天气学原理课件

大气环流大气环流是指全球范围的大尺度大气运行的基本状况水平尺度——数千公里以上垂直尺度——10公里以上时间尺度——几天§1大气平均流场特征与季节转换一、平均纬向风分量的经向分布1、低纬度为东风带——30°N~30°S最大东风风速中心：1（7）月在南（北）半球平流层

7月北半球平流层纬向平均西风分布2、中高纬为西风带北半球：1月最大西风风速中心—40m/s,200hpa,30°N7月最大西风风速中心—16m/s,200hpa,40°N即西风带冬强夏弱，随季节南北位移南半球：西风中心强度冬夏变化不大，200hpa，随季节南北位移3、极区近地面为弱东风带

冬季对流层至平流层均为西风夏季极区平流层为极地东风二、平均径向风分量的径向分布1、径向风比纬向风小得多地球上基本是环绕纬圈的大气运动，有弱的南北向气流交换2、北半球低纬度冬季—高层南风，低层北风夏季—高层北风，低层南风三、平均的水平环流（气压场）1、北半球500hpa平均环流特征①极区为极涡控制—冬强夏弱冬季2个低涡中心：格陵兰西部、东西伯利亚夏季1个低涡中心：极区②中高纬中高纬是以极涡为中心的环绕纬圈的西风环流—冬强夏弱，西风带中有“冬三夏四”的平均长波槽。

冬季三个长波槽：东亚大槽—140°E

北美大槽—

70°w

欧洲浅槽—

40°E

夏季四个长波槽：东亚大槽—

160°-180°E

北美大槽—

60°w

欧洲西海岸槽—0°-10°E

贝加尔湖西部槽—90°E

冬季中低纬有5个西风带槽：东亚、北美、孟加拉湾、地中海、东太平洋③低纬度低纬度为副热带高压控制—冬弱夏强，随季节南北位移冬季副高弱—其范围在20°N以南夏季副高强—其范围在40°N以南2、北半球海平面平均气压场特征①北半球有５个半永久性的大气活动中心—海洋系统太平洋副高和大西洋副高：夏强冬弱，南北位移阿留申低压和冰岛低压：冬强夏弱格陵兰高压②北半球有４个季节性大气活动中心—大陆系统冬季：亚洲冷高压和北美冷高压夏季：亚洲热低压和北美热低压四、大气环流的季节转换1、北半球大气环流的季节特点①11月～５月为冬季环流型：西风带三个长波槽，西风急流强位置偏南，东亚南北两支西风急流②７月～９月为夏季环流型：西风带四个长波槽，西风急流弱偏位置北，东亚一支西风急流２、两次季节突变①6月突变——冬季环流型转为夏季环流型②10月突变——夏季环流型转为冬季环流型大气运动方程一.标准坐标系的运动方程(局地直角坐标系)分量形式：1.尺度简化大气运动系统的分类水平尺度(水平范围所占有的空间)时间尺度行星尺度104km周大尺度103km几天中尺度102km1天小尺度10km几小时2.大尺度系统的简化方程

一级简化方程(最大项,次大项)

零级简化方程(最大项)大尺度运动系统的特征(中高纬): 1.准水平ω→0 2.准静力平衡

3.准地转地转偏向力与气压梯度力相平衡

4.自由大气F→0

二、P坐标系的运动方程

z坐标系：(x,y,z,t)来表示空间点的位置

p坐标系：(x,y,p,t)来表示空间点的位置

1.等高面图的概念

a.等高面：空间高度相同的点组成的面等高面为平面,面上高度处处相等,但气压不等

b.等压面：气压相等的点组成的面等压面为曲面,气压相等,但海拔高度不等

所以等压面图分析高度场——高空图等高面图分析气压场——地面图显示气压场形势等压面图的优点：气压面是个常数，公式得到简化例如状态方程

P、T为单值函数，可以讨论两者间的变化关系又如位温2,等压面图的高度单位(位势高度)几何米、位势米、位势能mgh重力势能(位势)——单位质量空气由海平面上升到z高 度时,克服重力所做的功表达式:单位：焦耳/千克

g=const1位势米因为当z=1米Φ=9.8焦/千克所以认为定义一位势米就是9.8焦/千克位势高度:g=9.8常数

等位势面的优点:等位势面不平行于等几何面,只在海平面上重合等位势面处处与重力方向垂直,无重力分量——相当于是空中水平面

3,z坐标系与p坐标系的关系

a.关系式

垂直方向水平方向

水平气压梯度力的大小表示等压面坡度的大小二层等压面上：位势梯度～梯度力～地转风相等二层等高面上：气压梯度梯度力地转风b.垂直速度:

z系:p系:

