天气学第五章(丁)ppt课件

.,1,5.1天气系统及天气形势的天气学预报方法5.2气象要素和天气现象的天气学预报方法5.3数值预报产品的释用,第五章天气形势及天气要素的预报,.,2,天气预报：根据气象观测资料，应用天气学、动力学、统计学的原理和方法，对某区域或某地点未来一定时段的天气状况做出定性或定量的预测。分天气形势预报和气象要素预报两方面。,.,3,常用的天气预报技术方法有：天气学预报方法统计学预报方法动力学预报方法天气-动力预报方法天气-统计预报方法动力-统计预报方法,.,4,天气预报分类：根据时效：0-2小时临近预报2-12小时甚短期预报12-48小时短期预报3-10天中期预报10天以上长期预报,.,5,5.1天气系统及天气形势的天气学预报方法,天气形势是指大范围流场、气压场、温度场三度空间的分布形势。它包含了大范围的环流及环流形势的各个天气系统。天气形势预报：预报各种天气系统的生消、移动和强度变化。是气象要素预报的基础。形势预报方法包括：数值预报方法天气学方法,.,6,趋势法：根据最近一段时间内天气系统演变的趋势，预报未来短时间内天气系统强度变化及移动。分为外推法和运动学方法。一、天气系统的外推预报法外推法：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。,.,7,1.等速外推：假定系统的移动速度和强度变化基本上不随时间而改变，系统的移动距离或它的强度与时间成线性关系，外推依据这种线性关系进行。,.,8,.,9,2.加速外推：假定系统的移动速度和强度的变化接近等加速状态，这时系统的移动距离或它的强度与时间成曲线关系，外推时要考虑加速情况。,.,10,.,11,加速外推,.,12,槽线移速和强度的外推,.,13,3.应用外推法应注意的问题a.大气运动处于相对稳定状态时外推法比较有效。而天气系统处于变化比较剧烈时，不可简单使用外推法。b.使用时尽量将系统的位置和强度定准确，外推时间不能过长，即图次时间间隔不能过长,.,14,二、天气系统的运动学预报方法（变压法）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，来预报系统未来的移动和变化的方法。,.,15,运动坐标系与固定坐标系中局地变化的关系固定坐标系：水平面上固定于地表的坐标系。设质点运动速度为固定坐标系中空气运动质点的个别变化为：,质点个别变化,固定坐标系中局地变化,固定坐标系中平流变化,.,16,（5.1）,空气运动质点的个别变化等于局地变化与平流变化之和,.,17,.,18,运动坐标系中局地变化,质点个别变化,运动坐标系平流变化,运动坐标系：水平面上，随着运动的天气系统相对于地表以速度C做水平运动的坐标系。质点运动速度为,（5.2）,.,19,所以：（1）右端=（2）右端得运动坐标系与固定坐标系中局地变化的关系,.,20,运动坐标系局地变化也可以看成是固定坐标系中以速度C运动的某点的个别变化,局地变化,负的平流变化,.,21,用运动学方法预报气压系统的移动,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一物理量在运动坐标系中的局地变化为零，即，并取X轴与系统运动方向一致，则,系统移动的运动学公式,.,22,某一物理量为零的系统,.,23,（）槽（脊）线的移动,.,24,槽（脊）线上,变高梯度,槽脊强度,.,25,槽脊移动的两条定性规则：槽线沿变压（变高）梯度方向移动，脊线沿变压（变高）升度方向移动槽线（脊线）的移速与变压（变高）梯度（升度）成正比，与槽（脊）强度成反比。变压（变高）梯度相同时，槽（脊）越强，移动越慢。