第五章天气形势预报——【天气预报 精品资源】

第五章天气形势预报
在日常的天气预报业务工作中，预报员通过分析天气图、卫星云图，雷达回波等气象资料，就会发现大气中存在着各种天气系统。

天气系统是按照气象要素的空间分布而划分的具有典型特征的大气运动系统。

通常指气压空间分布所组成的系统有高压、低压、高压脊，低压槽等；指风分布的系统有气旋环流、反气旋环流、切变线等。

指温度分布的系统有高温区、低温区、锋区等；指天气现象分布的系统有热带云团等。

各种天气系统都有特定的天气现象的分布和演变，都有一定的结构特征。

常见的地面天气尺度的天气系统有冷高压、温带气旋、锋面、热低压与干槽、热带气旋、热带辐合带、地面倒槽等。

在高空图上常见的天气尺度的天气系统有低压槽与高压脊、阻塞高压与切变低压、槽线与切变线、低涡、东风波等。

各种天气系统在一定的条件下有机地共存于大气之中，互相影响，互相制约，不停地运动着。

它们在运动中又会在一定条件下发生变化。

有的系统强度减弱，乃至消亡。

有的系统强度增强，有时还有新的系统生成。

天气系统不仅强度发生变化，而且常从一个地区移动到另一个地区。

实践证明，一个地方的气象要素和天气现象的变化，一次大范围的天气过程都是和整个天气形势的变化分不开的。

因此，要预报某地天气的变化，就要预报出影响该地区的天气系统的变化及天气系统的空间配置。

形势预报是预报未来某时段内各种天气系统的生消、移动和强度的变化，它是气象要素预报的基础。

§5.1制作天气预报总的程序和基本思路
§5.1.1制作天气预报总的程序
制作天气预报通常是按“先形势，后要素”；“先高空，后地面”；“先强度，后移动”的程序进行的。

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一、“先形势，后要素”
指的是先制作天气形势的预报，然后再制作气象要素的预报。

天气形势也就是指天气系统的空间分布及其显示的大气运动状态。

着眼于流场的称环流形势，着眼于气压场的称气压形势。

一般指大范围地区的天气形势，如北半球天气形势、欧亚天气形势等。

天气形势在地面上的表现称为地面天气形势；在高空的表现称为高空天气形势。

天气形势的基本特征及其变化主要取决于行星尺度的环流和系统。

按大范围流场特征可概括为纬向环流型、经向环流型和阻塞环流型等。

每种环流型大体都有对应的天气过程和天气分布。

一种天气形势稳定维持时，相似的天气变化过程将会反复出现；天气形势发生显著变化或突然调整时，天气将随之发生变化，甚至剧烈变化。

对天气形势的分析和预报是制作短、中期天气预报的重要依据。

气象要素是指大气的特征量：云、风向风速、能见度、气温、天气现象等。

为什么要先制作天气形势预报，然后再制作气象要素的预报呢?这是因为天气形势预报是气象要素预报的基础，一定的天气形势配置着一定的气象要素，气象要素的变化都是随着天气形势的变化而变化的，气象要素对天气形势虽然也有影响，但没有天气形势对气象要素那样明显。

知道了未来的天气形势就可以根据这样的形势推测未来的气象要素。

二、“先高空，后地面”
指的是先预报高空的天气形势，然后再预报地面天气形势。

为什么要按这样一个顺序进行呢?这是因为：
1、地面天气形势受下垫面影响大，多闭合系统，系统显得凌乱，而高空天气形势如700hPa、50OhPa受下垫面影响小，空气运动具有准地转的性质，系统又比较完整，这样便于人们掌握系统的主次。

2、高空天气形势对地面天气形势和天气现象影响大，有牵制作用。

3、高空天气形势对人们通常关心的天气现象(如云和降水)具有很大的相关性，天气现
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象在高空槽脊前后泾渭分明。