关系式

上升运动:w>0ω<0

下沉运动:w<0ω>04,“p”坐标系的运动方程一级简化:

零级简化:

地面天气形势预报一.基本方程设：＝1000hpa位势高度（地面气压）＝高空平均层位势高度（500hpa）两层厚度

则

——19代入静力学方程和状态方程得到：

——20

将20式代入19式得到

——21由热流量方程

——22将22式代入21式得：

——23

地面形势预报方程

二、讨论23式——地面预报规则

1.平均层高度变化项当

高空正涡度平流区（涡度平流+热成风涡度平流）有利于地面气压下降——有利于地面气旋发展

当高空负涡度平流区——地面气旋上升，有利于地面反 气旋发展２.平均温度平流项

1)当，暖平流,

暖平流，地面气压下降——有利于气旋发展

当，冷平流，冷平流，地面气压上升——有利于反气旋发展2)引导气流地面系统中心一般沿平均层地转风方向移动，称平均层气流为引导气流统计经验：地面的低压中心移动的方向偏于500hpa气流的右侧地面的高压中心移动的方向偏于500hpa气流的左侧由于绝热变化项和非绝热变化项对温度平流项有抵消作用，地面系统中心移速为500hpa风速的50～70％

３.绝热变化项

①大气呈稳定状态

②大气不稳定状态天气图上:气旋发展条件：1）不稳定；2）上升运动；3）水气充沛４.非绝热变化项

a)当

非绝热加热，温度升高，地面气压下降——有利于气旋发展

b)当

非绝热冷却，温度降低，地面气压升高——有利于反气旋发展

天气图上：冷的下垫面有利于地面反气旋形成，发展暖的下垫面有利于地面气旋形成，发展

地形和摩擦的影响一.地形的作用

1.地形强迫抬升，产生垂直运动——山的坡度越大，风速越大，风速与山脉的走向越垂直，则垂直 运动越强2，预报的规则

①.在迎风坡，上升运动随高度减小，气柱压缩产生水平辐散， 造成气旋性涡度减小，有利于反气旋发展

②.在背风坡，下沉运动随高度减小，气柱压缩产生水平辐合， 造成气旋性涡度增加，有利于气旋发展天气图应用

a.气旋在山前是减弱的，山后是加强的反气旋在山前是加强的，山后是减弱的

b.东亚气旋的源地均在高大山脉东侧

萨彦岭－阿尔泰山以东的蒙古中东部——蒙古气旋 青藏高原以东的河套地区——黄河气旋 南岭、武夷山以东地区——江淮气旋、南方气旋

c.迎风坡常有地形脊，背风坡常有地形槽二、摩擦作用1.摩擦产生垂直运动摩擦层中，摩擦作用使气流向低压一侧偏转，所以气旋——气流偏向中心——辐合上升反气旋——气流偏向外侧——辐散下沉

2.预报规则气旋——摩擦上升运动随高度减小，产生水平辐散， 气旋性涡度减小——气旋减弱反气旋——摩擦下沉运动随高度减小，产生水平辐合， 气旋性涡度增加——反气旋减弱东亚环流基本特征一、东亚大气环流特征

冬季极锋急流分为南北两支

青藏高原独特的环流系统

季风环流最强1.东亚高空西风急流达到全年最强期，位置最偏南，明显分为南北两支（参照P150，图4.9a）北支西风急流35o~40oN

南支西风急流25o~30oN

2.高空中高纬环流（500hpa）为一脊一槽青藏高原北部为高脊

90oE

东亚大槽

140oE3.高空的南支急流中孟加拉湾槽活跃二、东亚四季的环流概况和主要的天气过程特点（一）冬季：11月~3月“十月”突变后，进入冬季环流型4.地面为两个“大气活动中心”控制：

蒙古冷高压：范围可达整个东亚地区（稳定）

阿留申低压，全年最强期5.冬季风强盛时期低层：北方西北风，南方东北风高层：西风带6.我国的主要天气过程强冷空气一次次入侵——寒潮（降温，大风）华南，昆明准静止锋——阴雨（二）夏季：7月~9月“六月”突变进入夏季环流型