,.,26,（2）气旋和反气旋中心的移动,.,27,.,28,.,29,对于圆形高低压中心,对于椭圆形高压中心,.,30,系统移动的两条定性规则a.圆形高(低压)中心的移动方向与变压升度（梯度）方向一致，高压中心向变压升度方向移动，低压中心向变压梯度方向移动,.,31,b.椭圆形的高压中心移向界于长轴与变压升度之间方向椭圆形的低压中心移向界于长轴与变压梯度之间方向,.,32,高低压系统移动的两条定性规则正圆形低压(高压）中心沿变压梯度（升度）方向移动椭圆形的高压（低压）中心移向界于长轴与变压升度（梯度）之间方向，长轴越长，越接近于长轴高低压系统移动速度与变压升度（梯度）成正比，与系统中心强度成反比,.,33,(3)用运动学方法预报气压系统的发展a.对于低压（高压）中心：,.,34,当，气旋将加深，反气旋将减弱当，气旋将填塞，反气旋将加强,.,35,b.对于槽线（脊线）,当，槽加深，脊减弱当，槽减弱，脊加强,.,36,（4）三小时变压和24小时变压（变高）在运动学方法中的应用,.,37,当系统24小时（或3小时）移动的距离sL（系统的波长时），使用运动学方法较好。,.,38,（5）用运动学方法预报时应注意的问题仍然是外推法，只能用于大气处于相对稳定状态三小时变压须消除日变化的影响公式未考虑系统加速度，一般是：加深的槽（加强的脊）移动是减速的填塞的槽（减弱的脊）移动是加速的运用形势预报方程，求出瞬间变压，进行预报,.,39,三高空天气形势预报思路：利用基本方程，估计瞬时的、之后运用上节的运动学规则，估计天气系统的发生发展和移动。,基本方程：考虑大气斜压性的平均层涡度方程,.,40,基本计算方法与概念,.,41,.,42,（一）高空形势预报的基本方程的推导,设有一平均层，平均层上大气是水平无辐散的,该式表示平均层上的涡度变化与该层的水平流场有关，与温度无关。,由简化涡度方程：,.,43,(5.15)不符合实际情况，实际中纬度天气的发生发展与大气斜压性密切相关，因而要引进一个考虑大气斜压性的基本方程。设：斜压大气中各层等温线平行，即风随高度无方向变化，只随高度线性增大。,平均层,.,44,整层大气平均风速,P0到平均层间的热成风,考虑大气斜压性：,.,45,代入简化涡度方程中,从p0到大气层顶积分，后对其求平均,.,46,利用可得,可得,.,47,.,48,.,49,热成风涡度平流，对平均层涡度守恒的修正,绝对涡度平流,据统计：=0.6,（5.19）,.,50,（二）基本方程的讨论1.（5.19）表示平均层上涡度随时间的局地变化等于平均层上的绝对涡度平流与热成风涡度平流之和。2.方程为近似方程，如假设各层等温线平行，实际是大致平行；地转风近似；地面垂直速度等于零等。3.平均层接近600hPa，但用500hPa近似代替。4.热成风涡度平流作用很重要，涡度平流和热成风涡度平流是天气系统发生发展的主要因子,.,51,（三）涡度平流和热成风涡度平流的定性判断,.,52,1.地转涡度平流项,.,53,.,54,.,55,.,56,.,57,结论偏南气流，有负地转涡度平流，正变高；偏北气流，有正地转涡度平流，负变高。,.,58,2.相对涡度平流、热成风涡度平流的定性判断对短波而言（L3000km），相对涡度平流比地转涡度平流大得多，所以相对涡度平流对短波的发生发展和移动的作用比地转涡度平流要大得多,.,59,相对涡度平流项,.,60,.,61,散合项,曲率项,疏密项,.,62,（1）疏密项表示等高线疏密程度沿气流方向变化的作用，即切变涡度沿气流方向的作用在等高线的密度沿气流方向在高压方向减小或在低压方向增大处，有正涡度平流，反之有负涡度平流,A点，V沿n的方向减小B点，V沿n的方向增大即沿气流方向，切变涡度从大到小变化，有正涡度平流,.,63,根据实际计算，此项作用较小，只在高空急流两侧附近作用较为重要，等高线散合项和曲率