例如：高空槽前，以上升运动为主，气旋常处于槽前下方，天气易有云和降水；而槽后，则以下沉运动为主，高压常处在槽后的下方，天气转好。

相反地面天气形势与天气现象(如云和降水)的相关性比较小。

所以掌握了高空天气形势的演变，就能较好地把握地面天气形势和天气现象演变。

三、“先强度，后移动”
指的是先预报天气系统的强度变化，再预报天气系统的速度变化。

应该说天气系统的强度变化和移动变化是相互影响和相互制约的。

但实践经验指出，天气系统强度变化对移动变化的影响更明显些。

譬如大家都已熟悉的预报规则：“当系统强度增强时，其移动速度要减慢；当系统强度减弱时，其移动速度要加快”，就有体现。

所以预报出系统的强度，再考滤和修正移动的预报更要好些。

§6.1.2制作天气预报总思路
在实际天气预报工作中，制作天气形势预报通常按下面的思路：调查过去→分析现状→预报未来
一、调查过去
了解大型环流背景对，天气形势和气象要素的历史演变情况作全面的了解。

这是判断天气发展变化的先决条件。

再具体从本站的天气演变情况的调查入手，并联系到周围地区特别是上游地区的天气分布状况，进而了解天气变化的原因，使天气与天气系统挂起勾来，找出相应的天气系统（找到了当前影响系统），再对这些系统的演变情况进行调查。

二、分析研究
1、首先分析确定预报区的主要系统。

所谓主要系统，通常指：“控制系统”、“影响系统”和“关键系统”。

所谓“控制系统”，即是当前控制本站的天气系统。

所谓“影响系统”，即是预报时效内将要影响预报地区的系统(在上游方向)。

所谓“关键系统”，是指对影响系统形势变化有重大作用的系统(不一定在上游方向)。

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例如在北京作预报，500hpa如有如下的天气形势，如图144所示：
此时的“控制系统”显然是弱高压脊。

“影响系统”就是北京西面的小槽。

北京东面的大槽虽然在北京的下游，但由于它对“影响系统”的变化有重大作用，例如大家熟知的，当此大槽稳定少动时，其上游的小槽一般是少动和不发展的，而只有当其减弱东撤时，则上游小槽才会东移发展，未来取代于它。

所以，我们可将这些大槽视为“关键系统”。

值得注意的是“影响系统”和“关键系统”不一定都是两个系统，有时两者可合为一身。

2、对主要系统进行静态的和动态的分析
对主要系统的历史和当前状态进行分析，主要分析系统的空间结构和时间演变特点等。

所谓静态分析是指同一时间中的分布状态，例如：强度随高度的变化；中心轴线的倾斜情况；温压场配置情况；天气分布等。

所谓动态分析，是指随时间变化的情况，例如：强度随时间的变化；位置随时间的变化；强度变化原因的分析；移速的分析等。

三、预报
对主要系统未来的强度和移动以及气象要素分别作出预报。

在进行预报时经常用到的因素和方法有：
1、根据哲学原理，引起事物发生变化的原因有内因和外因。

我们在作天气形势预报时，经常要用到的四个因素：温度平流、涡度平流、系统相互间作用和地形影响，其中温度平流和涡度平流可看作大气运动变化的内因．而系统相互间作用和地形影响可看作是外因。

所以每次作预报时都少不了这四项。

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2、在具体方法上，在后面的《天气预报单的一般写法>中已列出，可参考。

通常总少不了外推法、物理分析法、辅助资料(卫星云图、实况、探空等)的应用，以及经验、统计资料、指标和应用数值预报输出结果等。

使用各因子和各种方法得出的预报结论有时会有矛盾，所以要进行综合。

要抓住主要矛盾(内因)，抓住主要的方法(物理分析法)。

．
如果内因和外因有矛盾，应以内因为主，因为内因是变化的根据，外因是变化的条件，外因通过内因起作用。

在实际预报工作中，往往还会出现温度平流和涡度平流(都属内因)对系统发展作用相矛盾的情况．此时如何进行判断呢?通常情况下以温度平流为主，因为《动力气象》中指出：绝对涡度平流反应的是正压过程对位势倾向的贡献；温度平流随高度变化是斜压过程对位势倾向的贡献。

