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天气学原理 天气预报  

2007-11-12 21:45:02|  分类: 天气学教学课件 |  标签: |举报 |字号 订阅

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一  概述

 

天气预报是把三维空间的形势——高空和地面,有机地配合起来,根据高、低空系统的相互联系和相互关系,较为正确地分析天气系统变化的趋势,综合判断未来天气的变化,作出预报。

 

二 形势预报的基本原理和方法

一、外推法

分两种情况:一种是假定系统的移动速度和强度变化基本上不随时间而改变,这时系统的移动距离或强度变化与时间成线性关系,这种外推叫做直线外推或等速外推。另一种是假定系统的移动速度或强度变化接近“等加速”状态,这时系统的移动距离或强度变化与时间成曲线关系,外推时要考虑其“加速”情况,故叫做曲线外推或加速外推。

1、高低压系统的外推

先看等速外推的情况,因这时假定系统的移速和强度变化是等速的,故只需要根据当时及过去某一时间两张图即可进行。

天气学原理  天气预报 - 如是 - 如是博客

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应用外推法时应注意以下几点:

1)外推法主要用于天气系统呈相对静止的状态,由于静止只是相对的,天气系统的运动状态也就会或多或少的发生着变化。

2)所用资料的时间间隔不宜过长。

3)气压系统的中心位置和中心数值要尽量定准确。

4)注意气压日变化的影响。

运动学方法

利用气压系统过去移动和变化所造成的变高(或变压)的分布特点,通过运动学公式,预报系统未来移动和变化的方法。

1、变压法

变压法常用来预报地面气压系统的变化。通常用3小时变压和24小时变压。

1)气压系统移动的预报

任意变量F在固定坐标和运动坐标中局地变化的关系式为

(i)等压线移动的预报。使运动坐标系随等压线p一起移动,若等压线的移动方向为法线方向,则取x轴与等压线的法线方向一致。

(ii)槽、脊线移动的预报。使运动坐标系随槽、脊线一起移动,取x轴垂直于槽、脊线,并指向气流的下游方向,和槽、脊线的移动方向基本一致。

(iii)气旋\反气旋中心移动的预报.

天气学原理  天气预报 - 如是 - 如是博客

 

涡度平流和热成风涡度平流原理的应用

中纬度天气系统的发展与大气斜压性密切相关。高空天气系统的发展除了考虑无辐散层上的涡度平流外,还需要考虑大气的斜压性。

天气学原理  天气预报 - 如是 - 如是博客

 

1)疏密项                

此项表示切变涡度沿气流方向的变化。实践证明,除个别情况下,此项不甚重要。

2)散合项                      

当等高线呈气旋性曲率并沿气流方向散开时,则,所以 。同样可以求得Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区内等压面高度的变化。

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3)曲率项

 

相对涡度平流的作用,可概括为下面几条定性规则:

1)对称性槽(脊)没有发展,疏散槽(脊)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,则槽(脊)移动迅速;槽(脊)前汇合,槽(脊)后疏散,则槽(脊)移动缓慢。

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高空引导气流原理的应用

实践发现,地面浅薄的气压系统(如冷高压,青年气旋等)以及锋面的移动,与高空某高度的气流方向大体一致,其移动速度与该高度上的风速成正比,因而把该层的高空气流称为引导气流,地面系统的移速与引导气流的风速之比值称为引导系数。

一般认为,500hPa或700hPa层接近于无辐射层,所以实际工作中通常用500或700hPa高度上的气流作为引导气流。

 

一  概述

 

天气预报是把三维空间的形势——高空和地面,有机地配合起来,根据高、低空系统的相互联系和相互关系,较为正确地分析天气系统变化的趋势,综合判断未来天气的变化,作出预报。

 

二 形势预报的基本原理和方法

一、外推法

分两种情况:一种是假定系统的移动速度和强度变化基本上不随时间而改变,这时系统的移动距离或强度变化与时间成线性关系,这种外推叫做直线外推或等速外推。另一种是假定系统的移动速度或强度变化接近“等加速”状态,这时系统的移动距离或强度变化与时间成曲线关系,外推时要考虑其“加速”情况,故叫做曲线外推或加速外推。

