天气学第五章(丁)

1、5.1 天气系统及天气形势的天气学预报方法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数值预报产品的释用 第五章第五章 天气形势及天气形势及 天气要素的预报天气要素的预报 天气预报：根据气象观测资料，应用天气天气预报：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区域或某地点未来一定时段的天气状况做 出出定性定性或或定量定量的预测。分天气形势预报和的预测。分天气形势预报和 气象要素预报两方面。气象要素预报两方面。

2、 常用的天气预报技术方法有：常用的天气预报技术方法有： 天气学预报方法天气学预报方法 统计学预报方法统计学预报方法 动力学预报方法动力学预报方法 天气天气-动力预报方法动力预报方法 天气天气-统计预报方法统计预报方法 动力动力-统计预报方法统计预报方法 天气预报分类：天气预报分类： 根据时效：根据时效： 0-20-2小时小时 临近预报临近预报 2-122-12小时小时 甚短期预报甚短期预报 12-4812-48小时小时 短期预报短期预报 3-103-10天天 中期预报中期预报 1010天以上天以上 长期预报长期预报 5.1 天气系统及天气形势的天气系统及天气形势的 天气学预报方法天气学预报方法

3、 天气形势天气形势是指大范围流场、气压场、温度场是指大范围流场、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。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、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。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：形势预报方法包括： 数值预报方法数值预报方法 天气学方法天气学方法 趋势法：根据最近一段时间内天气系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统演变的趋势，预报未来短时间内天 气系统强度变化及移

4、动气系统强度变化及移动。分为外推法外推法 和运动学方法。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。 1.1.等速外推：等速外推：假定系统的移动速度和强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，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。外推依据这种线性关系进行。 2.2.加速外推：加速外推：假定系统的移动速度和强度的变化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

5、动距离或它的强接近等加速状态，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。度与时间成曲线关系，外推时要考虑加速情况。 加速外推加速外推 槽线移速和强度的外推 3.3.应用外推法应注意的问题应用外推法应注意的问题 a.a.大气运动处于相对稳定状态时外推法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。烈时，不可简单使用外推法。 b.b.使用时尽量将系统的位置和强度定准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，即图次时间间确，外推时间不能过长，即图次时间间 隔不能过长隔不能过长

6、 二、天气系统的运动学预报方法（变压法）二、天气系统的运动学预报方法（变压法） 运动学方法：运动学方法：利用气压系统过去移动和变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，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通过运动学公式，来预报系统未来的移动 和变化的方法。和变化的方法。 V tdt d 运动坐标系与固定坐标系中局地变化的关系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。固定坐标系：水平面上固定于地表的坐标系。 设质点运动速度为设质点运动速度为 固定坐标系中空气固定坐标系中空气 运动质点的个别变化为：运

7、动质点的个别变化为： 质点个别变化质点个别变化固定坐标系中固定坐标系中 局地变化局地变化 固定坐标系中固定坐标系中 平流变化平流变化 V y v x u tdt d （5.1） 空气运动质点的个别变化等于局地变空气运动质点的个别变化等于局地变 化与平流变化之和化与平流变化之和 ) 2() ) 1 ( CV tdt d V tdt d （）（ 移动坐标系： ）（ 固定坐标系： 移 固 )(CV tdt d 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系统相对于地表以速度C做水平运动的坐做水

8、平运动的坐 标系。质点运动速度为标系。质点运动速度为 （5.2） CV l所以：（所以：（1）右端）右端=（2）右端）右端 l得得运动坐标系与固定坐标系中局地变化运动坐标系与固定坐标系中局地变化 的关系的关系 C tt 移固 ）（）因：（ dt d dt d C tt 运动坐标系局地运动坐标系局地 变化变化也可以看成也可以看成 是固定坐标系中是固定坐标系中 以速度以速度C C运动的运动的 某点的个别变化某点的个别变化 局地变化局地变化 负的平流变化负的平流变化 用运动学方法预报气压系统的移动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，在运动系统上，选取一些特定点或特定

