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天氣系統(tǒng)與天氣形勢(shì)的天氣學(xué)預(yù)報(bào)方法

天氣系統(tǒng)的外推預(yù)報(bào)法

外推法——將天氣系統(tǒng)過去的演變趨勢(shì)外延以推導(dǎo)未來的狀況

一、閉合系統(tǒng)的外推法。

等速外推：圖形

變速外推：圖形

二、槽脊線的外推

移動(dòng)外推——分段外推圖形

強(qiáng)度外推——等高線振幅圖形

三、說明：1、在天氣形勢(shì)穩(wěn)定的時(shí)候可用外推

2、但在天氣出現(xiàn)轉(zhuǎn)折時(shí)不可用

3、外推的時(shí)間是短期的，長(zhǎng)期不能用。

第二節(jié)天氣系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)預(yù)報(bào)方法

運(yùn)動(dòng)學(xué)法——利用變壓、變高的分布特點(diǎn)，通過運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，預(yù)測(cè)系統(tǒng)未來的移動(dòng)的變化

一、系統(tǒng)移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式

取固定坐標(biāo)系——固定于地表，以速度運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)———①

取運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系——隨天氣系統(tǒng)移動(dòng)，設(shè)天氣系統(tǒng)移動(dòng)速度為，空氣質(zhì)點(diǎn)移速為

空氣質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系的移速為（-）

———②

①—②得到：=——③

如果取x軸與系統(tǒng)移動(dòng)方向一致，=0運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的特性點(diǎn)，線上某物理量為零

則③式0=

——④

③式、④式即為系統(tǒng)移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式

二、槽脊線的移動(dòng)預(yù)報(bào)

1、移動(dòng)公式：取運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系隨槽脊線移動(dòng)，x軸與運(yùn)動(dòng)槽脊方向一致

則槽脊線上

帶入③式——⑤槽脊線移速公式

變壓升度低壓槽

變壓梯度高壓脊

2、預(yù)報(bào)規(guī)則

槽脊線移動(dòng)方向

a）槽線>0：

當(dāng)，槽前的變壓>0，槽后<0，C<0，槽西退

當(dāng)，槽前的變壓<0，槽后>0，C>0，槽東進(jìn)

b）脊線<0：

當(dāng)，C>0，脊東進(jìn)，圖形

當(dāng)，C<0，脊西退，圖形

所以槽線沿變壓梯度方向移動(dòng)，脊線沿變壓升度方向移動(dòng)

槽（脊）線的移動(dòng)速度與變壓梯（升）度成正比

與槽（脊）強(qiáng)度成反比。

二、閉合中心氣旋和反氣旋中心移動(dòng)預(yù)報(bào)

1、移動(dòng)公式圖形

設(shè)高低壓為橢圓，x軸為長(zhǎng)軸，y軸為短軸

取運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系原點(diǎn)隨高、低壓中心移動(dòng)，移速為

則高、低壓中心，

，

分別帶入③式

同理有：

系統(tǒng)中心移速公式：

系統(tǒng)移動(dòng)方向與x軸夾角

其中，為變壓升度I沿x軸，y軸的分量，為變壓升度與x軸的夾角

2、預(yù)報(bào)規(guī)則

①正圓形系統(tǒng)：

圖形

正圓形的高（低）壓沿變壓的升度（梯度）方向移動(dòng)，其移動(dòng)速度與變壓升度（梯度）成正比，與系統(tǒng)強(qiáng)度成反比

②橢圓形系統(tǒng)：

圖形

橢圓形高壓（低壓）的移動(dòng)方向介于變壓升度（梯度）與長(zhǎng)軸之間，長(zhǎng)軸越長(zhǎng)，越接近于長(zhǎng)軸，其移動(dòng)速度與變壓升度（梯度）成正比，與系統(tǒng)強(qiáng)度成反比。

四、氣壓系統(tǒng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)

由③式=

圖形

低壓中心或槽線上出現(xiàn)負(fù)變壓，系統(tǒng)加強(qiáng)；反之減弱

高壓中心或脊線上出現(xiàn)正變壓，系統(tǒng)加強(qiáng)；反之減弱

第3節(jié)高空天氣形式預(yù)報(bào)方程

一、基本方程

取簡(jiǎn)化的渦度方程：——⑥

——⑦

設(shè)各層等溫線平行——各層之間熱成風(fēng)方向相同

——⑧

其中為平均層風(fēng)速,為平均層熱成風(fēng)

