天气学原理根底

16天气学原理根底一、大气运动的根本特征1、真实力：气压梯度力、地心引力、摩擦力气压梯度力：作用于单位质量气块上的净压力，由于气压分布不均匀而产生地心引力：地球对单位质量空气的万有引力 心。摩擦力：单位质量空气受到的净粘滞力 界层〔摩擦层〕考虑摩擦作用，自由大气中则无视摩擦作用。2、视示力：惯性离心力、地转偏向力惯性离心力方向相反地转偏向力(科氏力〕：观测者站在旋转地球上观测单位质量空气块运动，觉察在北半球有一个向右偏的力，在南半球向左偏的力。称此由于坐标系的旋转导致物体没有受力却消灭加速度，违反牛顿其次定律，从而引入，以使牛顿运动定律在旋转参考系中成立地转偏向力的特点：在北半球，左侧；地转偏向力的大小与相对速度成正比重力垂直于水平面极地最大重力是垂直方向上的，而大气运动是准水平的；科氏力始终垂直于速度方向，故只转变方向，不作功；所以，引起大气运动的最重要作用是：由于压力分布不均匀而产生的压力梯度力〔热力作用引起的〕3、掌握大气运动的根本规律：能量守恒、质量守恒、动量守恒牛顿其次运动定律——运动方程质量守恒定律——连续方程气体试验定律——气体状态方程4、地转风相平衡时的空气的水平运动。风沿等压线〔等高线、等位势线〕吹，背风而立低压在左高压在右地转风性质：1〕地转关系是在无摩擦，不考虑加速度和垂直方向的地转偏向力的状况下近似成立的地转风的大小与水平气压梯度力成正比地转风与等压线平行，在北半球，背风而立，低压在左高压在右，南半球，背风而立，低压在右高压在左〔风压定律〕4〕地转风速大小与纬度成反比，但在赤道上=0地转平衡不成立。无科氏力存在，所以低纬度不能用地转风近似。5、梯度风水平气〔逆时针旋转〕或反气旋性弯曲〔顺时针旋转，这种风称为梯度风。适用范围：北半球中高纬地区，大尺度系统运动，曲线运动，三力平衡。气压场风场高压四周的风场是顺时针旋转，低压四周的风场是逆时针旋转。流线与轨迹：定义流线：是指在某一固定时刻，处处与风向相切并指向气流方向的曲线。轨迹：是指在某一段时间内个别空气块运动的路径。流线能表现在某一时刻的天气图上，而轨迹却不能。所以日常中，等压线、等高线近似为流线，不能当作轨迹线。6、热成风：地转风随高度的转变量适用范围：北半球中高纬度地区，自由大气中大尺度系统。大小：a．与纬度成反比，与等厚度线的疏密成正比b．与〔3〕〔等平均温度线〕吹，背风而立，厚度〔平均温度〕高的在右。地转风随高度顺转有暖平流，地转风随高度逆转有冷平流正压大气〔等温面〕重合，没有热成风斜压大气面和等密度面〔或等温面〕是相交的。等压面上具有温度梯度，地转风随高度变化，就有热成风热成风存在于斜压大气中7、地转偏差实际风与地转风之差称为地转偏差。地转偏差很小，但很重要的一个动力因子。摩擦层中的地转偏差：垂直于摩擦力的方向，指向摩擦力方向右侧。风向比应有的梯度风风速小，指向低压。摩擦层中由于摩擦作用，低压辐合上升，高压辐散下沉。一般来说，中纬度对流层中，高层以法向和切向地转偏差造成的地转偏差垂直于加速度的方向，并指向加速度方向的左方一般来说，中纬度对流层中，高层以法向和切向地转偏差造成的辐合辐散为主，低层以变压风造成的辐合辐散为主，所以在高层槽前脊后辐散，槽后脊前辐合；在低层槽前脊后辐合，槽后脊前辐散。因此，槽前脊后低层辐合，高层辐散，有上升运动；槽后脊前低层辐散，高层辐合，有下沉运动辐合辐散为主，低层以变压风造成的辐合辐散为主，所以在高层槽前脊后辐散，槽后脊前辐合；在低层槽前脊后辐合，槽后脊前辐散。因此，槽前脊后低层辐合，高层辐散，有上升运动；槽后脊前低层辐散，高层辐合，有下沉运动二、气团与锋1、气团水平方向数千公里，垂直范围可达几公里到十几公里。气团掌握的天气：水平方向：天气现象根本一样，温湿分布均匀；垂直方向：气象要素分布一样〔包括稳定度〕气团源地：具有形成气团温、湿属性比较均匀条件的地区。形成条件：性质均匀的宽阔的地球外表，下沉辐散，稳定的环流方式：各种尺度的湍流、系统性垂直运动、蒸发、分散和辐射等物理过程分类：地理分类法：北极气团〔冰洋气团〕、极地气团、热带气团、赤道气团热力分类种分类法，气团可以分为暖气团和冷气团两种类型。冬季：极地大陆气团和热带海洋气团、北极气团夏季：西伯利亚气团、热带海洋气团、热带大陆气团、赤道气团春季：西伯利亚气团、热带海洋气团秋季：变性西伯利亚气团主导，热带海洋气团。2、锋锋：冷暖气流相遇所形成的狭窄过渡带锋区气团一侧倾钭，这样的之间的过渡区。水平宽度约几十到几百公里，一般上宽下窄。锋面成是空间一个面锋线：锋面与地面的交线锋面的坡度公式其他条件不变，锋面坡度随纬度增高而增大。赤道上，没有锋面存在锋两侧温差越大坡度越小，温差为零则不会有锋面锋两侧风速差为零时，锋面不存在；锋存在时，两侧平行于它的地转风分速应具有气旋式切变。锋面坡度与锋面两侧风速差成正比冷暖气团的平均温度越高坡度越大分类：按移动过程中冷、暖气团所占地位：侧运动侧运动静止锋：冷暖气团势力相当，锋面移动很少暖气团、较冷气团、更冷气团相遇时先构成两个锋面，然后其中一个追上另一个锋面即形成锢囚。对流层锋、地面锋、高空锋〔北极锋〕、极锋、副热带〔热带〕锋锋面四周气压场、温度场、风场的特征气压场：锋面两侧的气压梯度不连续，等压线通过锋线时产生折角，并且折角指向高压，锋区处在低压槽内。气一侧偏的越多；等温线越密集，水平温度梯度越大，锋区越强。所以，锋线两侧风场是气旋性切变。大而无明显平流，可能是静止锋地面图上确定锋面：温度、露点、气压和风、变压、云和降水。