1、2020/8/23,1,天氣學(xué)原理和方法輔導(dǎo),陳忠明,2020/8/23,2,主要方式,1、注重基本概念的把握 2、注重基本方法分析 3、注重天氣學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的溫習(xí) 4、注重全方位綜合 5、注重應(yīng)對(duì)競賽需要 6、力求實(shí)現(xiàn)對(duì)天氣學(xué)主要知識(shí)的掌握,2020/8/23,3,第一章 大氣運(yùn)動(dòng)的基本特征,1、描述大氣運(yùn)動(dòng)的基本定律 牛頓第二定律 F=Ma 熱力學(xué)第一定律 能量守恒原理,2020/8/23,4,第一章 大氣運(yùn)動(dòng)的基本特征,2、影響大氣運(yùn)動(dòng)的作用力 在研究大氣運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先有弄清影響大氣作用的力有哪些？ 氣壓梯度力 （氣壓分布不均勻） 重力 （地球吸引） 摩擦力 （粗糙表面摩擦） 地轉(zhuǎn)偏向力（科

2、氏力、旋轉(zhuǎn)地球上）,2020/8/23,5,第一章 大氣運(yùn)動(dòng)的基本特征,3、大氣運(yùn)動(dòng)的控制方程 Z坐標(biāo)系下的大氣運(yùn)動(dòng)方程 P坐標(biāo)系下的大氣運(yùn)動(dòng)方程 （動(dòng)量方程、連續(xù)性方程、熱力學(xué)方程）,2020/8/23,6,第一章 大氣運(yùn)動(dòng)的基本特征,4、風(fēng)與氣壓場(chǎng)的關(guān)系 很復(fù)雜、準(zhǔn)平衡情況 地轉(zhuǎn)風(fēng)關(guān)系 科氏力與氣壓梯度力平衡 fV=(1/) 特點(diǎn)：風(fēng)沿等壓線吹，等壓線越密，風(fēng)速越大 在北半球，背風(fēng)而立， 高壓在右，低壓在左,2020/8/23,7,第一章 大氣運(yùn)動(dòng)的基本特征,4、風(fēng)與氣壓場(chǎng)的關(guān)系 梯度風(fēng)關(guān)系 科氏力與氣壓梯度力與慣性離心力平衡 特點(diǎn)：在自然坐標(biāo)系中引入，適合于渦旋系統(tǒng) 利用梯度風(fēng)公式，可以

3、說明在反氣旋中心區(qū)附近風(fēng)速很小。,2020/8/23,8,第一章 大氣運(yùn)動(dòng)的基本特征,4、風(fēng)與氣壓場(chǎng)的關(guān)系 地轉(zhuǎn)風(fēng)與梯度風(fēng)的比較 在氣旋環(huán)流中，地轉(zhuǎn)風(fēng)比梯度風(fēng)大，在氣旋環(huán)流中則相反。,2020/8/23,9,第一章 大氣運(yùn)動(dòng)的基本特征,4、風(fēng)與氣壓場(chǎng)的關(guān)系 熱成風(fēng) 地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度的變化 特點(diǎn)：熱成風(fēng)是針對(duì)兩層大氣之間定義的。 熱成風(fēng)沿兩層等壓面之間平均溫度線吹，其大小與平均溫度梯度有關(guān)；溫度梯度越大，風(fēng)速越大 在北半球，背風(fēng)而立， 暖區(qū)（高溫）在右，冷區(qū)（低溫）在左,2020/8/23,10,第一章 大氣運(yùn)動(dòng)的基本特征,4、風(fēng)與氣壓場(chǎng)的關(guān)系 地轉(zhuǎn)偏差 實(shí)際風(fēng)與地轉(zhuǎn)風(fēng)的差 V，=V-Vg 特點(diǎn)：地

4、轉(zhuǎn)偏差處處存在；還可以比較大 地轉(zhuǎn)偏差風(fēng)的值可以比地轉(zhuǎn)風(fēng)大，也可以比實(shí)際風(fēng)大,2020/8/23,11,第二章 氣團(tuán)與鋒,1、氣團(tuán) 氣團(tuán)是指氣象要素水平分布比較均勻的大范圍空氣團(tuán)。 特點(diǎn)：在同一氣團(tuán)中，要素：溫度、濕度水平分布比較均勻；天氣現(xiàn)象大致一樣；氣象要素的垂直分布幾乎相同。 水平尺度可達(dá)幾千千米，垂直尺度可伸展到對(duì)流層頂。,2020/8/23,12,第二章 氣團(tuán)與鋒,1、氣團(tuán) 氣團(tuán)分類：從熱力學(xué)上進(jìn)行分類：暖氣團(tuán)、冷氣團(tuán)。 2、鋒 鋒是兩個(gè)不同屬性氣團(tuán)之間的過渡（帶） 特點(diǎn)：鋒是傾斜的，因此有坡度。 2、鋒 鋒的分類根據(jù)鋒在移動(dòng)過程中冷、暖氣團(tuán)所占的主次地位，鋒被分為以下4種： 冷鋒