1.南支西风急流北移，与北支西风急流合并40oN以北

，热带东风急流北移至青藏高原南侧

2.高空环流500hpa为一槽一脊贝加尔湖浅槽

90oE

东亚沿海为高脊3.地面为两个“大气活动中心”副热带高压，最强期亚洲热低压，最强期4.夏季风强盛时期低层——东南季风和西南季风高层——30oN以北为西风控制，30oN以南为热 带东风控制5.我国天气全国雨季——雷暴，阵雨连阴雨带——华南雨期，江淮梅雨，华北雨季

风场和气压场的关系一、地转风

地转风是水平地转偏向力和水平地转梯度力平衡条件下，空气沿着平行等压线的水平直线运动。由Z坐标系下的零级简化水平运动方程：得：

——地转风分量形式

——地转风矢量形式“P”坐标系的地转风：

——分量形式

——矢量形式讨论：1、地转风条件：自由大气；中高纬度范围；准水平大尺度运动；水平直线运动2、地转风的方向：平行于等压线，在北半球背风而立左低右高3、地转风风速大小与水平气压梯度成正比，等压线越密集，地转风越大；与纬度成反比，相同的水平气压梯度力，高纬风大，低纬风小4、地转风散度为零二、梯度风

1.自然坐标系（曲线坐标）S轴：指向空气运动方向N轴：垂直于S轴，指向空气运动左侧规定：S轴上单位向量为n轴上单位向量为说明：

①S轴上有速度的分量（恒正)n轴上无速度的分量

②S轴上的加速度——切向加速度

n轴上的加速度——法向加速度（向心加速度）

其中R为曲率半径（1/R为曲率）并规定:气旋的曲率半径（逆时针）R>0

反气旋的曲率半径（顺时针）R<0③S轴上的气压梯度力

n轴上的气压梯度力④S轴上的偏向力为0n轴上的偏向力恒为，在n轴的负方向⑤自然坐标系中，一级简化水平运动方程

2，梯度风梯度风是气压梯度力，地转偏向力，惯性离心力三力平衡时，空气沿等压线的曲线运动或气压梯度力与地转偏向力不平衡时沿弯曲等压线的运动

等压线与流线重合：

——梯度风方程讨论：1.气旋与反气旋环流

a).空气体气旋式运动

n轴负方向n轴负方向

n轴正方向中心为低压,气旋式环流的中心必然是低压环流的中心b).空气体反气旋式运动

n轴正方向

n轴负方向

c).天气图应用 高压中心位置标注在反气旋环流中心 低压中心位置标注在气旋环流中心

2.梯度风速——梯度风速a).气旋性环流——风速和气压梯度可无限增大根号前取正号,合理根号前取负号,不合理b).反气旋性环流——风速和气压梯度不可无限增大根号前取负号根号前取正号由于根号内必为正，得出风速极大值

c).天气图应用

低压：越向中心，风越大，气旋中心等压线密集高压：越向边缘，风越大，高压中心等压线稀疏3、梯度风与地转风的比较

梯度风：地转风：

两式联立得到：

讨论：⑴气旋式运动，梯度风速小于地转风速

⑵反气旋式运动，梯度风速>地转风速

⑶气压梯度相同，反气旋的梯度风>气旋的梯度风高空的槽前脊后——空气辐散区——低层辐合上升

阴雨

高空的槽后脊前——空气辐合区——底层辐散下沉

晴天天气图上：三、热成风地转风随高度的改变量称热成风，即上下两层地转风之差由“P”坐标系的地转风方程

得到热成风方程分量形式：得：——热成风的另一表达式分量形式：

代入静力学方程差分形式：讨论：

1、热成风与等平均温度线平行，背热成风而立，低温在左，高温在右。

2、热成风风速大小与平均温度梯度成正比，与纬度成反比，等温线越密集热成风越大。3、热成风与冷暖平流

自上而下地转风随高度逆转时——气层中有冷平流

自上而下地转风随高度顺转时——气层中有暖平流补充：天气图上判断冷暖平流

24小时变温：冷平流暖平流

水平温度平流等高线与等温线有交角处，有温度平流等高线与等温线平行处，无温度平流

4、中纬度系统的温压结构

1）中纬度对流层中，温度分布南暖北冷所以高层为西风气流，且高度越高，西风越大

2）地面闭合高压和低压系统在高空转变为西风气流 的波状槽脊。3）中纬度系统的温压场结构的基本特征。地面低压中心位于高空槽前脊后地面高压中心位于高空槽后脊前高空温度槽脊落后于气压槽脊四、地转偏差实际风与地转风的偏差称为地转偏差。1.摩擦层中的地转偏差摩擦层中的实际风是：气压梯度力，地转偏向力和摩擦力三力平衡的空气运动

