天气学原理和方法--第8章--于怀征--整理
天气学原理笔记(未排版)
天气学原理笔记简介笔记来自刘宣飞先生的上课内容，刘先生的课生动活泼，引人入胜，为表敬意，将其整理出电子稿，仅供纪念和参考。
其中算法表示是笔者自己加的内容，第二章锋面天气借唐卫亚老师的天气学分析课件图以期表述更加完善，第四章大气环流参考了李丽萍老师的大气环流概论和李忠贤老师的短期气候预测基础这两门课部分内容。
毕竟上课笔记，难免有些疏忽，如有不当，还望斧正。
长望党支部2014年制前言天气动力学主要分为三大主干课程：天气学、动力学、统计学，研究对象是天气系统和天气过程。
一般而言，天气学适合于做短期天气预报，这方面经验丰富的预报员往往准确率要高于数值预报。
数值预报的基础是动力学，根据方程、参数等进行模拟，模式的运用很关键，对于大尺度的把握较好。
而长期预报则是结合统计学知识，对现有资料进行分析，一般做概率预报为主，短期预报中像墨迹天气的降水概率也是运用到此类知识。
关于学习方法，方程的数学表达固然是基础，但天气学主旨是要理解方程的物理意义，并给予解释，“看图说话”这类图形表达也很重要，天气图的识别是天气学的重要部分。
主要参考书：1.天气学原理和方法（朱乾根等）2.天气学教程（梁必骐）3.现代天气学原理（伍荣生）4.中国主要天气过程的分析（寿绍文）第一章 大气运动的基本特征——风场和气压场本章结构：1.影响大气运动的力（1）2.控制大气运动的基本方程组（2,4）3.简化方程组。
突出大尺度运动基本特征（3）4.天气学分析的基本原则（5）第一节 影响大气运动的力⎧⎨⎩真实力（牛顿力、基本力）：气压梯度力、地心引力、摩擦力惯性力（虚假力、视示力）：惯性离心力、地转偏向力一．基本作用力1． 气压梯度力（pressure gradient force ）G定义：作用于单位质量气块上的净压力 表达式：11p p p G=-p=-i+j+k x y zρρ∂∂∂∇∂∂∂（）推导：对于一微气块而言，=x y z v δδδδB 面所受的压力为正方向p y z δδ，A 面应为pp+x y z xδδδ∂∂（）令x 正方向为压力正方向，则有x pF =-x y z x δδδ∂∂同理：y p F =-x y z y δδδ∂∂ z p F =-x y zz δδδ∂∂=-(+j+k)x y z=-x y z p p pF i p x y z δδδδδδδ∂∂∂∇∂∂∂1G===-p F F m v δδδρδρ∇讨论：A ． 性质：气压梯度力由气压不均匀造成的B ． 方向：高压指向低压，垂直于等压线C ． 大小：与气压梯度呈正比，与密度呈反比D ． 分量：G=G G G ()G h zh z+<<水平（垂直）但垂直方向上有重力与其达到平衡（静力平衡）注：等压线越密，气压梯度力越大 2． 地心引力*g定义： 表达式：*2GM rg =-a r（） 方向：地心 3． 摩擦力Fx y z F F i F j F k =++二．惯性力 1. 惯性离心力定义：单位质量的气块，因为地球旋转呈现出的一种惯性力表达式：2c F =R Ω推导：用一根绳子牵一小球以均匀角速度Ω作旋转运动。
天气学原理和方法
2.大气运动的守恒定律？（P10）：大气运动总是受质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律等基本物定律所控制。
3.大尺度系统的运动方程及其的简化方程式，组成部分？（P13-/公式1.16、1.80）：12dV p V g F dt ρ=-∇-Ω⨯++ （右一为梯度力，右二为地球自转角速度，右三为重力（惯性离心力与地心引力），右四为摩擦力）该式就是选装坐标系中牛顿第二定律的表达式，称为单位质量空气的相对运动方程，也就是一般称谓的旋转坐标系中的大气运动方程。
简化方程：{ 5.地转风的定义、表达式、意义？（P37/1.81）：水平运动方程的零级简化方程表示了两个力的平衡关系，即： { 这个关系式通常称为地转关系或地转平衡方程。
满足上式的风称为地转风。
意义：①从运动方程简化中，当加速度、摩擦力项以及垂直速度引起的水平地转偏向力项略去时，才能建立地转平衡。
在中纬度，自由大气的大尺度系统中，这种平衡是近似成立的。
地转平衡只能看成一种近似关系，绝对的地转平衡是不存在的。
②地转风速大小与水平气压梯度力成正比。
③地转风与等压线平行，在北半球背风而立，高压在右，低压在左。
④地转风速大小与纬度成正比这是因为纬度愈高，同样的风速，地转偏向力愈大；所以水平气压梯度力相同时，纬度愈高地转风速愈小。
10.锋的概念（P63）：天气图上温度水平梯度大而窄的区域，如果它又随高度向冷区倾斜，这样的等温线密集带通常称为锋区。
就是密度不同的两个气团之间的过渡区。
11.锋的类型：a.根据锋在移动过程中冷、暖气团所占的主次地位分为：冷锋、暖锋、准静止锋、锢囚锋 b.根据锋伸展的不同高度分为：对流层锋、地面锋、高空锋 c.根据气团的不同地理类型分为：冰洋锋、极锋、副热带锋。
△19.涡度（P109）：表示流体质块的旋转程度和旋转方向。
流场中某一质块的涡11p fu y p fv x ρρ∂=-∂∂=∂ 零级简化： 一级简化： 10p fv x ρ∂=-+∂ 10p fu y ρ∂=--∂ 1du p fv dt x ρ∂=-+∂ 1dv p fu dt y ρ∂=--∂度定义为质块速度的旋度，其表达式为：V ξ=∇⨯ 这里的V 是三维速度。