9、线， 使得在这些点或线上某一物理量在运动坐标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，即系中的局地变化为零，即 ，并取，并取X X 轴与系统运动方向一致，则轴与系统运动方向一致，则 0 t x CC x t C x 系统移动的系统移动的 运动学公式运动学公式 天气系统天气系统基本特征基本特征 槽线槽线 脊线脊线 低压中心低压中心 高压中心高压中心 锋面锋面 0 x H 0 2 2 x H NL PP 0 x H 0,0 y p x p 0,0 y p x p 0 2 2 x H 0,0 2 2 2 2 y p x p 0,0 2 2 2 2 y p x p x p x p N

10、L 某一物理量为零的系统某一物理量为零的系统 （）槽（脊）线的移动（）槽（脊）线的移动 0)( x P t 2 2 2 2 2 2 ; x H tx H C x P tx P C xx 或 槽（脊）线上槽（脊）线上 变高梯度变高梯度 槽脊强度槽脊强度 槽脊移动的两条定性规则：槽脊移动的两条定性规则： 槽线槽线 沿变压（变高）梯度方向移动，脊沿变压（变高）梯度方向移动，脊 线沿变压（变高）升度方向移动线沿变压（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）强度成反度（升度）成正比，与槽（脊）强度成反 比。比。 变压（变高）梯

11、度相同时，槽（脊）越变压（变高）梯度相同时，槽（脊）越 强，移动越慢。强，移动越慢。 （2）气旋和反气旋中心的移动）气旋和反气旋中心的移动 0)(,0)( y P tx P t 22 2 2 2 2 2 2 , yx yx CCC y P ty P C x P tx P C 2 2 2 2 2 2 x P tx P y P ty P C C tg x y tg y P x P I I y P x P C C tg x y x y 2 2 2 2 2 2 2 2 对于圆形高低压中心对于圆形高低压中心 , 2 2 2 2 y P x P 对于椭圆形高压中心对于椭圆形高压中心 , 0 2 2 2 2

12、 x P y P 系统移动的两条定性规则系统移动的两条定性规则 a.a.圆形高圆形高( (低压低压) )中心的移动方向与变压升度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（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向移动，低压中心向变压梯度方向移动 b.b.椭圆形的高压中心移向界于长轴与椭圆形的高压中心移向界于长轴与 变压升度之间方向变压升度之间方向 椭圆形的低压中心移向界于长轴与变椭圆形的低压中心移向界于长轴与变 压梯度之间方向压梯度之间方向 高低压系统移动的两条定性规则高低压系统移动的两条定性规则 正圆形低压正圆形低压( (高压）中心沿变

13、压梯度（升度）高压）中心沿变压梯度（升度） 方向移动方向移动 椭圆形的高压（低压）中心移向界于长轴椭圆形的高压（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，与变压升度（梯度）之间方向，长轴越长， 越接近于长轴越接近于长轴 高低压系统移动速度与变压升度（梯度）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成正比，与系统中心强度成反比 0,0 y p x p (3)用运动学方法预报气压系统的发展用运动学方法预报气压系统的发展 a.对于低压（高压）中心：对于低压（高压）中心： PC t p t p y p C x p C t p t p yx t p t p 当

14、 ，气旋将加深， 反气旋将减弱 当 ，气旋将填塞， 反气旋将加强 0 t P 0 t P b.对于槽线（脊线）对于槽线（脊线） 0 x H 0 t H 0 t H 当当 ，槽加深，脊减弱，槽加深，脊减弱 当当 ，槽减弱，脊加强，槽减弱，脊加强 （4）三小时变压和）三小时变压和24小时变压（变高）在小时变压（变高）在 运动学方法中的应用运动学方法中的应用 当系统当系统24小时（或小时（或3小时）移动的距离小时）移动的距离 sL（系统的波长时），使用运动学方法（系统的波长时），使用运动学方法 较好。较好。 （5）用运动学方法预报时应注意的问题）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