5、暖鋒 靜止鋒 錮囚鋒（兩條鋒面相遇）,2020/8/23,13,第二章 氣團(tuán)與鋒,2、鋒 鋒附近的要素場(chǎng)特征 鋒面兩側(cè)的要素場(chǎng)是有差異的，主要表現(xiàn)在溫度、濕度、氣壓、風(fēng)、變壓、變溫、天氣等 在確定鋒面位置時(shí)，應(yīng)考慮上述要素的分布特征,2020/8/23,14,第二章 氣團(tuán)與鋒,2、鋒 冷鋒附近的要素場(chǎng)特征 鋒后為冷區(qū)、高壓、干燥、負(fù)變溫、正變壓、有降水 鋒前為暖區(qū)、低壓、濕潤、變溫不明顯、變壓不明顯、一般無降水 暖鋒則不同,2020/8/23,15,第二章 氣團(tuán)與鋒,3、鋒生、鋒消 鋒生被定義為鋒面的生成或加強(qiáng)過程。 鋒消被定義為鋒面的減弱消亡過程。 例如 冷鋒后的氣壓升高，負(fù)變溫加大，正變壓

6、加大，降水更加明顯等，均是鋒面加強(qiáng)的表現(xiàn)，即是鋒生過程。 相反則是鋒消過程。,2020/8/23,16,第二章 氣團(tuán)與鋒,3、鋒生、鋒消 鋒生的基本條件： 對(duì)于冷鋒來說，高空槽后有強(qiáng)冷平流攜帶新鮮冷空氣不斷補(bǔ)充。 對(duì)于暖鋒來說，低層強(qiáng)烈暖平流不斷向北方輸送暖空氣與冷空氣匯合。 當(dāng)這些條件不能滿足，或氣團(tuán)變性后，就會(huì)產(chǎn)生鋒消,2020/8/23,17,第二章 氣團(tuán)與鋒,4、從衛(wèi)星云圖上看鋒面云系 冷鋒云系：一般是一條連續(xù)的、寬整云帶，云帶為多層云系。 暖鋒云系：常呈現(xiàn)一大片高空卷云覆蓋區(qū)。 錮囚鋒云系：一條從暖區(qū)頂端出發(fā)，按螺旋形狀旋向氣象中心的云帶。它的螺旋云帶特征十分明顯,2020/8/23

7、,18,第三章 氣旋與反氣旋,1、氣旋與反氣旋的特征 氣旋是三度空間上在同一高度層中心氣壓低于四周的大尺度渦旋。 在北半球，氣旋區(qū)內(nèi)的空氣作逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)。 反氣旋是三度空間上在同一高度層中心氣壓高于四周的大尺度渦旋。 在北半球，反氣旋區(qū)內(nèi)的空氣作順時(shí)針運(yùn)動(dòng)。,2020/8/23,19,第三章 氣旋與反氣旋,2、氣旋與反氣旋的分類 氣旋按形成與活動(dòng)區(qū)域分為：溫帶氣旋與熱帶氣旋 按形成與熱力結(jié)構(gòu)分為：鋒面氣旋與無鋒面氣旋 反氣旋按形成與活動(dòng)區(qū)域分為：極地反氣旋、溫帶反氣旋與副熱帶反氣旋 按形成與熱力結(jié)構(gòu)分為：冷性反氣旋與暖性反氣旋,2020/8/23,20,第三章 氣旋與反氣旋,3、渦度與渦度方程