天气学原理(第8章)-对流行天气
第八章练习一、不定项选择（每题2分）1.下面关于积云对流的叙述中，选出错误的说法（）。
A有风的垂直切变时，积云对流不易发展，但当积云发展到某种程度时，有风的垂直切变反而对流维持；B有组织的积雨云中，在对流层中层风流入的一侧产生新的对流单体；C单一的积雨云中，大致沿着对流层中层风的方向移动；D在发展的积雨云中存在着强的下沉气流，其原因为下降的云滴托拽空气下沉和雨滴的蒸发使空气冷却。
E强下沉气流撞出地面后扩展开来，造成地面阵风锋。
2.由于部分小龙卷的直径极小，因此( )对其影响很小，它们的旋转可以是气旋式的，也可以是反气旋式的。
A.气压梯度力；B.离心力；C.地转偏向力；D.地心引力3. K指数表达式是（）。
A. K=(T850+ T 500)+Td850-（T-Td）700；B. K=(T850+T500)-Td700-（T-Td）850；C. K=(T850-T500)-Td850+（T-Td）700；D. K=(T850-T500)+Td850-（T-Td）7004. 中小尺度天气系统具备以下特征（）。
A 满足地转平衡，满足静力平衡；B 不满足地转平衡，满足静力平衡；C 满足地转平衡，不满足静力平衡；D 不满足地转平衡，不满足静力平衡5. 下列关于稳定度指标的说法不正确的是：（）。
A △H=H-20-H0，表示两个等温面间的厚度来表示这一层的稳定度，△H越大，表示气层越不稳定；B △T=T500-T850，表示两等压面间的气层的不稳定度，负值越大，表示气层越不稳定；C SI=T500-Ts，SI < 0，表示气层不稳定；D LI（LI为抬升指标）为正时，其值越大，正的不稳定能量面积也愈大，爆发对流的可能性愈大6. 垂直风切变对雷暴发展的主要作用是（）。
A 在一定的热力不稳定的条件下，垂直风切变的增强将导致风暴进一步加强和发展；B 垂直风切变下能够使上升气流倾斜，这使得上升气流中形成的降水质点能够脱离上升气流，而不会因拖曳作用减弱上升气流的浮力；C 可以增强中层干冷空气的吸入，加强风暴中的下沉气流和低层空气的外流。
天气学原理和方法(1-5)
天气学原理和方法第一章大气运动的基本特征地球大气的各种天气现象和天气变化都与大气运动有关。
大气运动在空间和时间上具有很宽的尺度谱，天气学研究的是那些与天气和气候有关的大气运动。
大气运动受质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律所支配。
为了应用这些物理定律讨论在气象上有意义的相对于自转地球的大气运动，本章首先讨论影响大气运动的基本作用力，和在旋转坐标系中所呈现的视示力，然后导出控制大气运动的基本方程组，并在此基础上分析大尺度运动系统的风压场和气压场的关系，并引出天气图分析中应遵循的一向基本指导原则。
第一节旋转坐标系中运动方程及作用力分析一、旋转坐标系中运动方程1.（绝对速度）与（相对速度）假设t时刻一空气质点位于P点，经t 时间，质块移到Pa点，地球上的固定点P移到了Pe位置位移0为R，质块相对固定地点的位移为R，图1.1 旋转坐标系显然当 0位移很小时单位时间内的位移为由此得此关系式表明：绝对速度等于相对速度与牵连速度之和2．与的关系地球自转角速度为则于是由此可得微分算子将微分算子用于则有再将代入上式右端得（*）式中为地转偏向力加速度，即柯氏加速度为向心力加速度3．牛顿第二定律单位质量的空气块所受到的力在绝对坐标系中单位质量空气块受到的力有+：地心引力F：摩擦力将此式代入（*）式：二、作用力分析1．气压梯度力①定义：单位质量空气块所受的净空气的压力②表达式G=-(1.1)③推导：图1.1.2 作用于气块上的气压梯度力的X分量x方向：B面 PA面：-（P+净压力：-同理y方向：z方向：净空气总压力④讨论：大小：气压梯度力的大小与气压梯度成正比，与空气密度成反比方向：气压梯度力的方向指向的方向，即由高压指向低压的方向2．地心引力① 定义：地球对单位质量的空气块所施加的万有引力② 表达式(1.2)K：万有引力常量M：地球质量a：到地心的距离③ 推导：图1.1.3 地心引力受力分析图④ 讨论：大小：不变，常数方向：指向地球心3．惯性离心力① 定义：观测者站在旋转地球外观测单位质量空气块所受到一个向心力的作用，但站在转动地球上（观测它的运动，发现它是静止的，这必然引入一个与向心力大小相同，方向相反的力，此力称为惯性离心力。
天气学原理和方法(1-5)
天气学原理和方法第一章大气运动的基本特征地球大气的各种天气现象和天气变化都与大气运动有关。
大气运动在空间和时间上具有很宽的尺度谱，天气学研究的是那些与天气和气候有关的大气运动。
大气运动受质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律所支配。
为了应用这些物理定律讨论在气象上有意义的相对于自转地球的大气运动，本章首先讨论影响大气运动的基本作用力，和在旋转坐标系中所呈现的视示力，然后导出控制大气运动的基本方程组，并在此基础上分析大尺度运动系统的风压场和气压场的关系，并引出天气图分析中应遵循的一向基本指导原则。