即代入地转风方程：得到

讨论:①地转偏差与摩擦力垂直并指向摩擦力右侧

②摩擦力的作用使实际风速减小，风向向低压一侧偏转。

统计结果风向偏角陆地35—45%35—45度海上60—70%15—20度

③在北半球的摩擦层中，低压气流成气旋式辐合（上升运动，云雨天气），高压气流呈反气旋式辐散（下沉运动，晴天）。

2.自由大气中的地转偏差气压梯度力与地转偏向力不平衡，必然产生加速度，引起地转偏差。由一级简化运动方程代入地转风方程得到：

改写上式：讨论：①代入地转风方程：

得：变压风垂直于等变压线，指向变压代数值小的方向变压风的大小与变压梯度大小成正比，等变压线越密，变压风越大负变压中心有变压风的辐合正变压中心有变压风的辐散②写成自然坐标

代入得：

Ⅰ、

地转风在前进方向上逐渐增大，则产生指向低压一侧的地转偏差Ⅱ、地转风在前进方向上逐渐减小，则产生指向高压一侧的地转偏差Ⅲ、横向地转偏差大小与风速成正比a).——法向（横向）地转偏差b）——纵向（切向）地转偏差

Ⅰ、气流气旋式旋转

产生指向地转风相同方向地转偏差——实际风大于地转风Ⅱ、气流反气旋式旋转

产生指向地转风相同方向地转偏差——实际风大于地转风Ⅲ、高空槽前脊后有纵向地转偏差的辐散.

高空槽后脊前有纵向地转偏差的辐合.

纵向地转偏差即是梯度风与地转风之差

Ⅵ、纵向地转偏差的大小与风速的平方成正比③太小略与梯度风比较举例(p50图1.39)

西风带中，有限宽低槽自西向东运动，产生的地转偏差

a.

槽前脊后负变化——变压风辐合

槽后脊前正变化——变压风辐散b.

槽前脊后——辐散

槽后脊前——辐合

c.大气中的西风风速随高度增大高层和占优势低层变压风占优势+摩擦

槽前脊后——低层辐合，高层辐散——上升——云雨

槽后脊前——低层辐散、高层辐合——下沉——晴锋的概念与锋面坡度一、锋的概念

1.定义：两个热力性质不同的气团之间的狭窄过度带称为锋。或者两个密度性质不同的气团之间的狭窄过度带称为锋。或者冷暖气团之间的狭窄的过渡带，称为锋。2.锋的空间结构

a.冷暖气团的交界面，称为锋面。

b.锋面在空间呈向冷区倾斜状态，冷空气在下，暖空气在上。，

c.锋面与地面的交线称为锋线。

d.锋面与空中某平面相交的区域称为锋区——天气图上温度梯度大的窄区域。

e.地面锋线总在高空锋区暖区一侧。二、锋的分类

1.按移动分类

a.冷锋：冷气团起主导作用，推动锋面向暖气团 一侧移动，称为冷锋。

b.暖锋：暖气团起主导作用，推动锋面向冷气团一侧 移动，称为暖锋。c.准静止锋：冷暖气团势力相当，锋面很少移动的锋， 称为准静止锋。（6小时无移动，24小时 移动在2个纬度之内）