项的作用一般同时存在，两项之和为疏密项的25倍，在很多情况下，一般着重讨论其他两项,.,64,（2）散合项表示等高线曲率和等高线沿气流方向散开或汇合的综合作用,对称槽脊,.,65,槽脊线上无散合,.,66,（3）曲率项表示等高线曲率沿气流方向改变的作用,.,67,槽前脊后有正涡度平流，有负变高槽后脊前有负涡度平流，有正变高槽将向变高梯度方向移动,在槽脊线上曲率最大（小），故曲率项为零，其作用只是使槽脊移动，槽脊的发展主要是由散合项决定的,.,68,.,69,.,70,.,71,.,72,.,73,各项对槽脊发展的贡献（1）曲率项对槽脊的发展无贡献，只能引起槽脊的东移；（2）散合项对槽脊的发展有贡献。疏散槽（疏散脊）上有正（负）涡度平流，有负（正）变高，将发展汇合槽（汇合脊）上有负（正）涡度平流，有正（负）变高，将减弱,.,74,结论1：对称形槽脊没有发展，疏散槽（脊）是加深（加强）的，汇合槽（脊）是填塞（减弱的）,.,75,.,76,.,77,.,78,.,79,结论2：槽（脊）前疏散槽后汇合，则槽（脊）移动迅速；槽（脊）前汇合槽后疏散，则槽（脊）移动缓慢,.,80,.,81,（四）热成风涡度平流1.热成风涡度平流是对平均层涡度守恒的修正,.,82,.,83,2.热成风涡度与等厚度线的关系等同于地转风涡度与等高线的关系,.,84,在温度槽（冷舌）处热成风涡度最大在温度脊（暖脊）处热成风涡度最小,.,85,3.由于在推导方程时假设各层等温线的走向不随高度变化，则大致可以用500hPa或700hPa等温线近似代替等厚度线,.,86,仅从涡度平流还不能完全决定系统的发生、发展和移动趋势，热成风涡度平流反映了大气的斜压性作用，因此要考虑热成风涡度平流的作用。4.当温度槽落后于高度槽时，温度槽前的正热成风涡度平流向高度槽中输送，高度槽将加深。当温度脊落后于高度脊时，温度脊前的负热成风涡度平流向高度脊中输送，高度脊将加强。,.,87,正热成风涡度平流输送到高度槽中，槽加深,.,88,.,89,四地面天气形势预报,地面天气系统的发生和发展直接影响天气变化，是形势预报中重要项目。因为地面受到地形和摩擦的影响，而将涡度方程直接应用于预报地面形势有一定困难，所以一般是在高空形势预报方程的基础上订正。,.,90,以1000hPa等压面为地面图，设其高度为H0平均层等压面与1000hPa等压面的厚度为,（一）地面天气形势预报的基本方程,.,91,.,92,取平均值，得地面形势预报基本方程,平均层高度变化项散合项,平均冷暖平流项,绝热变化项,非绝热变化项,.,93,（二）基本方程的讨论平均层高度局地变化项：涡度平流和热成风涡度平流涡度平流和热成风涡度平流对地面天气系统的作用近似,.,94,.,95,.,96,物理意义：温带气旋上空处在500hPa槽前脊后，借助西南风将正相对涡度从大往小的方向输送，使得其上空固定点正相对涡度增加，同时在地转偏向力作用下伴随水平辐散引起低层地面质量减少，地面气旋（包括中心）降压，此气旋加深,槽线处借助西南热成风将正热成风涡度从大往小的方向输送，使槽线上正热成风涡度增加，反映正相对涡度增加，槽线处等压面高度降低，气旋性曲率加大。槽前正相对涡度平流更加大，引起槽前固定点正相对涡度更增大，同时在地转偏向力作用下伴随水平辐散更加大，引起低层地面质量减少更多，此气旋降压更厉害，气旋加深,.,97,（三）非绝热变化的影响表示由于冷热源作用而使地面气压产生局地变化,大气中非绝热过程主要有：下垫面作用：辐射、传导、乱流等过程水汽的凝结、蒸发过程经验指出，非绝热加热作用对锋面气旋的形成不起重要作用，而对冷高压和热低压来说是其形成的主要因子,.,98,地面气压下降，利于气旋发展地面气压上升，利于反气旋发展,冬季内陆湖泊处易有气旋生成或加强冬季西伯利亚、蒙古一带易于冷性反气旋生成，往往成为冷高压生成或加强的源地,.,99,非绝热加热还影响到大气稳定度，因而也影响到绝热变化的作用，稳定度的变化对大气本身的乱流热量交换有影响下垫面加热空气，大气稳定度减小，利于热量上传空气由下部受到冷却，大气趋于稳定，热量交换仅限于低层,.,100,（四）绝热变化的影响,一般大气处于稳定状态,当气旋上空有上升运动，由于大气稳定，上升绝热膨胀冷却。