第一节旋转坐标系中运动方程及作用力分析一、旋转坐标系中运动方程1. 二（绝对速度）与丁（相对速度）假设t o 时刻一空气质点位于P 点，经t 时间，质块移到Pa 点，地球上的固定点P 移到了 Pe 位置位 移为R ，质块相对固定地点的位移为 兰R ，图1.1旋转坐标系显然匚：=Z-血 &当…- 0位移很小时边左=匚圧_晟占daR dR d^R----- = ------ + -------单位时间的位移为 皿 逸 皿由此得=「兀此关系式表明：绝对速度等于相对速度与牵连速度之和d^V dV2.与az 的关系地球自转角速度为= Q: /x -S由此可得微分算子则于是daR _dtda d -——=—十C △将微分算子用于―则有dCt VCt ——= ---+ G A 九dt dt再将兀！代入上式右端得daVa dVdt _ _ __ _ _ 存=-- 2Q ----- +0八（Q 人卫）dt dt式中■■- !'为地转偏向力加速度，即柯氏加速度：'''■■- ' ：'' ■"■，＜；为向心力加速度 3 •牛顿第二定律F — m --------------dt在绝对坐标系中单位质量空气块受到的力有叱L=_—w+ /去：地心引力F:摩擦力将此式代入（*）式:竺二一丄VF + GC-2Q A产一心八⑸入氏）十F di q 、作用力分析 1 .气压梯度力(*)daVa F=> dt单位质量的空气块所受到的力①定义：单位质量空气块所受的净空气的压力图1.1.2 作用于气块上的气压梯度力的X分量-&电& = Fyy方向：哲'- —&①隹=Fzz方向：F =弘+ Fy ¥ F去净空气总压力—（迄+K/+里灯％沁dx dy fem =a②表达式③推导:x方向: B面PA 面:-(P+u净压力: g茨&卸歷=F A同理G=-大小：气压梯度力的大小与气压梯度成正比，与空气密度成反比方向：气压梯度力的方向指向的方向，即由高压指向低压的方向①定义：地球对单位质量的空气块所施加的万有引力G：= ^=常数②表达式K:万有引力常量M :地球质量图1.1.3 地心引力受力分析图④讨论:大小：不变，常数④讨论:a：到地心的距离(1.2)实用标准文档3.惯性离心力①定义：观测者站在旋转地球外观测单位质量空气块所受到一个向心力的作用，但站在转动地球上（•’'■观测它的运动，发现它是静止的，这必然引入一个与向心力大小相同，方向相反的力，此力称为惯性离心力图1.1.4旋转坐标系中的惯性离心力④讨论：大小：- 与纬度成反比，赤道处最大方向：在纬圈平面，垂直地轴指向4.重力方向：指向地球心②表达式(1.5)③推导: di① 定义： 地心引力与惯性离心力的合力图1.1.5 重力大小：随纬度增大而增大方向：垂直地球表面指向5 .地转偏向力①定义： 观测者站在转动地球上观测单位质量空气块运动(〕右偏的力，在南半球它向左偏。
天气学原理
2021/7/25
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第七章 大型降水天气过程
2、水汽的诊断分析
A、比湿、湿层厚度 B、可降水量 C、水汽通量 D、水汽通量散度 E、水汽的局地变化
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第七章 大型降水天气过程
3、垂直运动的诊断分析
A、连续性方程积分 B、ω方程诊断 C、低层辐合与高层辐散（相对散度） D、地形强迫
按形成与热力结构分为：冷性反气旋与暖性反 气旋
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第三章 气旋与反气旋
3、涡度与涡度方程
涡度是表征空气运动旋转强度与方向的物理 量。正涡度反映逆时针方向运动；负涡度则 相反。 涡度方程及其简化：在水平无辐散大中，绝 对涡度守恒：d(f+ζ)/dt=0
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第三章 气旋与反气旋
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第七章 大型降水天气过程
9、不同高度急流对暴雨的影响
超低空急流（边界层急流） 水汽输送、不稳定层结的建立与维持、不稳定能量 的触发
低空急流 不稳定层结的建立与维持、不稳定能量的触发
高空急流 高层辐散、有利于对称不稳定的建立
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第八章 对流性天气过程
1、强雷暴的几种类型
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第六章 寒潮天气过程
2、寒潮的预报
寒潮预报应包括：强冷空气堆积预报， 寒潮爆发预报，寒潮的路径与强度预报，寒 潮天气预报。
目前我们更多地依靠数值预报结果。因 为数值预报在降温预报方面具有很好的效果。
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第七章 大型降水天气过程
1、暴雨形成条件
暴雨天气形成的主要条件是： A、充分的水汽供应 B、强烈的上升运动 C、降水持续较长时间