15、大气处于相对稳仍然是外推法，只能用于大气处于相对稳 定状态定状态 三小时变压须消除日变化的影响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：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，进行运用形势预报方程，求出瞬间变压，进行 预报预报 三 高空天气形势预报 思路：利用基本方程，估计瞬时的思路：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。发生发展和移

16、动。 基本方程：基本方程： 考虑大气斜压性的考虑大气斜压性的平均层平均层涡度方程涡度方程 t H t 基本计算方法与概念基本计算方法与概念 t H t g 00 00 t H t t H t g g 则 则 t H tt H f m t lkm t H lk t t lk ttft H t H f H fty H x H ftt y H x H f gg g g g 即 令 8 . 9 )()(8 . 9 )(; 1 ;8 . 9 8 . 9 8 . 9 )( 8 . 9 )( 8 . 9 0 22 0 222 2222 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 p ffV t )( （一）（一

17、） 高空形势预报的基本方程的推导高空形势预报的基本方程的推导 )15. 5()( fV t 设有一平均层，平均层上大气是水平无设有一平均层，平均层上大气是水平无 辐散的辐散的 该式表示平均层上的涡度变化与该层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。水平流场有关，与温度无关。 由简化涡度方程：由简化涡度方程： (5.15)(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。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：设：斜压大气中各层等温线平行，

18、即风随高度无方向变化，只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。随高度线性增大。 Tgg ggT VVV VVV 01 01 平均层平均层 0),( ApAA VAVV T T T A VAVV 整层大气 平均风速 P0到平均层 间的热成风 1 0 0 0 0 App A A A 处 平均层以下 平均层以上 平均层 代入简化涡度方程中代入简化涡度方程中 0 00 0 00 )()( )( p pp TT T dp p f dpAfVAVdp t A p ffV t )( 从从p0到大气层顶积分，后对其求平均到大气层顶积分，后对其求平均 0 )()( )( pTT T

19、 fAfVAV t A 0, 0 0 pTT pVVA无关与，、 利用利用 可得可得 可得 TTT T AVAfVA AVfV t )( )( TT TTT T VAfV VAfVA AVfV t 2 2 )( )( )( TTgg g TT VfV t VfV t 6 . 0)( 6 . 0)( 设大气是准地转： 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：据统计： =0.6 2 A （5.19） （二）基本方程的讨论（二）基本方程的讨论 1.1.（5.195.19）表示平均层上）表示平均层上涡度随时间的局地变涡度随时间的局地变 化化等于平均层上的等于平均层上的绝对涡度平

20、流绝对涡度平流与与热成风涡度热成风涡度 平流之和平流之和。 2. 2. 方程为近似方程，如假设各层等温线平行，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；地面垂直速度实际是大致平行；地转风近似；地面垂直速度 等于零等。等于零等。 3. 3. 平均层接近平均层接近600hPa600hPa，但用，但用500hPa500hPa近似代替。近似代替。 4. 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热成风涡度平流是天气系统发生发展的主要因 子子 （三）涡度平流和热成风涡度平流的定性判断（三）涡度平流和热

21、成风涡度平流的定性判断 TTgg TTgg g VvV VfV t 6 . 0 6 . 0)( 1.1.地转涡度平流项地转涡度平流项v 结论结论 偏南气流，有负地转涡度平流，正变高；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，负变高偏北气流，有正地转涡度平流，负变高。 vV 2.2.相对涡度平流、热成风涡度平流的相对涡度平流、热成风涡度平流的 定性判断定性判断 对短波而言（对短波而言（L3000kmL3000km），相对涡度平流比地），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