8、渦度是表征空氣運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度與方向的物理量。正渦度反映逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)；負(fù)渦度則相反。 渦度方程及其簡化：在水平無輻散大中，絕對(duì)渦度守恒：d(f+)/dt=0,2020/8/23,21,第三章 氣旋與反氣旋,4、位勢(shì)傾向方程與方程 常被用于系統(tǒng)發(fā)展的診斷（高度場(chǎng)與垂直運(yùn)動(dòng)變化） 根據(jù)方程 影響垂直運(yùn)動(dòng)的因子有：渦度平流隨高度的變化，溫度平流，非絕熱加熱。,2020/8/23,22,第三章 氣旋與反氣旋,5、溫帶氣旋與反氣旋發(fā)展的幾個(gè)階段 溫帶氣旋的生命史： 波動(dòng)階段、成熟階段、錮囚階段、消亡階段。 溫帶反氣旋的生命史： 初生階段、發(fā)展階段、消亡階段。 6、東亞氣旋 東亞氣旋的典型代表：蒙古氣旋，江

9、淮氣旋，黃河氣旋。,2020/8/23,23,第四章 大氣環(huán)流,1、大氣環(huán)流的季節(jié)變化 在冬季，大陸海平面氣壓為高壓區(qū)、海洋為低壓區(qū)，夏季則相反。 大氣環(huán)流的季節(jié)性突變發(fā)生在6月和10月 2、控制大氣環(huán)流的基本因子 太陽輻射，地球自轉(zhuǎn)，地球表面不均勻（海陸差異），地面摩擦。,2020/8/23,24,第四章 大氣環(huán)流,3、大氣環(huán)流的基本模型 三圈環(huán)流模型： 赤道上升中緯度下沉正環(huán)流，極地下沉到中高緯度上升的正環(huán)流，在兩者之間是一個(gè)反環(huán)流。,2020/8/23,25,第四章 大氣環(huán)流,4、西風(fēng)帶大型擾動(dòng) 環(huán)流指數(shù)與指數(shù)循環(huán)。 35-55N之間的平均地轉(zhuǎn)西風(fēng)定義為西風(fēng)指數(shù)。高指數(shù)與緯向環(huán)流相對(duì)應(yīng)，

10、低指數(shù)與經(jīng)向環(huán)流相對(duì)應(yīng)。高、低指數(shù)的交替循環(huán)變化就是指數(shù)循環(huán)。,2020/8/23,26,第四章 大氣環(huán)流,4、西風(fēng)帶大型擾動(dòng) 西風(fēng)帶長波 平均圖上的槽脊系統(tǒng)。 長波系統(tǒng)可以東移，也可以西退。 長波西退的條件是長波的波長大于臨界波長。即LLs,2020/8/23,27,第四章 大氣環(huán)流,4、西風(fēng)帶大型擾動(dòng) 阻塞高壓與切斷低壓(重要系統(tǒng)) 阻塞高壓應(yīng)具備以下條件：（1）中高緯度高空有閉合暖高壓中心存在；（2）暖高至少維持3天以上，且呈準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)；（3）阻高區(qū)內(nèi)西風(fēng)急流減弱，急流分支與匯合點(diǎn)的距離大于40-50經(jīng)度。,2020/8/23,28,第四章 大氣環(huán)流,4、西風(fēng)帶大型擾動(dòng) 阻塞高壓與切斷低

11、壓(重要系統(tǒng)) 阻塞高壓的特點(diǎn)：尺度大，穩(wěn)定性強(qiáng)，維持時(shí)間長。 切斷低壓與阻塞高壓類似。,2020/8/23,29,第四章 大氣環(huán)流,5、急流 特點(diǎn)： 強(qiáng)而窄的氣流帶；急流軸左側(cè)風(fēng)速具有反氣旋性切變，右側(cè)風(fēng)速具有氣旋性切變，在垂直方向上，風(fēng)速具有強(qiáng)烈的垂直切變。,2020/8/23,30,第五章 天氣形勢(shì)預(yù)報(bào),1、天氣形勢(shì)及系統(tǒng)的預(yù)報(bào) 外推法，運(yùn)動(dòng)學(xué)預(yù)報(bào)法，引導(dǎo)氣流等。 2、地形對(duì)天氣系統(tǒng)移動(dòng)發(fā)展的影響 西風(fēng)槽移近大地形西側(cè)時(shí)會(huì)發(fā)生移速減慢，強(qiáng)度減弱的現(xiàn)象。在移出大地形東側(cè)時(shí)，會(huì)發(fā)生移速加快，強(qiáng)度增強(qiáng)的現(xiàn)象。 3、地形對(duì)降水的影響 地形對(duì)降水的影響是復(fù)雜的，通常情況下，在迎風(fēng)坡，地形抬升對(duì)降水