天气学原理和方法
天⽓学原理和⽅法天⽓学原理和⽅法⽬录第⼀章⼤⽓运动的基本特征 (3)第⼀节影响⼤⽓运动的作⽤⼒ (3)第⼆节控制⼤⽓运动的基本定律 (4)第三节⼤尺度运动系统的控制⽅程 (4)第四节“P”坐标系中的基本⽅程组 (5)第五节风场和⽓压场的关系 (6)第⼆章⽓团与锋 (8)第⼀节⽓团与锋 (8)第⼆节锋的概念与封⾯坡度 (9)第三节⾄第五节 (10)第三章⽓旋与反⽓旋 (12)第⼀节⽓旋、反⽓旋的特征和分类 (12)第⼆节涡度与涡度⽅程 (12)第三节位势倾向⽅程和⽅程 (14)第三节温带⽓旋与反⽓旋 (15)第五节东亚⽓旋和反⽓旋 (16)第四章⼤⽓环流 (18)第⼀节⼤⽓平均流场特征与季节转换 (18)第五章天⽓形势及天⽓要素的预报 (22)第六章寒潮天⽓过程 (26)第七章⼤型降⽔天⽓过程 (28)第⼀节降⽔的形成与诊断 (28)第⼆节⼤范围降⽔的环流特征 (34)第三节降⽔的天⽓尺度系统 (39)第四节暴⾬中尺度系统 (44)第五节不同⾼度急流对暴⾬⽣成的作⽤ (46)第⼋章对流性天⽓过程 (47)第⼀节雷暴的结构及雷暴天⽓成因 (47)第⼆节中⼩尺度天⽓系统 (49)第三节对流性天⽓预报的物理基础 (50)第四节对流性天⽓的预报 (52)雷达原理与业务应⽤ (53)第九章低纬度和⾼原环流系统 (59)第⼗章东亚季风环流 (71)第⼗⼀章天⽓诊断分析 (77)第⼀章⼤⽓运动的基本特征第⼀节影响⼤⽓运动的作⽤⼒1.⼤⽓运动受什么定律⽀配？质量守衡、动量守衡和能量守衡定律2.影响⼤⽓运动的真实⼒有哪⼏种？⽓压梯度⼒、地⼼引⼒、摩擦⼒。
3.影响⼤⽓运动的视⽰⼒（外观⼒）有哪⼏种？惯性离⼼⼒、地转偏向⼒。
4.⽓压梯度⼒的⽅向？⽓压梯度⼒的⼤⼩与⽓压梯度和空⽓密度有什么关系？⽅向指向—▽P 的⽅向，即由⾼压指向低压的⽅向；⽓压梯度⼒的⼤⼩与⽓压梯度成正⽐，与空⽓密度成反⽐。
5.地⼼引⼒6.惯性离⼼⼒7.地转偏向⼒8.地转偏向⼒的⼏个重要特点？1）地转偏向⼒A 与Ω相垂直，⽽Ω与⾚道平⾯垂直，所以A 在纬圈平⾯内2）地转偏向⼒A 与V 相垂直，因⽽地转偏向⼒对运动⽓块不作功，它只能改变⽓块的运动⽅向，⽽不能改变其速度⼤⼩。
天气学原理和方法
天气学原理和方法作为人类活动的一个重要方面，气象已经成为了一个广受欢迎的话题。
在讨论天气时，我们经常听到一些专业的词汇和术语，比如温度、气压、湿度等等。
这些都是气象学的一些基础概念，也是学习气象科学的第一步。
那么，什么是天气学原理和方法呢？本文将对此进行一番探讨。
天气学原理天气学是研究大气现象、发生机理和预报方法的一门学科。
天气学的基础原理是气象学。
气象学是研究大气现象的学科，它是大气科学的一部分。
大气科学是研究地球大气层的物理性质、化学特性及其与地球和太阳等其他天体相互作用的学科。
天气学的基础原理是气象学中的许多原理及其应用。
天气学中的一些基础原理包括：大气热力学原理、大气动力学原理、大气化学原理等。
其中，大气热力学原理主要用于解释大气现象的形成和演化。
大气动力学原理则主要用于解释大气运动和对气体较复杂流场的描述和计算。
而大气化学原理主要研究大气层的化学反应、污染物的传输和纵向分布等。
天气学分析的主要方法是气象学的数学方法。
数学方法是对气象学进行研究以及预报天气的一种很重要的方法。
气象学的数学方法包括应用大气物理学、数学物理学、云物理学、数值计算等方法，具有很高的准确性和预报时效性。
数学方法的应用要根据不同的气象特征和目的所需的准确度来选择。
例如，在气象研究方面应用较多的有斯特菲特定理和拉格朗日微分方程等。
这些方法可以有效地解决不同类型的大气现象和气象特征。
天气学方法天气学的研究方法有很多种，但这里主要介绍以下几种：地面气象观测、遥感气象技术、气象模拟和数值预报方法。
地面气象观测：观测是气象学的关键环节，是对现象的直接观察。
利用气象观测可以获取大气的物理状况、气体性质和降水量等信息。
地面气象观测主要有以下几种常见的方法：气象观测站测量、天气雷达、降水量传感器、GPS气象等。
地面观测数据是气象学研究的一种最基本的资料。
遥感气象技术：遥感气象技术是指利用卫星遥感、飞机遥感、地面遥感等技术手段观测大气和地表情况的一种技术。
天气学第八章(丁)1
３．两支气流的作用 斜升气流的作用： ①供应水汽 ②促进云雨发展 ③分迭大小不同的降水物，有利于冰雹的 生成 下击暴流的作用： ①到地表面后向四周散开，形成强风 ②使上升气流倾斜，产生斜升气流
㈡ 多单体风暴 含义：由许多较小的处于不同发展阶段雷 暴单体组成，但有一个统一的垂直环流的 风暴。多单体风暴中，对流单体横向排成 一行。他们不断的在雷暴复合体中的右侧 发生，在左侧消亡，看起来风暴就象一个 整体在运动。虽然每个单体的生命期不长， 但通过单体的连续更替过程可使整体的生 命期很长。
•上升气流合下沉气流构成不对称环流和天 气系统
2.强雷暴与一般雷暴的主要区别：
①特定环流场，强的垂直切变和强的不稳 定。 ②特定的铅直环流稳定状态的含义：当强 雷暴发展到一定阶段时，会出现一个可以 维持数小时之久的近乎稳定的、较强较大， 以及高度有组织和不对称垂直环流。