22、大的发生发展和移动的作用比地转涡度平流要大 得多得多 相对涡度平流项相对涡度平流项 VA s VVA n V VK s n H fnf Vn sf s nf V j xf i yf VP ns V s K V s V KVA gg g g s g g sg g 8 . 9111 11 )(:2) 1 ( 2 坐标中地转风表达式： ）式代入（将 ) 2( ) 1 ( s VVA n V VK g ggg g g gsg )( 8 . 9 )( 2 22 2 2 2 n H ss K n H ns H K n H f ns V s K V s V KVA s s g s g g sg g 散合项

23、曲率项疏密项 2 2 n H s （1 1）疏密项）疏密项 表示等高线疏密程度沿气流表示等高线疏密程度沿气流 方向变化的作用，即切变涡方向变化的作用，即切变涡 度沿气流方向的作用度沿气流方向的作用 在等高线的密度沿气流方向在等高线的密度沿气流方向 在高压方向减小或在低压方在高压方向减小或在低压方 向增大处，有正涡度平流，向增大处，有正涡度平流， 反之有负涡度平流反之有负涡度平流 A A点，点，V V沿沿n n的方的方 向减小向减小 B B点，点， V V沿沿n n的方的方 向增大向增大 即沿气流方向，即沿气流方向， 切变涡度从大到切变涡度从大到 小变化，有正涡小变化，有正涡 度平流度平流 根据

24、实际计算，此项作用较小，只在高空根据实际计算，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，两项之项和曲率项的作用一般同时存在，两项之 和为疏密项的和为疏密项的2525倍，在很多情况下，一倍，在很多情况下，一 般着重讨论其他两项般着重讨论其他两项 ns H Ks 2 （2 2）散合项表示等高线曲率和等）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高线沿气流方向散开或汇合的综合 作用作用 对称对称 槽脊槽脊 槽脊线上无散合槽脊线上无散合 0 2 ns H s K n H s （3）曲率项表示等高线曲）曲

25、率项表示等高线曲 率沿气流方向改变的作用率沿气流方向改变的作用 槽前脊后有正涡度平流，有负变高槽前脊后有正涡度平流，有负变高 槽后脊前有负涡度平流，有正变高槽后脊前有负涡度平流，有正变高 槽将向变高梯度方向移动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发展主要是由散合项决定的 s K n H s ns H Ks 2 各项对槽脊发展的贡献各项对槽脊发展的贡献 （1 1）曲率项对槽脊的发展无贡献，只）曲率项对槽脊的发展无贡献，只 能引起槽脊的东移；能引起

26、槽脊的东移； （2 2）散合项对槽脊的发展有贡献。）散合项对槽脊的发展有贡献。 疏散槽（疏散脊）上有正（负）涡度平疏散槽（疏散脊）上有正（负）涡度平 流，有负（正）变高，将发展流，有负（正）变高，将发展 汇合槽（汇合脊）上有负（正）涡度平汇合槽（汇合脊）上有负（正）涡度平 流，有正（负）变高，将减弱流，有正（负）变高，将减弱 结论结论1 1： 对称形槽脊没有发展，疏散槽（脊）是加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（减深（加强）的，汇合槽（脊）是填塞（减 弱的）弱的） 结论结论2 2： 槽（脊）前疏散槽后汇合，则槽（脊）移动槽（脊）前疏散槽后汇合，则槽（脊）移

27、动 迅速；迅速； 槽（脊）前汇合槽后疏散，则槽（脊）移动槽（脊）前汇合槽后疏散，则槽（脊）移动 缓慢缓慢 （四）热成风涡度平流（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热成风涡度平流是对平均层涡度守恒的修 正正 00, 0 00, 0 6 . 0 t H t V t H t V V TT TT TT ，有则 ，有则 Z f g h f g n H fnf V n h f V s n h f n s h f i y h f j x h f zzk f VVV hzz h f g ZZ f g gT gT ggT ggT 22 0101 01 2 01 2 01 8 .918