平均层以下气柱降温收缩，地面气旋等压面抬升，气压升高，抑制它加深发展。,.,101,气旋上空有上升运动，由于大气不稳定，有大量水气凝结释放潜热为主，平均层以下气柱增温膨胀，地面气旋等压面高度降低，反映气压降低，气旋加深发展。,气旋上空大气处于不稳定状态,.,102,负反馈和正反馈对于稳定大气，气旋中的上升运动和反气旋中的下沉运动都对他们的发展不利，也就是在他们的发生和发展中就包含着使它消亡的因素，着使一种负反馈作用在不稳定大气中，气旋中的上升运动使水汽凝结，潜热释放，利于气旋的发展，这是一种正反馈作用,.,103,（五）平均温度平流引导气流(steering)此项为平均层至1000hPa等压面间的温度平流,物理意义：气旋中心左（右）半部与高压中心右(左）半部上空对应槽（脊）线处，风随高度逆（顺）转，使气层间有了冷（暖）平流，反映平均层以下的平均也是冷（暖）平流，冷（暖）平流降（升）温，气柱收缩（膨胀），地面等压面抬升（降低）,.,104,当准地转平衡且各层等温线接近平行时，地面气旋和反气旋中心上空，地转风和热成风平行，没有冷暖平流，因此在地面气旋和反气旋中心，冷暖平流项对气压变化不起作用，不能使地面系统加强或减弱，而在气旋前部和反气旋后部，暖平流使地面减压，气旋后部和反气旋前部冷平流使地面加压，冷暖平流使地面系统移动,.,105,.,106,.,107,等厚度线与平均等温线成正比,.,108,.,109,.,110,地面系统中心沿平均层热成风方向移动，速度与热成风相等，而地面系统中心上空,若地面系统中的移动方向沿平均层上的气流方向移动，则称此气流为引导气流。,.,111,对低压系统，移动方向偏右，对高压系统，移动方向偏左。移动速度低于平均层风速,.,112,五地形和摩擦作用,1地形造成的垂直运动,.,113,基本公式,.,114,由公式可看出：当山的坡度越大，水平风速越大，垂直运动越强,.,115,2摩擦造成的垂直运动,.,116,.,117,摩擦层顶垂直速度,地形造成垂直速度,地面摩擦应力向量,.,118,.,119,地面实际风涡度为正的地区有上升运动，反之有下沉运动因此：低压区和流线为气旋性曲率或气旋性切变明显区域有上升运动高压区和流线为反气旋性曲率或反气旋性切变明显区域有下沉运动,.,120,摩擦作用发生在摩擦层中，越向上摩擦力越小，到自由大气等于零，低（高）压中心周围，风边逆（顺）时针旋转边向中心（外）辐合（散）。辐合（散）上升（下沉）随高度减小，气柱压缩（伸长），必伴有水平辐散（合）。同时在力作用下，反气旋（气旋）涡度生成，使原来低（高）压的气旋（反气旋）性涡度减小，低（高）压减弱,.,121,3地形和摩擦对地面气压的影响,.,122,3地形和摩擦对地面气压的影响,.,123,槽和气旋山前填塞，山后发展；脊和反气旋山前加强，山后减弱背风气旋发展迎风坡地形脊，背风坡地形槽青藏高原的影响：动力和热力影响动力：槽脊移速、槽脊的走向地形槽脊的形成、西南涡等热力：夏季垂直环流季风环流,.,124,在无地形影响情况下，槽前有负变高，槽后正变高，槽向变高梯度方向移动。以下为高原地形对变高和槽移速和强度的影响,.,125,A处：槽前处在上坡，有正变高，槽后平坦，变高为零，叠加后变高梯度减小，移速变慢。处：槽前已上坡，变高为零，槽后处在上坡，有正变高，叠加后变高梯度增大，移速加快。