（一）超级单体“风暴” １．定义及特征： ① 含义：具有单一的特大的垂直环流的巨大的 强风暴云 ② 水平尺度：20-40km，垂直尺度：18km ③ 生命史：几个小时，移动路径可达数百公里 ④ 环流：具有强大的非对称的有组织的垂直环 流，前部有上升气流，后部有下沉气流
３．冰雹的形成过程：在一般超级单体雹 云中冰雹的生长过程大致经历这样的过程： 首先雹胚进入斜升气流之中，斜升气流把 小冰粒带到中高层，穿过过冷水份累积区， 然后砧状流出气流将小雪粒撒向前方。大 的抛得近，小的抛得远。通过"分选"作用， 大小雹粒在不同部位下落，重新进入斜升 气流，又开始第二次升降。如此循环数次， 大雹落在回波"墙"附近或"阵风前沿线"附 近的后方。而小雹可能降落在离"阵风前 沿线"较远的后方或前方
天气学原理和方法
天气学原理和方法天气学是研究大气中各种气象现象及其规律的科学。
它不仅是一门理论性学科，也是一门应用性学科，对人类的生产、生活、科研等方面都有着重要的影响。
天气学的研究对象主要是大气中的各种气象现象，包括气温、气压、湿度、风向、风速、降水等。
天气学研究的方法主要包括观测、实验、数学模型和预报等。
观测是天气学研究的基础。
通过对大气中各种气象要素的观测，可以获取大气的基本信息，为天气学的研究提供数据支持。
观测的方法包括地面观测、高空观测、卫星遥感等。
地面观测主要通过气象站、气象雷达等设备进行，可以获取气温、气压、湿度、降水等信息。
高空观测主要通过气球、飞机等载体进行，可以获取大气垂直结构、风向、风速等信息。
卫星遥感主要通过卫星对大气进行遥感观测，可以获取大范围、全天候的气象信息。
实验是天气学研究的重要手段。
通过对大气中各种气象现象的模拟实验，可以深入了解气象现象的成因和规律。
实验的方法包括室内模拟实验、野外实验等。
室内模拟实验主要通过模拟大气环境，对气象现象进行实验研究。
野外实验主要通过在自然环境中进行实地观测和实验，获取真实的气象数据和现象。
数学模型是天气学研究的重要工具。
通过建立数学模型，可以模拟大气中各种气象现象的演变过程，为天气预报、气候预测等提供科学依据。
数学模型的建立需要考虑大气的动力学、热力学、水文等方面的因素，通过数学方程组的求解，可以模拟大气的运动、热量传递、水汽循环等过程。
天气预报是天气学研究的应用方向。
通过对大气中各种气象要素的观测、实验和数学模型的分析，可以对未来一段时间内的天气情况进行预测。
天气预报主要包括短期预报、中期预报和长期预报。
短期预报主要针对未来1-3天的天气情况，中期预报主要针对未来3-10天的天气情况，长期预报主要针对未来10天以上的气候情况。
总之，天气学是一门重要的气象学科，它通过观测、实验、数学模型和预报等方法，研究大气中的各种气象现象及其规律，为人类的生产、生活、科研等提供重要的科学依据。
天气学原理
第一章 大气环流
九 东亚地区的地形特征和热力特征
东亚地区是位于全球最大陆地的东岸，濒临最大的大洋，西部有地形 十分复杂的高原。海陆之间的热力差异和高原的热力、动力作用，使 得东亚地区称为一个全球著名的季风区，天气气候的差异比同纬度其 他地区悬殊得多。
第一章 大气环流
十 东亚环流的特点
1、在对流层底部，由海陆差异造成东亚的四个大气活动中心（蒙古冷 高、阿留申低压，印度热低压和太平洋副热带高压）几乎都是全球最 强的气压系统，季节变化也最明显，风系转换也显著。冬季盛行偏北 风、偏西风，夏季偏南风、偏东风。冬季天气干冷，夏季湿热，雨量 大部分集中在夏季。 2、对流层中部，冬季东亚上空500hPa为一脊一槽（脊在高原北部，槽 在亚洲沿岸）高空基本气流为西北风。夏季则变成一槽一脊，与冬季 的完全是反位相，高空基本气流在30°N以北为西风，30°N以南为偏 东风。
Hale Waihona Puke 第一章 大气环流二 热力环流概念
第一章 大气环流
三 三圈环流形成原理及科学假设
地球-大气系统所接受的辐射能，各纬度分布并不均匀，产生由热带指 向两极的温度水平梯度，这样，在对流层中、上部就产生了指向极地 的气压梯度，同时在低层又有指向赤道的气压梯度。在北半球，高空 空气在气压梯度力的作用下由赤道向北运动，受地转偏向力的作用， 在约30°N附近，气压梯度力与地转偏向力达到平衡，空气运动方向转 为自西向东。自赤道源源不断向北的空气也就在30°N附近发生辐合， 由质量堆积，使地面气压升高，而且自赤道向北的空气不断辐射冷却 ，因而产生了下沉运动，分别向南和向北辐散。在低层向南运动的空 气在地转偏向力作用下，在北半球转为东北风，称为东北信风。同理 ，南半球也存在东南信风。
第二章 气团和锋
天气学原理
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
控制大气环流的基本因子
太阳辐射 地球自转 地表非均匀（海陆与地形） 地面摩擦
（一）地球自转作用---地转偏向力，f随 纬度变化
1、北半球对流层大气环流模式 三圈经向环流：
极地环流圈——强 费雷尔环流圈——弱 哈德莱环流圈——强
8、地转偏差
地转偏差（偏差风）——实际风与地转风的矢量 差 产生原因：地球自转及空气中的摩擦力存在 意义：地转偏差使实际风穿越等压线，引起气压 场的改变；并使大气动能改变，促使 风速变化； 地转偏差也是造成垂直运动的重要原因。
第二章 气团与锋
要点
1. 2. 3. 4.