A為系數(shù)平均層上A=0

平均層以下A＜０

平均層以上Ａ＞０

取渦度——⑨

將⑧，⑨式代入⑦式，并積分得：

取平均

∴——⑩

換成地轉(zhuǎn)風(fēng)形式：——⑩高空形勢(shì)預(yù)報(bào)方程

說明：a）平均層在600hpa左右，以500hpa代替

b）（經(jīng)驗(yàn)值）

c）熱成風(fēng)渦度平流小于相對(duì)渦度平流，更小于地轉(zhuǎn)渦度平流，但斜壓性很重要

二、討論⑩式——預(yù)報(bào)規(guī)則

1，左端項(xiàng)：

2，地轉(zhuǎn)渦度平流

∵f>0,>0

∴

天氣圖應(yīng)用——長(zhǎng)波

圖形對(duì)南北向槽脊，地轉(zhuǎn)渦度平流使槽脊西退

圖形對(duì)東西向槽脊，槽脊西部加強(qiáng)，東部減弱

3，相對(duì)渦度平流（自然坐標(biāo)系）

渦度表達(dá)式——11

地轉(zhuǎn)風(fēng)表達(dá)式——12

相對(duì)渦度平流——13

將11，12式代入13式：

——14

①散合項(xiàng)

Ks<0氣旋性曲率

Ks<0反氣旋性曲率

等高線梯度：

等高線梯度沿氣流方向增大——等高線沿氣流方向散開

等高線梯度沿氣流方向減小——等高線沿氣流方向匯合

當(dāng)?shù)雀呔€呈氣旋性曲率，沿氣流方向散開

等高線呈反氣旋性曲率，沿氣流方向匯合

氣旋性渦度增加等壓面位勢(shì)高度降低

當(dāng)?shù)雀呔€呈氣旋性曲率沿氣流方向匯合

等高線呈反氣旋性曲率，沿氣流方向散開

反氣旋性渦度增加等壓面位勢(shì)高度升高

天氣圖上的應(yīng)用

不對(duì)稱疏散槽脊——發(fā)展加強(qiáng)槽脊圖形

不對(duì)稱匯合槽脊——減弱槽脊

對(duì)稱槽脊——無發(fā)展（強(qiáng)度不變）

槽脊前散開，槽脊后匯合，槽脊移動(dòng)迅速

慢或槽脊前匯合，槽脊后散開，槽脊移動(dòng)緩慢或西退

②曲率項(xiàng)

等高線梯度：，曲率渦度沿氣流方向增加

，曲率渦度沿氣流方向減小

當(dāng)，，，

曲率渦度沿氣流方向減小，有正曲率渦度平流；高度降低——槽前

當(dāng)，，，

曲率渦度沿氣流方向增加，有負(fù)曲率渦度平流；高度升高——槽后

圖形

③疏密項(xiàng)：

等高線梯度

等高線密集程度沿n方向減小，產(chǎn)生正切變渦度

等高線密集程度沿n方向增大，產(chǎn)生負(fù)切變渦度圖形

當(dāng)，，，

切變渦度沿氣流方向減小，有正的切變渦度平流，高度降低圖形

當(dāng)，，，

切變渦度沿氣流方向增加，有負(fù)的切變渦度平流，高度升高圖形

4，熱成風(fēng)渦度平流（溫度場(chǎng)）

自然坐標(biāo)系圖形

熱成風(fēng)h:1000~500hpa厚度——15

熱成風(fēng)渦度——16

熱成風(fēng)渦度平流——17

將15，16式代入17式

——18

18與14式同理討論，等高線等溫線：，溫度場(chǎng)對(duì)高度場(chǎng)的影響

天氣圖應(yīng)用

圖形

發(fā)展槽脊溫壓場(chǎng)配置——溫度槽脊落后于高度槽脊

相對(duì)渦度平流使槽脊東移，

熱成風(fēng)渦度平流使槽脊發(fā)展

圖形——溫度槽超前于高度槽脊減弱槽脊

第4節(jié)地面天氣形勢(shì)預(yù)報(bào)

一、基本方程

設(shè)：1000hpa位勢(shì)高度（地面氣壓），高空平均層位勢(shì)高度（500hpa）

兩層厚度

則

——19

代入靜力學(xué)方程和狀態(tài)方程

得到：

——20

將20式代入19式

——21

由熱流量方程：——22

22式代入21得到——23

地面形勢(shì)預(yù)報(bào)方程

二、討論23式——地面預(yù)報(bào)規(guī)則

平均層高度變化項(xiàng)