中性锢囚d.锢囚锋：冷锋后部的冷气团与暖锋前的冷气团的交界 面，称为锢囚锋。暖式锢囚冷式锢囚2.按锋伸展高度分类：对流层锋：地面——对流层顶

地面锋：低层锋——700hap以下

高空锋：500hap以上，不接地3.按大气环流分类P66T2.4

冰洋锋（地面锋）极锋副热带锋三、锋面坡度1.不连续面的概念，锋面近似为物质面——不连续面

a.锋面是T，ρ的零级不连续面（气象要素本身不连续）

b.等温线在锋面上发生间断

c.垂直与锋线的地转风（分量）是连续的

2.锋面坡度公式设x轴由暖气团指向冷气团，y轴平行地面锋线求锋面倾角α展开得两式相减得：∴得到锋面坡度

——①由静力学方程和地转风方程

其中和是平行与锋线的地转风分量代入①式得

——②

代入状态方程（注意）得

——③②、③式为Margules锋面坡度公式令代入③式得

∵在实际计算中比较小，可略去

∴——④讨论上式：

a).锋面的坡度与f成正比，高纬锋面坡度大于低纬赤道上

,即无锋面

b).锋面的坡度与锋两侧的温度差成反比，温度差越大，坡度越小。

即无锋面c).锋面的坡度与锋两侧平行与锋的地转风分量差成正比风呈气旋性切变风速差（风速切变）越大，坡度越大

d).锋面坡度与平均温度成正比

越高，坡度越大，冬季坡度小于夏季e).实际计算我国统计结果

北方（高纬）锋面坡度南方（低纬）锋面坡度注意：冷锋的坡度大于暖锋和静止锋锋面附近气象要素场的特征一、锋面附近温度场的特征

1.温度水平分布特征：锋区内温度水平梯度比两侧气团内温度水平 梯度大

(1).地面锋线附近有较大温差

(2).高空等压面图上锋区内等温线的密集区；高空锋区走向与地面锋线基本平行，且随高度升高向冷空气倾斜

(3).锋区内有冷平流则为冷锋，有暖平流则为暖锋，无平流（弱），少移动则为准静止锋(4).锢囚锋温度场 中性锢囚：高空暖舌在地面锋线上 冷式锢囚：高空暖舌在地面锋线后 暖式锢囚：高空暖舌在地面锋线前实际上，一般只做中性锢囚锋2.温度垂直分布特征：锋区内温度垂直梯度比两侧气团小——锋区逆温， 等温，温度直减率小3.位温的分布P70T2.6(e)1.特点：锋区内的位温线比较密集且与锋区平行2.说明：

取对数并对z取偏导得到：

代入状态方程和静力学方程有其中

气团内

位温随着高度的升高而增大锋区内

位温随着高度的升高而增大 得很快结论：

a），位温垂直梯度在锋区内比气团内大得多，所以锋区内等位温线密集

b）空气质点在锋面上移动，在绝热条件下位温守恒，因此等位温面平行于锋面，等位温面同锋面一致随高度向空气倾斜

c）实际工作中不使用位温而使用假相当位温

二、锋面附近气压场的特征

1.特征：等压线通过锋面时有较大的弯折，折角指向高压，锋线处于低压槽中。

2.说明：设x轴垂直于锋线，由暖指向冷；

y轴平行于锋线锋面是密度零级不连续面由锋面坡度：代入静力学方程：得：又且

3.结论：a.锋线附近气压梯度连续。b.锋线附近气压梯度不连续，即等压线穿过锋线时有弯折。c.满足，则折角指向高压，即锋线落在低压槽中。三、锋附近变压场的特征。

1.气压随时间变化称变压 冷锋前为负变压，后为正变压。 暖锋前后均为负变压，但代数值前小后大。特征：锋前变压代数值小于锋后变压代数值。2.说明：设坐标如前：x垂直锋线，y平行于锋线，锋面为密度不连续面。

即

其中——锋的移速（1）.暖锋即：

暖锋前变压代数值大于锋后的变压代数值。（2）.冷锋

冷锋前变压代数值小于锋后的变压代数值。（3）.推论锋线向着变压代数值小的一侧移动。3.用气压倾向方程解释气压变化的物理意义。（1）公式推导。

代入连续方程:边界条件：时；

即

第一项第二项

——气压倾向方程

（2）.讨论第一项为密度平流项，（气压变化的热力因子）

a.若，气柱为暖平流则地面减压

b.若，气柱为冷平流则地面增压暖锋前暖平流，负变压明显。冷锋后冷平流，正变压明显。

第二项为水平速度散度项（动力因子）。若气柱辐散为主，质量减少。则地面减压。若气柱辐合为主，质量增加。

则地面增压。四、锋线附近风场特征。

1.水平方向特征：锋两侧的风具有气旋式切变和气流辐合由偏差风可知：低压中气流为气旋式辐合

2.垂直方向

a.冷锋后有冷平流——自下而上穿过锋区，风向逆时针暖锋前有暖平流——自下而上穿过锋区，风向顺时针

b.锋区上空存在急流：极锋锋区和副热带锋区存在西风 急流五、锋线附近湿度场的特征一般暖气团湿度大冷气团湿度小

特殊海洋冷空气——冷湿大陆暖空气——干暖

注意：冷暖气团的源地。六、锋面天气形成云和降水的条件：水气条件，垂直运动，大气稳定度

1.冷锋附近的云和降水

a.第一类型冷锋天气

特征：锋线位于高空槽前，坡度小，移动慢；暖空气下沉，冷空气爬升，冷空气下沉；层状云为主，云序由低到高，有序排列；锋后稳定连续降水（有几百公里宽）b.第二类型冷锋天气