锋的概念及空间结构 锋的类型 锋生和锋消 我国主要的锋生区、锋消区
周 几天 1天 几小时
3、控制大气运动的基本定律
动量守恒---大气运动方程 质量守恒---连续方程 能量守恒---热力学能量方程
4、地转风
地转平衡：对中纬度天气尺度运动，在水平 方向上地转偏向力与气压梯度力平衡。 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。
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） 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。
天气学原理和方法
农业气象监测
01
对农田的气象要素进行监测，提供实时的气象数据和预报服务，
帮助农民合理安排农业生产活动。
农业保险服务
02
为农业提供气象保险服务，降低因气象灾害造成的农业损失。
农业技术推广
03
推广适应气候变化的农业技术，提高农业生产效益和农产品质
量。
06
未来天气学的发展趋势
高精度数值预报模式
总结词
随着计算机技术的不断进步，数值预报模式在天气预报中发挥着越来越重要的作用。高 精度数值预报模式能够更准确地模拟大气运动，提高天气预报的准确性和精细化程度。
<完>
3
05
天气学应用
气象灾害预警与防范
01
02
03
气象灾害预警
通过监测和分析气象数据， 对台风、暴雨、暴雪等气 象灾害进行预警，提醒公 众提前做好防范措施。
灾害风险评估
对不同地区的气象灾害风 险进行评估，确定重点防 范区域和对象，为政府和 相关部门提供决策依据。
应急响应
在气象灾害发生时，启动 应急响应机制，协调各部 门开展抢险救灾工作，降 低灾害损失。
统计预报方法
基于历史数据和统计规律的预报方法
统计预报方法是通过分析历史气象数据，寻找天气现象与时间、空间等变量的统计关系，从而预测未来天气。这种方法简单 易行，但需要大量的历史数据和良好的统计技巧。
经验预报方法
1
基于经验和个人判断的预报方法
2
经验预报方法是通过气象人员的经验和直觉进行 预测。这种方法依赖于个人的经验和判断力，但 可能受到主观因素的影响。
VS
详细描述
地球系统模式能够更全面地考虑各种因素 对天气的影响，如气候变化、人类活动等 。这有助于更准确地预测长期天气变化和 气候变化，为气候风险管理、环境保护和 可持续发展提供科学依据。同时，地球系 统模式的发展也需要解决许多技术挑战， 如数据同化、模式验证和计算资源等问题 。
天气学复习资料整理汇编
14、 切断低压 切断低压是指在西风带长波槽脊的发展演变过程中，槽不断向南加深，高空
向高压。 （3）风场： 由于地面锋位于气压槽内，锋线附近的风场具有气旋性切变，而地面摩擦作
用使这种气旋性切变更加明显，也导致锋线附近强的风场辐合。 12、锋生函数
锋生函数
������ = ������ ������������ − ������������ ������������ − ������������ ������������
四季还可以按“四立”的节气划分、按“二分二至”划分、按气候（温度）划分。 4、热力环流的原理
受热地区大气膨胀上升，近地面形成低气压，而高空形成高气压；受冷地区 相反，从而在近地面和高空的水平面上形成了气压差，促使大气的水平运动，形 成高低空的热力环流。热的地方空气受热膨胀上升，冷处收缩下沉。于是上空相 同高度处，热地方单位面积空气柱重量（即气压）大，冷地方高空气压小，高空 形成热－冷的气流。热处气流流失后，整个空气柱减轻，地面形成低压，冷处则 形成高压，近地面形成冷－热的气流。加上上升、下沉气流，构成了热力环流。 5、三圈环流的形成原理和科学假设
的冷槽与北方冷空气的联系被暖空气切断，在槽的南端形成一个孤立闭合的冷低 压中心。
15、 副热带高压 副热带高压是指位于南北半球的副热带地区的带状高压区。
16、 热低压 热低压是指地表面局部变暖致使上空的大气增温，气温上升产生上升气流，
使地面气压降低。 17、 海陆风 白天风从海上吹向陆地，称为海风；夜晚从陆地吹向海上的风，称为陆风。
天气学原理和方法
R=2.87×102m2/(s2K) 10-2
δp/p～
Cp=1004m2s-2K-1
Δhρ=10 -2103gm-3 1hPa=102103gm-1s-2
R/Cp～0.29 ρ～103gm-3
二、基本方程的简化方法
1.零级简化方程 零级简化：保留方程中数量级最大的各
项，而其他项都略去不计。 2.一级简化方程 一级简化：除保留方程中数量级最大的
-----单位质量空气所受到的净粘滞力
粘滞力是由分子不规则运动引起的动量交换（传递）
粘滞力与风速垂直切变 成正比
单位面积粘滞力（切应 力，雷诺应力）
净
单位质量空气净粘滞力（X分量）
单位质量空气净粘滞力（Y分量）
单位质量空气净粘滞力（Z分量）
总摩擦力为：
FF xF yF z
近似地有
二、视示力
由旋转坐标系的加速作用而 假想的力（惯性离心力、 地转偏向力）
1. 惯性离心力
在旋转坐标系中引入的,与向心力相 平衡(大小相等,方向相反)的力,称为 惯性离心力。