12、有（增幅）作用。,2020/8/23,31,第五章 天氣形勢(shì)預(yù)報(bào),4、數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的釋用 將數(shù)值預(yù)報(bào)模式輸出產(chǎn)品用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行加工，最后制作局地天氣預(yù)報(bào)。這種做法叫做數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的釋用。 方法有：MOS， PP等,2020/8/23,32,第六章 寒潮天氣過程,1、寒潮天氣的概念 寒潮天氣過程是一種大規(guī)模的強(qiáng)冷空氣活動(dòng)過程。在目前，我們是將過程降溫強(qiáng)度作為寒潮的標(biāo)準(zhǔn)。,2020/8/23,33,第六章 寒潮天氣過程,2、寒潮的預(yù)報(bào) 寒潮預(yù)報(bào)應(yīng)包括：強(qiáng)冷空氣堆積預(yù)報(bào)，寒潮爆發(fā)預(yù)報(bào)，寒潮的路徑與強(qiáng)度預(yù)報(bào)，寒潮天氣預(yù)報(bào)。 目前我們更多地依靠數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果。因?yàn)閿?shù)值預(yù)報(bào)在降溫預(yù)報(bào)方面具有很好的效果。,2

13、020/8/23,34,第七章 大型降水天氣過程,1、暴雨形成條件 暴雨天氣形成的主要條件是： A、充分的水汽供應(yīng) B、強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng) C、降水持續(xù)較長時(shí)間,2020/8/23,35,第七章 大型降水天氣過程,2、水汽的診斷分析 A、比濕、濕層厚度 B、可降水量 C、水汽通量 D、水汽通量散度 E、水汽的局地變化,2020/8/23,36,第七章 大型降水天氣過程,3、垂直運(yùn)動(dòng)的診斷分析 A、連續(xù)性方程積分 B、方程診斷 C、低層輻合與高層輻散（相對(duì)散度） D、地形強(qiáng)迫,2020/8/23,37,第七章 大型降水天氣過程,4、大范圍降水 A、華南前汛期降水 B、江淮梅雨 （梅雨鋒：主要是濕度對(duì)

14、比，溫度梯度對(duì)比時(shí)有時(shí)無） C、華北雨季,2020/8/23,38,第七章 大型降水天氣過程,5、降水的形星尺度系統(tǒng)及其作用 A、西風(fēng)槽 B、阻塞高壓 C、副熱帶高壓 D、熱帶環(huán)流系統(tǒng) 它們各自的作用是不一樣的。請(qǐng)針對(duì)具體問題具體分析。,2020/8/23,39,第七章 大型降水天氣過程,6、降水的天氣尺度系統(tǒng)及其作用 A、切變線（江淮切變） B、低渦（西南低渦） 西南低渦是指形成于我國西南地區(qū)，700或850hPa上具有氣旋環(huán)流的閉合小低壓。其水平尺度約300-500千米。 C、高空冷渦（東北冷渦） D、低空急流,2020/8/23,40,第七章 大型降水天氣過程,6、降水的天氣尺度系統(tǒng)及其

15、作用 天氣尺度系統(tǒng)的作用 A、制約和影響形成暴雨的中尺度系統(tǒng)的活動(dòng) B、供應(yīng)暴雨區(qū)的水汽 7、暴雨中尺度系統(tǒng) 中尺度雨團(tuán)、中尺度低壓 中尺度輻合中心、中尺度切變線 中尺度輻合線,2020/8/23,41,第七章 大型降水天氣過程,8、中尺度系統(tǒng)的不穩(wěn)定發(fā)展 對(duì)稱不穩(wěn)定理論 觸發(fā)條件： 鋒面抬升、露點(diǎn)鋒抬升 能量鋒的觸發(fā)、地形抬升 近地層非均勻加熱、重力波抬升 海陸風(fēng),2020/8/23,42,第七章 大型降水天氣過程,9、不同高度急流對(duì)暴雨的影響 超低空急流（邊界層急流） 水汽輸送、不穩(wěn)定層結(jié)的建立與維持、不穩(wěn)定能量的觸發(fā) 低空急流 不穩(wěn)定層結(jié)的建立與維持、不穩(wěn)定能量的觸發(fā) 高空急流 高層輻散