我国地处在中高纬度，斜压大气明显，所以温度平流在中高纬度是大气变化的重要机制。

另外，根据实践经验，当两者对系统发展结论有矛盾时．在冬季．温度平流往往起主导作用，这时应主要考虑温度平流的作用．而夏季往往相反，也可作为制作天气预报时的参考。

目前在实际工作中预报员制作天气形势预报的总的程序在很多天气预报书籍中都有详细的介绍，常用的方法主要有物理分析法、外推法(包括变高变压法、运动学方法、统计方法、参考数值预报、运用卫星云图判断、考虑地形影响、考虑周围系统的
§5.2制作天气形势预报的常用方法
§5.2.1外推法
天气分析的实践表明，天气系统的强度变化和移动在一定时间间隔内常具有连续性。

所以，我们可以把天气系统过去的演变趋势外延到以后一段时间，以推测天气形势的未来变化。

这种方法称为外推预报法，简称外推法。

预报各种天气系统的移动及强度变化均可用外推法。

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外推法分为两种情况：一种是假定系统的移动速度或强度变化基本上不随时间而改变， 这时系统的移动距离或它的强度就与时间成直线关系，外推就根据这种直线关系来进行，这 种外推法叫做等速外推(又叫直线外推)。

另一种是假定系统的移动速度或强度的变化接近 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，外推时要考虑它们的加速 情况，故这种外推法叫做加速外推(又叫曲线外推)。

下面分别举例说明高、低压系统和槽、脊的外推方法以及应用外推时应注意的问题。

一、高、低压系统的外推
先看等速外推的情况。

因为这时假定系统移速和强度变化是等速的，故只需要根据当时及过去某一时间的两张图即可进行。

(见图5-1)。

设24小时前低压中心位于点“1”，其中心数值为1008hPa ，作预报时的低压中心位于点“2”，其中心数值为1006hPa ，移动距离为S1，并加深了2hPa 。

按直线外推，可以预报24小时后移动距离S2=S1，而中心移至点“3”，中心数值继续降低2hPa ，达1004hPa 。

图5-1 图5-2
再看加速外推的情况(图5-2)：设地面图上有一低压，“1”、“2”、“3”等点分别为过去48小时、24小时和当时低压的中心位置，相应的中心气压值分别为1009、1006、1001hPa 。

由图可见，“2”至“3”的距离小于“1”至“2"的距离S1，即运动是减速的。

如果判定它继续作这样的等减速运动，那么，再过24小时后，低压中心将达到点“4"的位置，从点“3”到点“4”的距离为S3=S2+(S2-S1)，也就是说，低压移动的速度将进一步减慢，低压移动的方向则可根据它原来改变的规律进行外推。

从图中可见，
低压中心气压数
值是递减的。

前24小时降低了3hPa，后24小时降低了5hPa，后者比前者多降低了2hPa。

如果认为中心值仍按此规律继续降低，可预报24小时以后低压中心强度将为1001-5-2=994hPa。

也就是说，低压将进一步加深。

二、高空槽、脊的外推
槽、脊的外推主要应用于高空图上。

外推空中槽、脊的位置时，由于高空槽线或脊线各段移速往往不一样，故必须在槽线或脊线上选取若干点分别进行外推，然后连接各对应点，便可得出预报的槽线或脊的位置。

外推空中槽，脊的强度时，首先要知道如何判断槽、脊的强度。

一般来说，槽、脊的振辐加大，或槽、脊线上等高线曲率加大，或气压梯度加大，都可以认为槽、脊加强，反之，则可以认为槽、脊减弱。

其中振辐的变化是主要的。

如图5-3，高空有一槽线，A1A1´、A2A2´为槽线过去24小时和12小时的似置，A3A3´为当时的位置，A4A4´为预报的未来12小时的位置。

由于槽线各段移动速度不一致，外推时可在A1A1´上取若干点，如a1、b1、c1，然后从a1、b1、c1分别引线近似垂直于A2A2´，并与A2A2´相交，可得a2、b2、c2，同样可得a3、b3、c 3。