特征：锋线位于高空槽后，坡度大，移动快；冷气团和暖气团高层为下沉气流，暖气团中下层上升气流积状云为主，从高到低垂直排列锋前不稳定降水。2.暖锋附近的云和降水。

特征：锋线位于高空槽前，坡度小，移速慢冷暖气团都为上升气流层状云为主，从高到低垂直排列锋前稳定降水，几百公里3.准静止锋附近的云和降水

特征：类似于第一类型冷锋，但坡度更小垂直运动弱层状云为主稳定的连续降水，雨量小，风区宽，时间长，雨区离锋线有一段距离。4.锢囚锋附近云和降水。特点：两锋面云系的合并，锋线两侧为对称性雨区， （几百公里宽）

冷暖式见p81图2.17。5.锋面天气的输送带模式

——大尺度水平气流输送带

P83T2.18——T2.19锋生与锋消一、锋生与锋消的概念

锋生——密度不连续面的形成过程或水平温度梯度加大的过程；即锋的生成或原有锋强度增强的过程，均称为锋生。锋消——反之

等压面图上等温线密集程度天气图地面图上风两侧要素场差异——锋生函数

锋生函数>0，锋生作用锋生的必要条件锋生函数<0，锋消作用固定地区F最强——锋生消的充分条件锋生条件：锋消条件：二、锋生锋消公式及物理意义

1.公式推导

其中展开：

———①求：和

——

②

——

③而：

——

④

———⑤同理

———⑥

将⑤，⑥代入①式

———⑦2.讨论⑦式。（锋生消公式）设坐标系x轴平行于等位温线，由冷指向暖；

y轴垂直于等位温线，指向位温升的方向。，

——⑧

所以转为讨论⑧式（1）.水平运动的作用∴当时，则，锋消

当时，则，锋生

气流辐合，锋生

∴在垂直于等位温线的方向上有气流辐合利于锋生，反之则有利于锋消。气流辐散，锋消进一步说明：

一个线性流场可分解为四种简单的流场 平流场 旋转场 辐合辐散 变形场前三种对锋生，锋消不起作用。变形场：a.若等位温线与伸展的轴夹角α＜45°，则在辐合气流下易锋生b.若α＞45°，则辐散气流下易锋消；但等位温线会逐渐旋转使α＜45°∴变形场最有利于产生锋生在天气图上鞍型场最易产生锋生。（2）垂直运动作用

a.稳定大气（一般状态下）

当时，，锋生

当时，，锋消

说明：

ω＞0，（），下沉。

ω＜0，上升。

同理，暖上升，冷下沉（辐散）

∴锋消∴在稳定大气中，暖空气一侧相对于冷空气一侧是下沉的，则锋生；反之则锋消

，暖下沉，冷上升（辐合）

∴锋生b.在不稳定大气中

当，，锋生

当，，锋消

因为暖气团的凝结潜热作用抵消了上升作用。（3）.非绝热加热项

，暖空气相对加热，冷空气相对冷却则，锋生同理，则，锋消加热形式凝结潜热加热——有利于锋生下垫面加热——有利于锋消

三、我国锋生、消的概况

1.我国的锋生区1）北方锋生带：河西走廊——东北，40°~50°N2）南方锋生带：华南——长江流域，与副热带锋区位置一致，

20°~30°N3）南北锋生带随季节位移，夏季偏北，冬季偏南2.有利于锋生的天气形势

1）冷锋锋生高空 冷槽在高空槽后——发展槽槽后有较强冷平流地面 冷锋产生在低槽内或冷高压前部

2）暖锋锋生高空 850、700hpa为暖式风切变强的暖平流地面 西南的暖倒槽（开口向南）3.我国的锋消区 青藏高原以东，30°~40°N1）高原东侧——下坡下沉气流作用2）冬季处于东亚大槽后部——下沉气流（槽后西北风）3）夏季副热带高压控制东部，暖空气强4.我国的锋面活动

1）冷锋——最多，全国全年都可产生

2）暖锋——不单独产生，与冷锋一起组成锋面气旋

3）准静止锋华南准静止锋：武夷山、南岭以北昆明准静止锋：在贵阳一带为阴冷，而在昆明则晴朗

4）锢囚锋河套锢囚锋：黄土高原及华北倒回的冷空气汇合于太行山大巴山锢囚锋、武夷山锢囚锋、南疆锢囚锋东北锢囚锋：锋面气旋发展到后期高空急流一、急流的一般概念和基本特征

1.定义：对流层上部强而窄的气流带

2.