當(dāng)

高空正渦度平流區(qū)（渦度平流+熱成風(fēng)渦度平流）,有利于地面氣壓下降——有利于地面氣旋發(fā)展

當(dāng)

高空負(fù)渦度平流區(qū)——地面氣旋上升，有利于地面反氣旋發(fā)展

天氣圖上圖形

２，平均溫度平流項(xiàng)

當(dāng)暖平流，

暖平流，地面氣壓下降——有利于氣旋發(fā)展

當(dāng)冷平流，

冷平流，地面氣壓上升——有利于反氣旋發(fā)展

引導(dǎo)氣流

地面系統(tǒng)中心一般沿平流層地轉(zhuǎn)風(fēng)方向移動(dòng)，稱平均層氣流為引導(dǎo)氣流

統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)：地面的低壓中心移動(dòng)的方向偏于５００hpa氣流的右側(cè)

地面的高壓中心移動(dòng)的方向偏于５００hpa氣流的左側(cè)

由于絕熱變化項(xiàng)和非絕熱變化項(xiàng)對(duì)溫度平流項(xiàng)有抵消作用,

地面系統(tǒng)中心移速為５００hpa風(fēng)速的５０～７０％

３，絕熱變化項(xiàng)

①大氣呈穩(wěn)定狀態(tài)

②大氣不穩(wěn)定狀態(tài)

天氣圖上

氣旋發(fā)展條件：不穩(wěn)定

上升運(yùn)動(dòng)

水氣充沛

４，非絕熱變化項(xiàng)

當(dāng)

非絕熱加熱，溫度升高，地面氣壓下降——有利于氣旋

當(dāng)

非絕熱冷卻，溫度降低，地面氣壓升高——有利于反氣旋

天氣圖上：冷的下墊面有利于地面反氣旋形成發(fā)展

暖的下墊面有利于地面氣旋形成發(fā)展

第5節(jié)地形和摩擦的影響

地形的作用

1，圖形

地形強(qiáng)迫抬升，產(chǎn)生垂直運(yùn)動(dòng)

——山的坡度越大，風(fēng)速越大，風(fēng)速與山脈的走向越垂直，則垂直運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)

2，預(yù)報(bào)的規(guī)則：

在迎風(fēng)坡，上升運(yùn)動(dòng)隨高度減小，氣柱壓縮產(chǎn)生水平輻散，造成氣旋性渦度減小，有利于反氣旋發(fā)展

在背風(fēng)坡，下沉運(yùn)動(dòng)隨高度減小，氣柱壓縮產(chǎn)生水平輻合，造成氣旋性渦度增加，有利于氣旋發(fā)展

天氣圖應(yīng)用圖形

氣旋在山前是減弱的，山后是加強(qiáng)的

反氣旋在山前是加強(qiáng)的，山后是減弱的

東亞氣旋的源地均在高大山脈東側(cè)

薩彥嶺－阿爾泰山以東的蒙古中東部——蒙古氣旋

青藏高原以東的河套地區(qū)——黃河氣旋

南嶺、武夷山以東地區(qū)——江淮氣旋、南方氣旋

迎風(fēng)坡常有地形脊，背風(fēng)坡常有地形槽

二、摩擦作用

1，摩擦產(chǎn)生垂直運(yùn)動(dòng)

摩擦層中，摩擦作用使氣流向低壓一側(cè)偏轉(zhuǎn)，所以

氣旋——?dú)饬髌蛑行摹?/p>

輻合上升

反氣旋——?dú)饬髌蛲鈧?cè)——

輻散下沉

2，預(yù)報(bào)規(guī)則

氣旋——摩擦上升運(yùn)動(dòng)隨高度減小，產(chǎn)生水平輻散，氣旋性渦度減小——?dú)庑郎p弱

反氣旋——摩擦下沉運(yùn)動(dòng)隨高度減小，產(chǎn)生水平輻合，氣旋性渦度增加——反氣旋減弱

第6節(jié)天氣學(xué)預(yù)報(bào)的方法和思路

一、形勢(shì)預(yù)報(bào)規(guī)則P245

五流：渦度平流、熱成鳳渦度平流、冷暖平流、引導(dǎo)氣流和

平均氣流

三變：變壓、變高、變溫

周：周圍系統(tǒng)的相互影響

史：相似形勢(shì)法、模式法、統(tǒng)計(jì)資