从过去的情况来看，槽线各段基本上为等速运动，故可以从a3、b3，c3作延长线，得点a4、b4、c4，使a3a4=a2a3、b3b4=b2b3、c3c4=c2c3，连接a4、b4、c4，A4A4´就是预报的未来12小时的槽线位置。

当槽线呈加速运动时，则在考虑加速的基础上求出各点移动的距离a3a4、b3b4、c3c4，再连接a4、b4、c4，便是预报的槽线位置。

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图5-3
槽、脊线的强度变化也可以从等高线的形状来外推。

设高空图上有一相邻的高空脊和高空槽，现将其中某一数值相同的等高线的几次连续位置描在一张图上(图5-4)。

由此可以得出两条比较平滑的包络线ABC 和A´、B´、C ´，根据包络线上槽、脊的位置以及包络线的延展情况来看，可知槽、脊的移动速度逐渐减慢，而振幅逐渐加大，因此可以预报槽、脊移动要继续减慢，强度要继续加强。

其加强的程度可以从包络线的外延情况大致判断出来。

图5-4
三、应用外推法时应注意的问题
1、当天气系统的移动和强度处于匀速变化或等加速变化时，用外推法简单可行。

当天
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气系统的变化趋势出现转折时，外推法的预报效果不好。

因此，我们在应用外推法时，必须根据天气系统变化的物理原因以及其它影响，结合其它方法，判断其是否会发生某种变化，不应该机械地进行外推。

例如冷锋本来是匀速移动的，但当它遇到高的山脉或移近副热带高压时就会减速，不能用等速外推。

还有锋面气旋进入锢囚阶段，其强度也不能再用外推法判断为加深了，它必然要经历一个发生，发展，消亡的过程。

2、所用资料的时间间隔不宜过长，否则就可能把天气系统历史演变过程中的某些情况掩盖以致造成大的误差。

3、气压系统的中心位置和中心数值尽量定准确，以免造成较大的误差。

4、注意气压日变化的影响。

对于日变化造成的气压变化要根据统计资料和经验适当地订正。

外推法使用起来简单方便，只要注意以上几点，一般情况下也比较有效，所以它仍然是目前台站预报中的一个重要方法。

§5.2.2、运动学方法
本节根据固定坐标系与移动坐标系的运动学关系式，利用位势高度(或气圧)的局地变化讨论天气系统的移动和强度的预报规则。

因为此方法所用的基本关系式中不考虑造成天气系统变化的物理原因，因此一般称该方法为运动学方法。

即用天气系统过去移动和变化所造成的变高(或变压)的分布特点来预报系统未来的移动和变化，故该方法实际上也是外推法。

一、运动学公式的推导
运动学方法所用的基本关系式为：
F t F t F ∇•+∂∂=δδ （3.1）
式中F 为一任意变量；t F
δδ是以运动的坐标系中某点F 的局地变化；t F ∂∂是固定坐标系中该点F 的局地变化；是气压系统的移动速度。

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在运动系统中，选取一些特性点或特性线，使得这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0=t δδ，并取X 轴与系统移动方向一致，则
x C C =，根据（3.1）式，这些点和线的运动速度即可用下式来表达
x t
C ∂∂
∂∂
-= （3.2） 这就是系统移动的运动学公式。

下面分别讨论槽、脊线和闭合系统中心的移动速度。

二、用运动学方法预报气压系统的移动
（一）、槽（脊）线的移动
取X 轴垂直于槽（脊）线并指向气流的下游方向（图5-5）。

在槽线上，0=∂∂x H ，取运
动坐标系随着槽线一起移动，
图5-5 由于槽线上x H ∂∂始终为0，故在运动坐标系中槽线上x H ∂∂的局地变化为即0)(=∂∂x H t δδ，则根据
x H F x F t F C ∂∂=∂∂∂∂-=,/有222/x H t x H C ∂∂∂∂∂-=，)(2t H x t x H ∂∂∂∂=∂∂∂，t H ∂∂是变高，则t x H ∂∂∂2为变高沿X 方向的分布，即变高升度。