1、高低压系统的外推

先看等速外推的情况,因这时假定系统的移速和强度变化是等速的,故只需要根据当时及过去某一时间两张图即可进行。

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应用外推法时应注意以下几点:

1)外推法主要用于天气系统呈相对静止的状态,由于静止只是相对的,天气系统的运动状态也就会或多或少的发生着变化。

2)所用资料的时间间隔不宜过长。

3)气压系统的中心位置和中心数值要尽量定准确。

4)注意气压日变化的影响。

运动学方法

利用气压系统过去移动和变化所造成的变高(或变压)的分布特点,通过运动学公式,预报系统未来移动和变化的方法。

1、变压法

变压法常用来预报地面气压系统的变化。通常用3小时变压和24小时变压。

1)气压系统移动的预报

任意变量F在固定坐标和运动坐标中局地变化的关系式为

(i)等压线移动的预报。使运动坐标系随等压线p一起移动,若等压线的移动方向为法线方向,则取x轴与等压线的法线方向一致。

(ii)槽、脊线移动的预报。使运动坐标系随槽、脊线一起移动,取x轴垂直于槽、脊线,并指向气流的下游方向,和槽、脊线的移动方向基本一致。

(iii)气旋\反气旋中心移动的预报.

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涡度平流和热成风涡度平流原理的应用

中纬度天气系统的发展与大气斜压性密切相关。高空天气系统的发展除了考虑无辐散层上的涡度平流外,还需要考虑大气的斜压性。

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1)疏密项                

此项表示切变涡度沿气流方向的变化。实践证明,除个别情况下,此项不甚重要。

2)散合项                      

当等高线呈气旋性曲率并沿气流方向散开时,则,所以 。同样可以求得Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区内等压面高度的变化。

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3)曲率项

 

相对涡度平流的作用,可概括为下面几条定性规则:

1)对称性槽(脊)没有发展,疏散槽(脊)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,则槽(脊)移动迅速;槽(脊)前汇合,槽(脊)后疏散,则槽(脊)移动缓慢。

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高空引导气流原理的应用

实践发现,地面浅薄的气压系统(如冷高压,青年气旋等)以及锋面的移动,与高空某高度的气流方向大体一致,其移动速度与该高度上的风速成正比,因而把该层的高空气流称为引导气流,地面系统的移速与引导气流的风速之比值称为引导系数。

一般认为,500hPa或700hPa层接近于无辐射层,所以实际工作中通常用500或700hPa高度上的气流作为引导气流。

 

天气学期中复习及检测题

 

天气学课程学习要求和主要内容

 

v课程目的与基本要求:

v通过本课程的学习, 增强学生对发生在大气中的各种天气现象和天气过程的物理本质及其演变规律的认识, 结合《天气学分析》的训练,使学生初步建立和掌握天气图分析的方法和分析过程、分析思路, 了解各种天气系统的空间结构, 以及它们发生、发展和移动、演变过程的物理机制和预报方法

 

教学中总的思路:

 

v《天气学原理》是一门注重于培养学生理解天气变化规律、有利于通过天气图分析提高实际综合分析能力的课程。其着眼点体现在:建立天气系统的概念,了解天气系统时、空三维立体结构特征以及天气系统位置的移动和强度变化的规律。该课程注重对大气动力学理论与实际天气系统变化规律的结合,不要求对公式的具体推导。

 

天气系统的概念

v什么是天气系统;

v- 天气系统的时空尺度特征;

v - 大气中存在许多不同时空尺度的系统

v- 正确理解天气系统的特征尺度。

 

v气团的概念;

v- 气团的形成;

v- 气团的分类;

v- 气团变性;

v- 气团源地。

v重点:

v- 气团的概念

v难点:

v- 深刻理解气团的形成和变化

 

v要点:

v- 锋的空间特征、不连续面的概念、锋面坡度、锋的强度;

v- 锋的分类;

v- 锋附近要素场的分布特征;

v- 锋的移动、锋面天气;

v- 锋强度的变化。

v重点:

v- 锋的空间结构特征;

v- 锋附近要素场的分布特征;

v- 锋的移动和锋强度的变化。

v难点:

v- 锋附近要素场的分布特征;

v- 锋强度的变化。

v难中之难:锋的综合分析能力

 