28、.9 8 .98 .98 .98 .9 )( 8 .9 )( 比较 两层等压面的厚度 2.2.热成风涡度与等厚度线的关系等同于地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转风涡度与等高线的关系 Z f g h f g n H f V n h f V gT gT 22 8 . 98 . 9 )( 8 . 9 2 22 2 2 n h ss K n h ns h K n h f A VA s sT TTT hTTk p p f R V hk f VVV T ggT 1 0 01 ln 8 . 9 在温度槽（冷舌）处热成风涡度最大在温度槽（冷舌）处热成风涡度最大 在温度脊（暖脊）处热

29、成风涡度最小在温度脊（暖脊）处热成风涡度最小 3.3.由于在推导方程时假设各层等温线的走向由于在推导方程时假设各层等温线的走向 不随高度变化，则大致可以用不随高度变化，则大致可以用500hPa 500hPa 或或 700hPa700hPa等温线近似代替等厚度线等温线近似代替等厚度线 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，高度正热成风涡度平流向高度槽中输送，高度 槽将加深。槽将加深。 当温度脊落后于

30、高度脊时，温度脊前的负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，高度脊热成风涡度平流向高度脊中输送，高度脊 将加强。将加强。 正热成风涡度平流输送到高度槽中，槽加深正热成风涡度平流输送到高度槽中，槽加深 四四 地面天气形势预报地面天气形势预报 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，所以一般是在在 高空形势预报方程的基础上订正。高空形势预报方程的基础上订正。 以以1000hPa等压面为地面图，设其高度为等压面为地面图，设其高度为H0 平均层等压面与平均层等压面与1

31、000hPa等压面的厚度为等压面的厚度为 t h t H t H hHHHHh 0 00或 （一）（一） 地面天气形势预报的基本方程地面天气形势预报的基本方程 H 0 H pd dt dQ c TV R t H t H dt dQ c TV t T p dp t TR t H t H p p p d p d p p ln 1 )( 8 . 9 1 )( 8 . 9 0 0 0 0 dt dQ c TV p pR t H t H p d 1 )(ln 8 . 9 00 取平均值，得地面形势预报基本方程取平均值，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

32、绝热变 化项 （二）基本方程的讨论（二）基本方程的讨论 平均层高度局地变化项：涡度平流和热成平均层高度局地变化项：涡度平流和热成 风涡度平流风涡度平流 涡度平流和热成风涡度平流对地面天气系涡度平流和热成风涡度平流对地面天气系 统的作用近似统的作用近似 00, 0 00, 0 0 0 t H t H V t H t H V ，有则 ，有则 0, 0, 0 0, 0, 0 0 0 t H t H V t H t H V TT TT 物理意义：温带气旋上空处在物理意义：温带气旋上空处在500hPa槽前脊后，借槽前脊后，借 助西南风将正相对涡度从大往小的方向输送，使得助西南风将正相对涡度从大往小的方向

33、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方向输送，使槽线上正热成风涡度增加 ，反映正相，反映正相 对涡度增加对涡度增加 ，槽线处等压面高度降低，气旋性曲率，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，引起槽前固定加大。槽前正相对涡度平流

34、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，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，气旋加深此气旋降压更厉害，气旋加深 （三）（三） 非绝热变化的非绝热变化的 影响影响 表示由于冷热源作用表示由于冷热源作用 而使地面气压产生局而使地面气压产生局 地变化地变化 dt dQ cp pR t H p 1 ln 8 . 9 00 非 大气中非绝热过程主要有：大气中非绝热过程主要有： 下垫面作用：辐射、传导、乱流等过程下垫面作用：辐射、传导、乱流等过程 水汽的凝结、蒸发

35、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是其形成的主要因子 00 00 0 0 t H dt dQ t H dt dQ ，则 ，则 地面气压下降，利于气地面气压下降，利于气 旋发展旋发展 地面气压上升，利于反地面气压上升，利于反 气旋发展气旋发展 冬季内陆湖泊处易有气旋生成或加强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生成，往往成为冷