22x H
∂∂为槽脊的凹凸程度，槽为正，脊为负，槽脊越强，22x H ∂∂的绝对值越大。

若槽前－ΔH24 ,槽后＋ΔH24，则t x H ∂∂∂2<0，由于22x H
∂∂>0
，
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所以C>0，即槽沿变高梯度方向移动。

若脊前＋ΔH24，脊后－ΔH24，则t x H
∂∂∂2>0，由于22x H
∂∂<0，所以C>0，即脊沿变高升度方向移动。

预报规则：槽线沿变高梯度方向移动，脊线沿变高升度方向移动。

移动速度与变高梯度（升度）成正比，与槽（脊）的强度成反比，即在变高梯度（升度）相同的情况下，强槽（脊）比弱槽(脊）移动缓慢。

（二）、气旋和反气旋中心的移动
预报规则：圆形低压（高压）系统沿变压梯度（升度）方向移动，移速与变压梯度（升度）成正比，与系统中心强度成反比。

椭圆形低压（高压）的移动方向介于变压梯度（升度）与长轴之间，长轴越长，越接近于长轴。

移动速度与变压梯度（升度）成正比，与系统中心强度成反比。

三、用运动学方法预报气压系统的发展
（一）、高、低压中心的发展
在高、低压中心，0=∇P ，0=∇H ，根据运动学公式F t F
t F ∇•+∂∂=δδ，可得t F t F ∂∂=δδ，即系统中心的局地变化t F
∂∂就可反映系统的强度变化。

预报规则：若系统中心为负变压（变高），则低压加强，若为正变压（变高），则高压加强。

图5-6中高、低压的变压场是利于其加强的。

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图5-6
（二）、槽、脊线的发展
取X 轴垂直于槽线，并指向气流下游，则槽线上0=∂∂x H
，0
=y C ，由
y H C x H C t H t H y x ∂∂+∂∂+∂∂=δδ，可得t H t H ∂∂=δδ，即槽线上的局地变化可以反映槽线的强
度变化。

预报规则：若槽（脊）线上有负变高，则槽（脊）加强（减弱），若为正变高，则槽（脊）减弱（加强）。

（三）、△H24和△P3在运动学方法中的运用 1、△H24在预报槽（脊）系统强度变化时的运用
在公式得推导过程中，H 随时间的变化只是一个瞬时值，但在实际预报中，只有△H24
可用，所以使用时要作订正。

根据x H C t H t
H ∂∂+∂∂=δδ可得，x H
C t H t H ∂∂-=∂∂δδ，即变高主要是由系统的强度变化和系统的移动引起的。

当槽强度不变时，槽自西向东移动，槽线上是负变高，若用前述预报规则判断，该槽应
高
低 高
——
＋
＋2
＋4
加强，但事实上槽强度维持，这时槽的平均位置是在变高零线附近。

当槽发展加深时，槽线的平均位置位于变高零线之前，当槽减弱时，槽线的平均位置位于变高零线之后。

通过对以上三种情况的对比分析可得订正后的预报规则。

预报规则：当槽线的平均位置上变高为零时，槽强度变化不大。

当槽线的平均位置上为负变高时，槽加强。

当槽线的平均位置上为正变高时，槽减弱。

从该预报规则的产生过程可见，我们是根据槽线强度变化和移动与△H24分布的关系外推槽以后的强度变化，所以运动学方法实质上仍然是外推法。

图例：
2、△P3的应用：△P3的时间间隔较短，接近瞬时值，对预报系统的移动和强度变化一般都好用，但使用中要注意气压的日变化，气压在一天之内08时最高，14时最低，20时次高，02时次低，因此在使用△P3时可用统计出来的日变化值进行订正。

§5.2.3、卫星云图资料的应用
天气系统的移动和强度变化总是伴随相应云系的变化，卫星云图资料在分析天气系统和
制作形势预报时，可以和常规资料互相补充、互相配合。