v气旋、反气旋的定义、分类;

v- 气旋、反气旋的气候路径和活动规律;

v- 气旋、反气旋的强度。

v- 涡度的概念;

v- 自然坐标中的涡度表达形式!;

v- 从天气图上判断涡度的分布和变化!;

v- 平流(温度平流、涡度平流)!!!;

v- 涡度平流及在天气图上分析涡度平流。

v影响位势倾向的因素及物理意义;

v- 垂直运动的分布特点及影响因素;

v- 影响地面气旋、反气旋发展的因素及物理意义。

v–锋面气旋的生成;

v–锋面气旋的发展模型

v–影响中国气旋活动的特点

v重点及难点:

v- 从天气图上判断涡度的分布和变化;

v- 涡度平流及在天气图上分析涡度平流

v- 涡度平流、温度平流和非绝热加热对位势高度和垂直运动的影响作用。

v- 涡度平流、温度平流和非绝热加热等因素对地面气旋发展的影响。

v- 利用位势倾向方程判断等压面图上槽、脊振幅的变化

v- 利用ω方程判断垂直天气图上垂直速度的分布;

v- 利用地面气旋、反气旋发展方程判断温带气旋、反气旋的变化。 

v重点:

v- 静止锋上波动对锋面气旋发生发展的过程、空间结构及变化

v- 北方气旋、南方气旋的季节变化特点及地域性特征。从锋面气旋的共性中掌握各地气旋的特点

v要点:

v- 大气纬向平均环流场的特征;- 大气平均经向环流特征;

v- 大气平均层环流特征;- 海平面环流特征。

v- 太阳辐射分布的影响;- 地球(自)旋转的影响;

v- 角动量输送的影响;- 海陆分布与高原大地形的影响。

v- 大气环流季节变化的时间特征;- 大气环流季节变化的空间特征;

v- 行星锋区的时空分布特征;- 行星锋区的季节变化特征;

v- 急流的形成;- 行星锋区与急流的关系;

v- 行星锋区、急流与地面气旋分布的关系。   

v- 长波与短波的定义;- 大气长波的移动;

v- 大气长波的空间结构;- 长波调整;

v- 上、下游效应;- 西风带短波活动

v阻塞高压定义; 形成、结构和天气;

v-阻塞高压崩溃和消亡过程;- 对中期天气预报的影响;- 对强对流天气的影响。

v重点:

v    - 大气平均环流场的特征

v- 影响大气环流的因素及其作用。

v- 东亚地区大气环流的季节变化特征及影响因素

v- 行星锋区、急流与地面气旋分布相互之间的关系。

v- 大气长波的移动;- 大气长波的空间结构;

v- 长波调整;- 上、下游效应

v阻塞高压形成、结构 、崩溃和消亡过程

 

围绕课程的终极目标

v掌握天气变化规律,并超前预测  天气系统(锋[气团]、气旋[温带、热带]、急流[高空、低空]、槽脊[长波、短波]) 时空分布(大气环流、统计特征)

从哪些方面考虑变化(系统移动、锋生消、气旋发展、环流影响因素、位势倾向、地形、高低空配置等)

         综合分析, 得出判断

 

期中检测 

v1 什么是气团?什么是锋?气团性质的改变是如何发生的?

v2 锋的动力学条件和运动学条件

v3 等压面上,锋区附近的温度场分布有什么特点?锋区附近的高度场一般有什么特征?

v4 如何判断地面图上锋的移动和强度的变化?

v5 地面气旋或反气旋对应的高空系统是什么?什么原因造成这种配置关系?

v6 地面气旋或反气旋的发展变化主要与什么因素有关?地形对气旋和反气旋有什么影响?

v7 图示冷暖平流、涡度平流。如何在等压面图上判断槽脊振幅的变化?

v8 锋面气旋的形成大概有几种类型?各种类型分别具有什么特点?

v9 什么是大气长波?长波的移动受哪些因素影响?

v10 北半球大气环流场的分布有什么特征?

v11 影响大气环流的主要影响因素有哪些?各起什么作用?

v12 大气环流的季节变化有哪些特征?

v13 高空急流和行星锋区有什么联系?

v14 青藏高原大地形对大气环流形成有什么影响?

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