锋面天气的输送带模式雨区的主要气流。分为暖输送带：向后上滑暖输送带、向前上滑暖输送带和冷输送带锋生、锋消度或位温水平梯度加大的过程。锋消：指作用相反的过程北方锋生带：河西走廊到东北锋生时的温压场形势高空温压场——锋生区的上空有低槽移入和进展地面气压场——地面天气图上，锋生常发生在低压或低槽中锋生时气象要素的变化3h变压消灭；暖锋锋生3h变压消灭风场——江南地区，暖锋锋生前常有明显的气旋性风切变天气状况——锋生前天气有明显变化30-40ºN三、气旋与反气旋1〔反气旋〔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。反气旋强于海上的气旋按地理分为热带气旋和温带气旋锋面气旋和无锋气旋反气旋地理分为冷性和暖性反气旋2、涡度方程、位势倾向方程、ω方程涡度：表示流体质块的旋转程度和旋转方向水平无辐散大气中确定涡度守恒地转风确定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推断槽脊移动：波长<3000km的短波，以相对涡度平流为主有正变、、、、、、、、、、、、、、、槽线、脊线：相对涡度平流为0，等压面高度没有变化，槽脊不会进展，而是向前移动。波长>3000km的长波，以地转涡度平流为主槽前脊后：有偏南风时，有正变高槽后脊前：有偏北风时，有负变高槽线、脊线上无变高，槽无加深减弱，向后移动即向西移动。自由大气中，温度平流总是随高度减弱的，假设有暖平流时，等压面上升；假设有冷平流，等压面降低。槽前脊后，暖平流，有上升运动槽后脊前，冷平流，有下沉运动3、动力因子和热力因子动力因子〔涡度因子〕－－相对涡度平流上下层涡度平流的差异(地面低压中心涡度平流很弱)促使了地面气旋的进展。我们称它为气压变化的动力因子，也称涡度因子。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槽加深脊加强。4、温带气旋的进展阶段和温压场波动阶段消灭闭合等高线。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：高空槽加深并已消灭闭合中心，温度场仍落后于高度场，但两者比前一阶段接近。锢囚阶段和冷中心更加接近。地面气旋进展到最强阶段，开头锢囚。消亡阶段也变成一冷低压，锋面移到气旋的外围。反气旋：初生阶段、进展阶段、消亡阶段5、气旋再生、气旋族、热低压和爆发性气旋的含义气旋再生来的过程。加强。气旋族：在同一条锋系上消灭的气旋序列热低压：一种无锋面气旋，由于近地面加热，一般只消灭在近地面层〔700hPa以下〕，3－4km低压和锋前热低压。爆发性气旋24h下24hPa。6、北方气旋、南方气旋南方气旋〔25º-35ºN〕：江淮气旋〔发生地主要在长江中下游、淮河移入海后而改称的，有的是在东海地区生产的〕北方气旋〔45º-55ºN〕：蒙古气旋〔多生成在蒙古中部、东部〕、东旋移到东北地区而改称的〔生成于河套及黄河下游地区〕和黄海气旋〔生成于黄海和由内陆移来的气旋〕7、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，在地面上协作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：典型气旋：的锋面，高空有扰动倒槽锋生气旋：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，锋区才开头明显起来，但高空有比较明显的槽。四、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根本状况，其水平尺度10km1~2天以上。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(蒙古高压或西伯利亚高压)低压、北美冷高压、2、掌握大气环流的根本因子：太阳辐射、地球自转、地球外表不均匀性、地面摩擦。海陆分布的影响冬季吹陆风。地形影响西风绕流作用形成北气旋性涡度加强。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。3、三圈环流0-30°S/N哈得来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，高层西风季风——主要是由海陆热力差异的季节变化造成的风(也有动力作用)；海陆风称为海陆风。山谷风——由山谷热力差异造成的昼夜风向相反的山谷环流；白天，风从山谷吹向山坡，这种风称“谷风(valleybreeze)”；到夜晚，风从山坡吹向山谷称“山风(mountainbreeze)”。焚风——地形造成的一种典型的干热风4、极锋与副热带锋极锋定义：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。间接环流高空的较干冷北风气流之间形成的锋区。5、极涡60ºN〔S〕-90ºN(S)范围内绕极地逆时针旋转的大气环流。极涡是活动于极地四周的冷性涡旋。6、沃克环流：纬圈环流最主要的构造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。拉尼娜——增加沃克环流；7、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