在常规气象资料稀少的地区，如热带地区和高原地区，卫星云图可以补充常规资料的不足，对于分析天气系统和预报天气系统起很大作用。

另外，卫星云图的时间间隔也较短，即使对于记录较多的地区也有很大帮助。

天气形势预报中，可以根据云图上云系特征演变判断天气系统的强度变化和移动。

一、根据云系特征判断天气系统的变化
1、涡旋云系外围具有辐散高云时，预示对应的低压、低混系统要发展或生成。

涡旋云系中有向低涡中心辐合的积云线时，也预示对应的低压、低涡要发展或生成。

这是因为低层的低压、低混在生成或发展耐，低层的辐合加大，由于补偿的作用，高层的辐散也加大。

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因而出现高层的辐散云带，低层的辐合云线。

2、在锋面云带上，如果有一段变亮，并向冷空气一侧凸起，亮度变白，则在此处将有锋面气旋生成。

如果在贴近锋面云带的前方，同时出现一大片从南向北伸展的中、高云区，表示这个气旋波正在发展中。

3、南北两支气流中的云系合并，则天气系统发展。

这与以前讲到的南北两支波系同位相迭加时，槽脊发展是一致的。

其合并形式较多，开始时南面有南支锋而云带，北面有逗点云系。

当逗点云系东移与锋面云带相接时，系统发展，地面并有锋面气旋生成。

这是因为逗点云系表示高空槽前的正涡度平流中心，当正涡度平流区与锋面迭加时，就引起了低层减压，气旋生成。

此外，北支逗点云系与南支螺旋云系、或盾状云系合并时，也会引起高空槽的发展。

4、高、低空系统迭加，划系统加瓯舂季，当我国青藏高原上低槽槽前有呈反气旋弯曲(即向冷空气一侧凸起)辐散的卷云云系出现，同时如果在其下游地区，南岭或南海有以111低上力．ii的破碎云带(与减弱的役行冷；奢或准静止锋相联系)逐渐北移，并有扩大的趋势，则未来高原云系东移与此云带迭加，就有江淮气旋生成。

5、在气旋锢囚前，高空冷涡的东北方有明亮的发散的卷云出现时，一般系统都有较强烈的发展。

但如果在气旋锢囚后还有发教的卷云出现时，此系统不一定再有发展。

二、根据云系的特征判断天气系统的移动
1、云图上涡旋云系前部细长的卷云线所指示的方向，预示未来涡旋云系即其所对应系统的移动方向(当云系发展成气旋时，此方法不适用)。

另外，涡旋云系北方晴空区糍敝轴指向能指示涡旋云系未来24小时内的移向。

2、对于云系的移速，可以从涡旋云系变化持征来判断加速或减速。

如果涡旋云系东移过程中减弱，云系旋转速度减慢，云系变薄，则加速移动。

若涡旋云系东移过程中强度加强与另一云团合并，这时有明显的向外辐散的卷云羽，云层加厚，亮度加大，则涡旋云系将减速东移。

3、根据天气图方法的一些概念，利用云图来预报系统的移动。

例如短波系统经常沿副
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高边缘移动。

因此，当在云图上发现副高的晴空区比较明显时，则短波系统将沿晴空区边缘移动。

§5.3、高空形势预报
§5.3.1、从气压变化理论讨论系统的发展
一、原理：气压倾向方程
该式表明，高度h 处的气压的局地变化决定于从该高度到大气上界整层的辐合辐散和该高度上的垂直运动。

实际计算结果表明，槽脊轴基本上和垂直速度零线重合，这样，槽脊线上的气压变化只决定于其上空气柱中的水平质量的辐合辐散。

若槽脊轴向西倾斜即后倾槽脊，而且考虑的等压面位于无辐散层上，高度h 上空的气柱是辐散的，空气质量减少，气压降低，槽加强。

同理脊也是加强的。

若槽脊轴向东倾斜，即前倾槽脊，则高度h 上空的气柱是辐合的，空气质量增大，气压升高，槽减弱。

同理，脊也减弱。

实际中，所看到的多数槽，脊都随高度向西倾斜。

如图5-7:
h
h h h w g dz y
v x u g t P ρρρ+∂∂+∂∂-=∂∂⎰∞])()([z
E
W
脊轴
槽轴
500hPa
高压
低压
W=0。