36、高压生成或加强的源地 非绝热加热还影响到大气稳定度，因而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，利下垫面加热空气，大气稳定度减小，利 于热量上传于热量上传 空气由下部受到冷却，大气趋于稳定，空气由下部受到冷却，大气趋于稳定， 热量交换仅限于低层热量交换仅限于低层 （四）（四） 绝热绝热 变化的影响变化的影响 )(ln 8 . 9 00 d p pR t H 绝 一般大气处于稳定状态一般大气处于稳定状态 0)( d 当当 气旋上空有上

37、升运动，由于大气稳定，上升绝热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。等压面抬升，气压升高，抑制它加深发展。 0, 0 0 t H 气旋上空有上升运动，由于大气不稳定，有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。映气压降低，气旋加深发展。 气旋上空大气处于不稳定状态气旋上空大气处于不稳定状态

38、 0)( d 0, 0 0 t H 负反馈和正反馈负反馈和正反馈 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，着使一种负反和发展中就包含着使它消亡的因素，着使一种负反 馈作用馈作用 在不稳定大气中，气旋中的上升运动使水汽凝结，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潜热释放，利于气旋的发展，这是一种正反馈作用 （五）平均温度平流（五）平均温度平流引导气流引导气流 (steerin

39、g) 此项为平均层至此项为平均层至1000hPa等压面间的温度等压面间的温度 平流平流 )(ln 8 . 9 00 TV p pR t H 平 物理意义：气旋中心左（右）半部与高压中心物理意义：气旋中心左（右）半部与高压中心 右右(左）半部上空对应槽（脊）线处，风随高左）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，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），（暖）平流降（升）温，气柱收缩（膨胀）， 地面等压面抬升（降低）地面等压面抬升（降低） 当

40、准地转平衡且各层等温线接近平行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，地转风和热地转风和热 成风平行，没有冷暖平流成风平行，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冷暖平流使地面系统移动 RT p h p h p g z p 8.9 8.9 T p pR pd RT pd RT h p p p p 0 ln 8.9 ln 8.9 ln 8.9 0 0 hV TV p pR TV p pR t H 0 0

41、0 ln 8 . 9 ln 8 . 9 平 等厚度线与等厚度线与 平均等温线平均等温线 成正比成正比 y h v x h u hV hVVV hVV t H VVV VVV gg g Tgg gg ggT gg 00 0 00 0 0 0 0 )( 2 1 )( 2 1 )( 2 1 平 2 0 2 2 0 2 0 2 2 0 2 2 2 00 2 2 0 2 00 2 0 2 00 2 0 2 0 2 )( )( )( )( x H yx h x H y h x H f g x H x h y H x h yx H f g x H y h x H f g x h y H f g x x H

42、y h v x h u x x H tx H C gg x T Ty Tx VC v x h f g C u y h f g C 地面系统中心沿平均层热成风方向移动，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。向移动，则称此气流为引导气流。 gT VV 对低压系统，移动方向偏右，对高压系统，对低压系统，移动方向偏右，对高压系统， 移动方向偏左。移动方向偏左。 移动速度低于平均层风速移动速度低于平均层风速 五五 地形和

43、摩擦作用地形和摩擦作用 1 地形造成的垂直运动地形造成的垂直运动 基本公式基本公式 00000 000 0 00 0 00 00 0 cos cos cos zVggw zVw n z Vw n z tg tgVw VVtgVw p nn ， 00000 0 zVggw p 由公式可看出：当山的坡度越大，水平风速越由公式可看出：当山的坡度越大，水平风速越 大，垂直运动越强大，垂直运动越强 2 摩擦造成的垂直运动 p gfu y z g p gfv x z g dt dv dt du p gfu y z g dt dv p gfv x z g dt du zy zx zy zx 0 0 、略去