16、、有利于對(duì)稱不穩(wěn)定的建立,2020/8/23,43,第八章 對(duì)流性天氣過程,1、強(qiáng)雷暴的幾種類型 超級(jí)單體強(qiáng)風(fēng)暴 多單體強(qiáng)風(fēng)暴 颮線,2020/8/23,44,第八章 對(duì)流性天氣過程,2、對(duì)流性天氣形成的物理基礎(chǔ) 對(duì)流不穩(wěn)定：原來穩(wěn)定的下濕上干氣層，在經(jīng)過整層抬升后，使得氣層處于飽和狀態(tài)，此時(shí)，其溫度隨高度的減溫率大于濕絕熱減溫率，大氣層結(jié)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。這種不穩(wěn)定就是的對(duì)流性不穩(wěn)定。（se/p)0,2020/8/23,45,第八章 對(duì)流性天氣過程,3、對(duì)流性天氣形成的條件 水汽條件 不穩(wěn)定層結(jié)條件 抬升條件,2020/8/23,46,第八章 對(duì)流性天氣過程,4、對(duì)流性天氣的觸發(fā)機(jī)制 天氣系統(tǒng)

17、造成的系統(tǒng)性上升運(yùn)動(dòng)（如鋒面抬升、低渦輻合上升等） 地形抬升作用 局地?zé)崃μ饔?2020/8/23,47,第八章 對(duì)流性天氣過程,5、強(qiáng)雷暴發(fā)生發(fā)展的有利條件 逆溫層（抑制弱對(duì)流發(fā)展，積累能量） 前傾槽（能夠產(chǎn)生更強(qiáng)的不穩(wěn)定層結(jié)） 低層輻合、高層輻散（抬升更強(qiáng)） 高低空急流（垂直風(fēng)切變） 中小系統(tǒng)（對(duì)流的組織）,2020/8/23,48,第八章 對(duì)流性天氣過程,6、對(duì)流系統(tǒng)的移動(dòng) 對(duì)流系統(tǒng)的移動(dòng)主要受以下2各因素控制 環(huán)境氣流的引導(dǎo) 對(duì)流系統(tǒng)自身的傳播,2020/8/23,49,第九章 低緯與高原系統(tǒng),1、熱帶地區(qū)的風(fēng)壓場(chǎng)準(zhǔn)平衡特征 科氏力小，準(zhǔn)地轉(zhuǎn)近似不好，風(fēng)與能量場(chǎng)之間的平衡關(guān)系好,2

18、020/8/23,50,第九章 低緯與高原系統(tǒng),2、副熱帶高壓短期變動(dòng)與西風(fēng)帶短波槽脊的關(guān)系 西風(fēng)帶小槽脊只能引起副高外圍等壓線變形，脊線位置變動(dòng)不大。 當(dāng)有比較大的槽脊移近，它可以引起副高的東退或西進(jìn)。 當(dāng)副高加強(qiáng)發(fā)展時(shí)，它可以使處于西北的小槽向北收縮。,2020/8/23,51,第九章 低緯與高原系統(tǒng),3、南亞高壓與赤道輻合帶、東風(fēng)波 尤其是南亞高壓對(duì)四川盆地旱澇、暴雨有影響。,2020/8/23,52,第九章 低緯與高原系統(tǒng),4、臺(tái)風(fēng) 等級(jí)劃分： 熱帶低壓VM（51m/s),2020/8/23,53,第九章 低緯與高原系統(tǒng),4、臺(tái)風(fēng) 流場(chǎng)結(jié)構(gòu)特征： 臺(tái)風(fēng)的結(jié)構(gòu)被分為三個(gè)區(qū)，分別是臺(tái)風(fēng)眼區(qū)（也稱內(nèi)圈）、（渦旋）區(qū)（也稱中圈）、大風(fēng)區(qū)（也稱外圈）。,2020/8/23,54,第九章 低緯與高原系統(tǒng),4、臺(tái)風(fēng) 臺(tái)風(fēng)發(fā)生的必要條件： A、海面水溫在26-27C以上 B、初始擾動(dòng) C、一定的地轉(zhuǎn)偏向力 D、對(duì)流層風(fēng)速垂直切變小,2020/8/23,55,第九章 低緯與高原系統(tǒng),4、臺(tái)風(fēng) 臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑： 受副高及其周圍環(huán)境場(chǎng)的影響 異常路徑 北翹、突然西折、突然東折、打轉(zhuǎn)與蛇形路徑、雙臺(tái)風(fēng)互旋,2020/8/23,56,第九章 低緯與高原系統(tǒng),4、臺(tái)風(fēng) 臺(tái)風(fēng)發(fā)展理論： CISK理論（第二類條件不穩(wěn)定理論