它不是一种真实力,而是由于站在非 惯性坐标系中观察运动,而又企图用 牛顿第二定律解释它的结果
向心力与惯性离心力
C=Ω2R
赤道
( F)
z
( F )p
F p
p
两边同除以 x ：
Z,-P
F x
z
F x
p
F p
p x
( xz ,y,z,t)
取 x 0
(x,y,p,t)
则y：
F x
z
F x
p
FpP= RxpT,
z
x
=P/RT
二. P坐标系与Z坐标系的转换关系
天气学原理和方法[1_5]
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天气学原理和方法第一章大气运动的基本特征地球大气的各种天气现象和天气变化都与大气运动有关。
大气运动在空间和时间上具有很宽的尺度谱，天气学研究的是那些与天气和气候有关的大气运动。
大气运动受质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律所支配。
为了应用这些物理定律讨论在气象上有意义的相对于自转地球的大气运动，本章首先讨论影响大气运动的基本作用力，和在旋转坐标系中所呈现的视示力，然后导出控制大气运动的基本方程组，并在此基础上分析大尺度运动系统的风压场和气压场的关系，并引出天气图分析中应遵循的一向基本指导原则。
第一节旋转坐标系中运动方程及作用力分析一、旋转坐标系中运动方程1. （绝对速度）与（相对速度）t时刻一空气质点位于P点，经t 时间，质块移到Pa点，地球上的固定点P移到了Pe位置位移假设为R，质块相对固定地点的位移为R，图1.1 旋转坐标系显然当 0位移很小时单位时间内的位移为由此得此关系式表明：绝对速度等于相对速度与牵连速度之和2．与的关系地球自转角速度为则于是由此可得微分算子将微分算子用于则有再将代入上式右端得（*）式中为地转偏向力加速度，即柯氏加速度为向心力加速度3．牛顿第二定律单位质量的空气块所受到的力在绝对坐标系中单位质量空气块受到的力有+：地心引力F：摩擦力将此式代入（*）式：二、作用力分析1．气压梯度力①定义：单位质量空气块所受的净空气的压力②表达式G=-(1.1)③推导：图1.1.2 作用于气块上的气压梯度力的X分量x方向：B面 PA面：-（P+净压力：-同理y方向：z方向：净空气总压力④讨论：大小：气压梯度力的大小与气压梯度成正比，与空气密度成反比方向：气压梯度力的方向指向的方向，即由高压指向低压的方向2．地心引力① 定义：地球对单位质量的空气块所施加的万有引力② 表达式(1.2)K：万有引力常量M：地球质量a：到地心的距离③ 推导：图1.1.3 地心引力受力分析图④ 讨论：大小：不变，常数方向：指向地球心3．惯性离心力① 定义：观测者站在旋转地球外观测单位质量空气块所受到一个向心力的作用，但站在转动地球上（观测它的运动，发现它是静止的，这必然引入一个与向心力大小相同，方向相反的力，此力称为惯性离心力。
气象学讲议
气象学第一章1、大气的成分氮、氧、氩占干洁空气总容积的99。
97%，是低层大气主要成分。
臭氧的形成是由于太阳紫外线的作用，所以在10-15公里以上的大气中经常存在，在20-25公里臭氧达到最大值二氧化碳：城市大于农村，室内比室外多，夏天比冬天多，能吸收和放射长波辐射，故其增减，对大气和地面的温度有一定影响。
大气中的水汽：是唯一能发生相变的气体（气态、液态、固态）。
水汽的相变会引起云、雾、雪等一系列的天气现象，能强烈吸收地面放射出来的红外线，从而使大气获得热量，水汽本身也能放射红外线使地面获得热量。
2、主要气象要素表示空气的性质：压强、温度和湿度；表示空气运动的状况：风向风速；有的是大气发生的一些现象：雨、雪、雷电。
气温：是用来表示大气冷热程度的物理量，是距离地面1.5米高处空气的温度。
气压：单位面积上大气柱的重量叫做大气压强，简称气压。
一般将纬度45°的海平面上，温度为0℃时，760毫米水银柱高的大气压强成为一个标准大气压。
风：空气在水平方向上的运动，风包括风向和风速。
云：是由悬浮在空中的大量微小水滴或冰晶组成。
降水：从云中降落到地面上的液态或固态水的滴粒都成为降水。
用其形状（雨、雪、雹）、降落的性质（连续性、间歇性），降水量（毫米）等表示。
能见度：气象学上把正常视力的人所能看到目标物的最大距离。
是用来鉴定大气透明度的。
应选择视角大于30′，以地平线附近的天空为背景，不发光的接近绝对黑色的物体为目标物。
空气湿度：用来表示空气中水汽含量多少或表征空气干湿程度的物理量。
3、空气的基本性质混合气体的分压定律：混合气体的总压强等于各气体分压强之和。
大气压强=P干+e气体状态方程PV/T=恒量，无论气体状态如何变化，它的压强与容积的乘积，与绝对温度之比，始终保持不变。
虚温的物理意义：湿空气因有水汽存在，它比同温同压下的干空气密度要小，如果在压强不变的条件下，升高干空气的温度，使其密度与湿空气密度相等，这个升高后的干空气的温度成为虚温。
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第八章
一：填空
1、雷暴一般伴有阵雨，有时则伴有大风、（冰雹）、（龙卷）等天气现象，通常把只伴有阵雨的雷暴称为（一般雷暴），而把伴有雷暴、大风、（冰雹）、（龙卷）等严重的灾害性天气现象之一的雷暴叫做（强雷暴）。