44、zp zx zy pF zx zy zx zy zy zx k f g yxf g yxp g p f py v x u yxp gVf px g x u f yx z g py g y v f xy z g 0 0 )( )( 0 )( 0 0 2 2 2 22 zpF k f g 0 摩擦层顶 垂直速度 地形造成 垂直速度 地面摩擦 应力向量 000 0 0 0 0 00 0 0 0 gK f Cg f Cg VC p D p D pF Dz 地面实际风涡度为正的地区有上升运动，地面实际风涡度为正的地区有上升运动， 反之有下沉运动反之有下沉运动 因此：因此： 低压区和流线为气旋性曲率或气旋

45、性切变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切变明显区域有下沉运动 000 0 gK p 摩擦作用发生在摩擦层中，越向上摩擦力越小，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，（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）。气柱压缩

46、（伸长），必伴有水平辐散（合）。 同时在同时在 力作用下，反气旋（气旋）涡度生成，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）性涡度减使原来低（高）压的气旋（反气旋）性涡度减 小，低（高）压减弱小，低（高）压减弱 3 地形和摩擦对地面气压的影响地形和摩擦对地面气压的影响 3 地形和摩擦对地面气压的影响地形和摩擦对地面气压的影响 0;0;0 0;0;0 )( 6 .0)( 18.5 00 00 0 00 0 t H t t H t p fVfV t pp pp pp pp TT F 后得：）式积分从由（ 槽和气旋山前填塞，山后发展；脊和反气槽和气旋山前填塞，山后发展；脊和

47、反气 旋山前加强，山后减弱旋山前加强，山后减弱 背风气旋发展背风气旋发展 迎风坡地形脊，背风坡地形槽迎风坡地形脊，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、槽脊的走向动力：槽脊移速、槽脊的走向 地形槽脊的形成、西南涡等地形槽脊的形成、西南涡等 热力：夏季垂直环流热力：夏季垂直环流季风环流季风环流 在无地形影响情况下，槽前有负变高，槽后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。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以下为高原地形对变高和槽移速和强度的影 响响 A处：槽前处在上坡，有正变高

48、，槽后平坦，变高为处：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。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。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。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。零，叠加后变高

49、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。高，叠加后变高梯度减小，移速变慢。 高原南北两侧西风带的槽脊移速不同：一般高原南北两侧西风带的槽脊移速不同：一般 北部大于南部北部大于南部 气流绕流使高原北侧有反气旋性涡度，南侧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，速弱移速加快，脊移到高原北侧强度加强，速 度减慢度减慢 高原的摩擦作用高原的摩擦作用 摩擦作用总是使得系统强度减弱，系统

50、越强，摩擦作用总是使得系统强度减弱，系统越强， 强度减弱越快强度减弱越快 摩擦作用对气旋影响较大，对反气旋影响较摩擦作用对气旋影响较大，对反气旋影响较 小小 0 0,0 n V K n V VK s s 0 0 地形和下垫面的摩擦作用所造成的垂直运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动越到高空越弱，造成的涡度局地变化低 层大于高层层大于高层 同样的地形和摩擦作用，对低层的影响相同样的地形和摩擦作用，对低层的影响相 对比高层大对比高层大 六、锋的移动预报六、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锋面移速取决于锋面两侧风速垂直于锋面的 分量大小以

51、及风向分量大小以及风向 我国我国 冷锋在北方快冷锋在北方快 暖锋移速小暖锋移速小 冬季快冬季快, 春季次之春季次之, ,秋季又次之秋季又次之,夏季慢夏季慢 （1）外推法）外推法 顺时外延，结合地形顺时外延，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，地形平坦，外推效果好 气压场流场稳定，地形不平坦，要充分考气压场流场稳定，地形不平坦，要充分考 虑地形虑地形 当气压场流场变动时，则取决于对气压场当气压场流场变动时，则取决于对气压场 和流场的正确预报和流场的正确预报 （2）变压法 NL PP tgg t P t P x P x P t P t P c x P x P cPPc c