水平长度：

上万km

水平宽度：几百km

厚度：

几km

3.水平风切变：垂直风切变：4.急流轴左侧风速具有气旋性切变急流轴右侧风速具有反气旋性切变5.急流轴左侧有偏差风的辐合急流轴右侧有偏差风的辐散二、极锋急流的结构特点（P194图4.43）

1.极锋急流位于极地对流层顶和中纬度对流层顶的断裂处，极锋锋区上方，平均高度在300hpa（10公里）

2.急流随着极锋南北位移，冬强夏弱

冬季平均：40o~60oN，甚至更低纬度

夏季平均：60o~70oN，极圈附近

3.急流下方地面气旋、反气旋活跃三、副热带西风急流的结构特点

1.副热带西风急流位于中纬度对流层顶和热带对流层顶断裂处，副热带锋区上方。平均高度150~200hpa（12公里左右）

2.随副热带锋南北位移冬季：20o~30oN

夏季：35o~45oN四、热带东风急流

1.冬季在赤道附近夏季位于10o~20oN

2.平均高度在热带对流层顶，100~150hpa

3.亚洲——非洲东风急流最强：海陆对比和青藏高原热源作用

高空天气形式预报一、基本方程取简化的涡度方程：

——⑥

——⑦设各层等温线平行——各层之间热成风方向相同

——⑧其中为平均层风速；为平均层热成风

A为系数平均层上A=0

平均层以下A＜０平均层以上Ａ＞０

取涡度——

⑨将⑧，⑨式代入⑦式，并积分∴

——⑩

说明：a）平均层在600hpa左右，以500hpa代替

b）（经验值）

c）热成风涡度平流小于相对涡度平流，更小于地 转涡度平流，但斜压性重要取平均

换成地转风形势：

——⑩高空形势预报方程平均层上的涡度局地变化取决于：

1）该层涡度平流

2）热成风对热成风涡度平流（简称热成风涡度平流）二.讨论⑩式——预报规则

1.左端项：

2.地转涡度平流∵f>0,∴天气图应用——长波对南北向槽脊，地转涡度平流使槽脊西退对东西向槽脊，槽脊西部加强，东部减弱3.相对涡度平流（自然坐标系）

涡度表达式—11

地转风表达式—12相对涡度平流—13

将11，12式代入13式得到：

—14

①散合项——

ks<0气旋性曲率

ks<0反气旋性曲率

——等高线梯度

等高线梯度沿气流方向增大——等高线沿气流方向散开等高线梯度沿气流方向减小——等高线沿气流方向汇合

等高线呈气旋性曲率，沿气流方向散开当等高线呈反气旋性曲率，沿气流方向汇合

气旋性涡度增加即等压面位势高度降低

等高线呈气旋性曲率沿气流方向汇合当等高线呈反气旋性曲率，沿气流方向散开

反气旋性涡度增加即等压面位势高度升高

天气图上的应用a)不对称疏散槽脊——发展加强槽脊b)不对称汇合槽脊——减弱槽脊c)对称槽脊——无发展（强度不变）槽脊前散开，槽脊后汇合，槽脊移动迅速槽脊前汇合，槽脊后散开，槽脊移动缓慢或西退②曲率项——

——等高线梯度：，曲率涡度沿气流方向增加

，曲率涡度沿气流方向减小当，，，曲率涡度沿气流方向减小，有正曲率涡度平流，高度降低——槽前当，，，曲率涡度沿气流方向增加，有负曲率涡度平流，高度升高——槽后③疏密项——

