖平流水汽输送是我国冬季的主要通道；

夏季北支西风急流强（高原热源），高原对大气的摩擦作用，风速南小北大，反气旋切变，高原北侧形成反气旋小高压，并东移，其东侧的北风与副高脊上的南风形成切变线，影响夏季降水。

Char5天气形势及天气要素预报

1、外推法

根据最近一段时间内天气系统的移动速度和强度变化规律，顺时外延，预报出系统未来的移动速度和强度变化。

分为等速外推和加速外推。

等速外推：

只需根据当时及过去某一时间的两张图即可进行

加速外推：

用曲线外推法需要3张图

2、天气系统的运动学预报法（变压法）

在运动系统上，选取一些特定点或特定线，使得在这些点或线上某要素在运动坐标系中的局地变化为零。

（1）槽（脊）线的移动规则：

1.槽线沿变压（变高）梯度方向移动，脊线沿变压（变高）升度方向移动；

2.槽线（脊线）的移速与变压（变高）梯度（升度）成正比，与槽线（脊线）强度成反比。

即在变压（变高）梯度相同的情况下，强槽（脊）比弱槽（脊）移动得慢。

（2）气旋和反气旋中心的移动规则：

1.正圆形的低压（高压）沿变压梯度（升度）方向移动，移动速度与变压梯度（升度）成正比，与系统中心强度成反比。

2.椭圆形高压（低压）的移动方向介于变压升度（梯度）与长轴的之间；长轴愈长，愈接近于长轴。

移动速度与变压升度（梯度）成正比，与系统中心强度成反比。

（3）槽脊强度预报

当气旋中心或槽上出现负变压（正变压）时，气旋或槽将加深（填塞）。

当反气旋中心或脊上出现正变压（负变压）时，反气旋或脊将加强（减弱）。

3、高空天气形势预报

平均层涡度方程：

平均层涡度局地变化=绝对涡度平流（相对涡度平流为主）+热成风涡度平流

（1）考虑了热成风的存在，是由大气的斜压性产生的，这里假设各层等温线平行，实际并非真正平行，只是一个近似方程

（2）大气顶层ω0=0，若不考虑地形和摩擦作用，则地面平坦，地面垂直速度ωP≈0，弱考虑摩擦作用，则平均层上的涡度要发生变化

（3）从实际理论分析，平均层接近600hpa，又因实际只分析500hpa，因此用500hpa近似

（4）500hpa上天气系统发展以涡度平流为主，但热成风平流仍然重要

4、涡度平流定性判断

地转涡度平流：

Af=-V·▽f=-vβ（北半球β>0）槽前脊后有南风分量时（v>0）有负的地转涡度平流，有北风分量时有正的地转涡度平流。

对于偏南北向的槽，地转涡度平流使其向西移动。

对于东西向的槽，不会移动。

横槽在槽（脊）线上为偏北气流时，有正的地转涡度平流，对涡度局地变化有正贡献，使槽加深（脊减弱）；为偏南气流时，槽减弱（脊加强）。

相对涡度平流：

散合项、曲率项、疏密项（不重要）

散合项：

槽前Ks>0，有正曲率涡度平流A>0，∂H/∂t<0负变高，使槽加深。

若∂H/∂t>0，脊加强。

曲率项：

槽前曲率∂Ks/∂s<0→∂H/∂t<0负变高，槽后<0正变高，槽脊线上=0，固曲对槽脊发展无影响，使其向前移动

在槽线处为正相对涡度最大值，脊线处为负相对涡度最大值，槽前脊后，借助西南风，将正的相对涡度大值往小的地方输送，使得槽前脊后正的相对涡度增加，因此为正相对涡度平流。

（1）对称性的槽（脊）没有发展，疏散槽（脊）∂H/∂t<0负变高，是加深（加强）的，汇合槽（脊）是填塞（减弱）的。

（2）槽（脊）前疏散，槽（脊）后汇合，则移动迅速；槽（脊）前汇合，槽（脊）后疏散，则移动缓慢。

冷舌落后于高度槽，槽中有正热成风涡度平流，槽将发展。

当高度槽（脊）落后于冷舌，槽（脊）减弱。

5、地面天气形势预报

通常用1000hPa等压面图作为地面图

平均层高度变化项：

包括涡度平流和热成风涡度平流（同上）作用使气旋发展

平均冷暖平流（厚度平流）项：

冷平流Vg·▽T>0，使平均层与1000hpa间的厚度减小，等压面高度升高（正变高），气旋向前移动。

温度绝热变化项：

稳定大气中rd-r>0，ω<0有上升运动，由于绝热膨胀，气柱厚度减小，地面加压。

非绝热变化项：

非绝热增温dQ/dt>0或冷却dQ/dt<0包括乱流、辐射及蒸发、凝结三种热力交换过程。

加热时气柱厚度增大，有负变高。

引导气流（平均温度平流）：

地面系统中心的移动沿着平均层气流（地转风）的方向移动，称此气流为引导气流。

此项主要作用是使气旋、反气旋向前移动。

地形和摩擦的影响：

当山的坡度越大、水平风越大，且风向与山的走向越垂直时，垂直运动越强。

青藏高原对槽脊移动的影响：

A槽前气流爬坡，气旋性涡度减弱，正变高，抵消槽前正相对涡度平流造成的负变高，变高梯度减小——减速

B槽后爬坡——正变高（槽前已在高原上）变高梯度加大——加速

C移速不受地形影响

D槽前下坡（槽后还在高原上），气旋性涡度增加，负变高，与槽前相对涡度平流引起的负变高叠加，变高梯度增加——加速

E槽后下坡，出现负变高，抵消槽后负相对涡度平流引起的正变高，变高梯度减小——减速