C处：槽已在高原上，槽前槽后均无地形造成的垂直运动，变高不受地形影响，移速正常。D处：槽前处在下坡，有负变高，槽后平坦，变高为零，叠加后变高梯度增大，移速加快。E处：槽前已下坡，变高为零，槽后处在下坡有负变高，叠加后变高梯度减小，移速变慢。,.,126,高原南北两侧西风带的槽脊移速不同：一般北部大于南部气流绕流使高原北侧有反气旋性涡度，南侧有气旋性涡度，使得槽移到高原北侧强度减弱移速加快，脊移到高原北侧强度加强，速度减慢,.,127,高原的摩擦作用摩擦作用总是使得系统强度减弱，系统越强，强度减弱越快摩擦作用对气旋影响较大，对反气旋影响较小,.,128,.,129,地形和下垫面的摩擦作用所造成的垂直运动越到高空越弱，造成的涡度局地变化低层大于高层同样的地形和摩擦作用，对低层的影响相对比高层大,.,130,六、锋的移动预报锋面移速取决于锋面两侧风速垂直于锋面的分量大小以及风向我国冷锋在北方快暖锋移速小冬季快,春季次之,秋季又次之,夏季慢（1）外推法顺时外延，结合地形气压场流场稳定，地形平坦，外推效果好气压场流场稳定，地形不平坦，要充分考虑地形当气压场流场变动时，则取决于对气压场和流场的正确预报,.,131,（2）变压法,.,132,.,133,对于暖锋暖锋前变压代数值小于锋后，暖锋向前移动，变压差越大移动越快,对于冷锋冷锋前变压代数值小于锋后，冷锋向前移动，变压差越大移动越快,.,134,锋面（冷锋、暖锋）总是向变压较小的方向移动，移速大小与锋前后变压差值成正比准静止锋比较大小,.,135,使用变压法注意的问题三小时变压受温度平流、辐合辐散、日变化和垂直运动的影响是瞬时变压，但用三小时变压代替，时效不可过长变压差一样的锋，大小相同，移速不一定相同，还要考虑密度差和锋面坡度若锋面移速和锋面坡度变化不大而变压差增大，说明锋面在加强,.,136,（3）引导气流法地面锋线沿700hPa或500hPa等压面上的气流方向移动，移速与垂直锋面的风速成比例习惯上说700hPa或500hPa等压面上的气流对地面锋有引导作用,.,137,考虑锋面移速时要考虑高空槽的发展，注意引导气流强度变化和引导气流与锋面交角的变化,.,138,地面气压场对锋面移动的影响冷锋前气压场变化不大，锋后冷高压越强，移动越快冷锋前为均压带或低压带，移动较快冷锋移近强暖高，暖高无减弱，则锋面移速减慢或准静止锋面气旋中心风速越大，近中心锋段移动越快地面椭圆形高压长轴上的冷锋段移动快,.,139,地形对锋面移动的影响大地形如山脉、高原可使锋面形状发生弯曲变形，移速减慢或形成锢囚对天气：山前锋面爬坡，助长上升运动，使天气加剧，山后锋面下坡，出现下沉运动，天气减弱,.,140,七、经验预报法1相似形势法2天气学模式法3统计资料法4预报指标法5周围系统的影响624小时变压、变高和变温的应用,.,141,八、卫星云图在天气形势预报中的应用1根据云系特征寻找天气系统的发展指标2根据卫星云图寻找天气系统移动的指标,.,142,九、用天气学方法作形势预报的一般程序形式预报规则：五流、三变、周、史、地、推以及卫星云图形势预报程序1对历史状况进行调查研究2根据历史和现状作出未来的预报,.,143,5.2气象要素和天气现象的天气学预报方法,天气要素：指晴、阴、雨、风力、风向、温度等要素。天气要素预报：预报未来晴、阴、雨、风力、风向、温度等情况。,.,144,大气模式：把气象要素的过去、现在和未来的分布状态与天气联系起来的媒介，或者说表现二者之间相互关系的中间物，是大气模式。三种大气模式：数值模式：通过流体动力学和热力学处理，给出定量关系天气学模式：通过经验规则的处理，给出定性关系统计模式：通过概率统计学处理，给出在统计意义上的定量关系,.,145,常用的天气预报技术方法有：天气学预报方