——等高线梯度

，等高线密集程度沿n方向减小，产生正切变涡度，等高线密集程度沿n方向增大，产生负切变涡度当，，，切变涡度沿气流方向减小，有正的切变涡度平流，高度降低

当，，，切变涡度沿气流方向增加，有负的切变涡度平流，高度升高

4.热成风涡度平流（温度场）自然坐标系热成风

h：1000~500hpa厚度—15

热成风涡度

—16热成风涡度平流

—17

将15式代入16

，17式得到

——18

18与14式同理讨论，等高线等温线

温度场对高度场的影响

天气图应用发展槽脊的温压场配置——温度槽脊落后于高度槽脊相对涡度平流使槽脊东移热成风涡度平流使槽脊发展极地环流概况66.5°N以北为北极地区（北冰洋为主）66.5°S以南为南极地区（大陆为主）一、北极环流的平均情况（P165图4.20）

1、中高层极地为极涡控制

2、地面上极区为高压

1月（左图）和7月（右图）北极多年平均气压（百帕）二、极地边缘锋面气旋活跃三、极地气温分布

1、地面温度：冬季~-30°C以下夏季~0°2、近地层（两公里以下为强逆温）

3、极地对流层顶最低——300hpa四、极地环流异常

极地上空有暖性的反气旋侵入，并持续较长时间（几~十几天），则极涡中心南移——造成中高纬度强冷空气的侵入，暴发寒潮。气团与锋第一节气团一.气团的概念：

气团——气象要素水平分布比较均匀的大范围的空气团

水平尺度：几百~几千公里垂直尺度：几~十几公里二.气团的形成和变性

1.气团形成的两个条件

(1).大范围性质均匀的下垫面地球表面的空气属性传给大气

气团形成的物理过程：

辐射 传导和乱流 蒸发和凝结 大范围的垂直运动(2).有适当稳定的大气环流条件，使空气团长时间稳定在下垫面上 高压系统——稳定，且水平范围大。 低压系统——不稳定，且水平范围小。具备上述两条的地区为气团源地2.气团物理属性的变化称为气团的变性——气团变性 暖气团变性慢 冷气团变性快三.气团的分类

1.热力分类法

2.地理分类法北极气团（冰洋气团，北极圈内70°N~90°N）极地气团（中高纬度西风带，40°N~70°N）热带气团（副热带地区，20°N~40°N）赤道气团（赤道，20°N以南）

３.大气环流的分类法极地气团（高纬度，60°N~90°N） 中纬度气团（30°N~60°N） 热带气团（30°N以南）又可分为大陆性和海洋性气团

四.影响我国的气团

１.极地大陆气团：干冷 ２.热带海洋气团：暖湿（副热带高压） ３.热带大陆气团：干暖（中亚） ４.印度洋的赤道气团：暖湿（季风气团）气旋和反气旋第一节气旋、反气旋的特征和分类一、定义：

气旋——气旋是占有三度空间，在同一高度上中心气压低于四周的大尺度涡旋。在北半球，气旋范围内气流作逆时针旋转，南半球相反。

反气旋——反气旋是占有三度空间，在同一高度上中心气压高于四周的大尺度涡旋。在北半球，反气旋范围内气流作顺时针旋转，南半球相反。二、气旋和反气旋的水平尺度

气旋水平尺度平均1000公里

反气旋水平尺度>>气旋，几千~上万公里三、气旋和反气旋的强度

1.用系统中心气压值来表示强度地面气旋中心气压平均：970~1010hpa

地面反气旋中心气压平均：1020~1030hpa

2.强度变化气旋：——“加深”，——“添塞”

反气旋：——“减弱”，——“增强”

3.对温带气旋、反气旋，冬季比夏季强；气旋在海上比陆地上强，反气旋则反之

四、气旋和反气旋的分类

1.气旋地理分类温带气旋热带气旋热力分类锋面气旋热带气旋：台风、热带低压

无锋面气旋地方性气旋下垫面加热地形影响锋前热低压：高空暖平流热力分类

2.反气旋

地理分类极地反气旋温带反气旋副热带反气旋

热力分类冷性反气旋暖性反气旋

天气系统与天气形势的天气学预报方法第一节天气系统的外推预报法外推法——将天气系统过去的演变趋势外延以推测未 来的状况一、闭合系统的外推法

1、等速外推：

2、变速外推二、槽脊线的外推

1、移动外推——分段外推2、强度外推——等高线振幅三、说明：

1、在天气形势稳定的时候可用外推

2、但在天气出现转折时不可用

3、外推的时间是短期的，长期不能用天气系统的运动学预报方法运动学法——利用变压、变高的分布特点，通过运动学公