52、 PPcPP t PP t PP NL NL NL NL fx NL fxNLf fy NLfNLNL NL )( )()( 0 0)()()( 对于暖锋对于暖锋 暖锋前变压代数值小于锋后，暖锋向前移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动，变压差越大移动越快 0 ,0 fx NL NL c t P t P tg 对于冷锋对于冷锋 冷锋前变压代数值小于锋后，冷锋向前移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动，变压差越大移动越快 0 ,0 fx NL NL c t P t P tg 锋面（冷锋、暖锋）总是向变压较小的方向锋面（冷锋、暖锋）总是向变压较小

53、的方向 移动，移速大小与锋前后变压差值成正比移动，移速大小与锋前后变压差值成正比 准静止锋准静止锋 比较比较 大小大小 t P t P NL 和 使用变压法注意的问题使用变压法注意的问题 三小时变压受温度平流、辐合辐散三小时变压受温度平流、辐合辐散 、日变、日变 化和垂直运动的影响化和垂直运动的影响 是瞬时变压，但用三小时变是瞬时变压，但用三小时变 压代替，时效不可过长压代替，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若锋面移速和锋面坡度变化不大而变压

54、差 增大，说明锋面在加强增大，说明锋面在加强 t P t P NL 和 （3）引导气流法）引导气流法 地面锋线沿地面锋线沿700hPa或或500hPa等压面上的等压面上的 气流方向移动，移速与垂直锋面的风速成气流方向移动，移速与垂直锋面的风速成 比例比例 习惯上说习惯上说700hPa或或500hPa等压面上的气等压面上的气 流对地面锋有引导作用流对地面锋有引导作用 sinVac 考虑锋面移速时要考虑高空槽的发展，注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意引导气流强度变化和引导气流与锋面交 角的变化角的变化 地面气压场对锋面移动的影响地面气压场对锋面移动的影响

55、 冷锋前气压场变化不大，锋后冷高压越冷锋前气压场变化不大，锋后冷高压越 强，移动越快强，移动越快 冷锋前为均压带或低压带，移动较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，则锋面冷锋移近强暖高，暖高无减弱，则锋面 移速减慢或准静止移速减慢或准静止 锋面气旋中心风速越大，近中心锋段移锋面气旋中心风速越大，近中心锋段移 动越快动越快 地面椭圆形高压长轴上的冷锋段移动快地面椭圆形高压长轴上的冷锋段移动快 地形对锋面移动的影响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弯曲变形，移速减慢或形成锢囚 对天气：

56、山前锋面爬坡，助长上升运动，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，出现下沉运使天气加剧，山后锋面下坡，出现下沉运 动，天气减弱动，天气减弱 七、七、 经验预报法经验预报法 1 相似形势法相似形势法 2 天气学模式法天气学模式法 3 统计资料法统计资料法 4 预报指标法预报指标法 5 周围系统的影响周围系统的影响 6 24小时变压、变高和变温的应用小时变压、变高和变温的应用 八、卫星云图在天气形势预报中的应用八、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根据卫星云图寻找

57、天气系统移动的指标 九、用天气学方法作形势预报的一般程序九、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、形式预报规则：五流、三变、周、史、地、 推以及卫星云图推以及卫星云图 形势预报程序形势预报程序 1 对历史状况进行调查研究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根据历史和现状作出未来的预报 5.2气象要素和天气现象的气象要素和天气现象的 天气学预报方法天气学预报方法 天气要素：指晴、阴、雨、风力、风向、天气要素：指晴、阴、雨、风力、风向、 温度等要素。温度等要素。 天气要素预报：预报未来晴、阴、雨、风天气要素预报：预报未来晴、阴、雨、风 力、风向、温度等情况。力、风向、温度等情况。 大气模式：把气象要素的过去、现在和未来的大气模式：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，或者说表现分布状态与天气联系起来的媒介，