2、产生雷暴的积雨云叫（雷暴云），一个雷暴云叫做一个雷暴单体，多个雷暴单体成群成带地聚集在一起叫（雷暴群或雷暴带）。
每个雷暴单体的生命史大致可分为（发展）、（成熟）（消亡）三个阶段。
3、雷电是由积雨云中冰晶（温差起电）以及其他作用所造成的。
一般云顶高度到达（-20℃等温线高度以上）是才产生雷电。
4、雷暴云中放电强度和频繁程度与雷暴云的（高度）和（强度）有关。
5、在雷暴云下形成一个近乎饱和的冷空气堆，因其密度较大而气压较高，这个高压叫（雷暴高压），当雷暴云向前移动经过测站时，使该站产生气温（下降）、气压（涌升）、相对湿度（上升）、露点或绝对湿度（下降）等气象要素的显著变化。
6、以严重降雹的雷暴叫（雹暴），以强烈阵风为主的叫（飑暴），强雷暴和一般雷暴的区别是（系统中的垂直气流的强度）、（垂直气流的有组织程度）和（不对称性）。
7、超级单体是具有单一的特大垂直环流的巨大强风暴云，它的结构具有以下特征：（风暴云顶）、（气流）、（无（弱）回波区）、（风暴的移动方向）、（环境风）。
8、强雷暴按其结构特征划分不同的类型，常分为（超级单体风暴）、（多单体风暴）、（飑线）。
9、风暴的运动方向一般偏向于对流云中层的风的（右侧），所以这类风暴也叫（右移强风暴）。
10、由许多雷暴单体侧向排列而形成的强对流云带叫做（飑线）。
11、当强雷暴云来临的瞬间，风向（突变），风力（猛增），由静风突然加强到大风以上的强风。
与此同时，气压（涌升）、形成明显的（雷暴鼻），气温（急降），相对湿度也（大幅度上升）。
12、雷暴云底伸展出来并到达地面的（漏斗状）云叫做龙卷。
龙卷伸展到地面时会引起强烈的旋风，这种旋风叫（龙卷风）。
13、天气系统按其空间、时间尺度可以划分为（大尺度）、(中尺度)、(小尺度)三类天气系统。
14、中尺度可分为三个等级：（200-2000公里的为中-α）、（20-200公里的为中-β）、（2-20公里的为中-γ），我们通常说的“中系统”是中-β，中-α则是中间尺度或次天气尺度系统。
15、和飚现象相联系的一类中系统叫（飚中系统），它包括（雷暴高压）、飚线、（飚线前低压）、（尾流低压）等中系统。
16、雷暴高压是一个中尺度的（冷性）高压，高压内有强烈辐散，其前部压、温、湿水平梯度很大，等值线密集，这个地带叫（飚线或飚锋）。
它具有阵风前沿线（阵风锋）、（风向切变线）、（气压涌升线）、气象要素不连续线或不稳定线等特征。
17、飚中系统的生命史大致可分为四个阶段（初始阶段发展阶段成熟阶段
消散阶段）。
18、飚线上的单体移动的方向基本上与（850~500hPa ）的平均风向一致，有时略（偏右），另外，飚线还有向着最不稳定的地区移动的趋向。
19、在中尺度天气图上，可分析出一些水平尺度为一百公里至二三百公里的小型低压，这些低压叫（中尺度低压）系统。
且它可分为两类，一类叫（中低压），另一类叫（中气旋）。
20、γ表示（环境的垂直温度递减率）；γ′表示（气块绝热运动时的温度垂直递减率）；γs表示（湿绝热递减率），γd表示（干绝热递减率）。
在（γ>γd(>γs) ）叫绝对不稳定；（γ<γs (>γd) ）叫绝对稳定，（γd>γ>γs ）叫条件不稳定。
21、T-lnP图上气块温度升降的曲线叫（状态曲线），而大气实际温度分布曲线叫（层结曲线），在抬升凝结高度以上，状态曲线与层结曲线的第一个交点，叫（自由对流高度），状态曲线与层结曲线的第二个交点，叫（对流上界）22、形成对流性天气的基本条件有三个（水汽条件），（不稳定层结条件），（抬升力条件）。
23、在通常的天气学尺度的条件下，温度的局地变化取决于(温度平流)（垂直运动）及（非绝热因子）引起的温度变化。
24、当低层有（湿空气平流）高层有（干空气平流），就有可能造成对流性不稳定。
25、对流性天气的触发机制有（天气系统造成的系统性上升运动）（地形的抬升作用）（局地热力抬升作用）。
26、热力抬升作用为主所造成的雷暴，称（热雷暴），也叫（气团雷暴）。
热力作用的强弱取决于局地加热的程度，即（最高温度的高低）。
24、强雷暴发生、发展的有利条件有（逆温层前倾槽低层辐合、高层辐散高低空急流中小系统）。
26、雷暴云的移动有（平移）、（传播）
27、夏季在东北和华北地区常出现冷涡雷暴，其特点（变化较快），（持续时间较长），危害性较大。
28、甚短时预报指未来（12小时内）的天气预报，临近预报指未来（ 2~3小时内）的天气预报。
29、冰雹的天气形势为（高空冷槽型）（高空冷涡型）（高空西北气流行）（南支槽型）。
30、从雷达回波的（形状）、（亮度）等特征可以识别对流云或对流天气的性质，一般认为稳定云的回波比较均匀亮度较暗，边缘不整齐，呈（丝缕状），雷暴回波则是明亮的，边缘整齐，由许多的亮块组成。
飑线回波呈长条形，再RHI显示器上；在卫星云图上，雷暴云亮度很大，云顶羽状云砧走向与300百帕风向一致，但是对较大的飑线云系表现为一大片(蘑菇状的卷云)或卷云覆盖在对流活动区顶上。
二、问答题
1、中小系统和大系统的区别是什么？
从水平尺度，垂直尺度，生命期，垂直速度，散度，涡度，气压梯度，地砖偏向力，和非静力平衡方面分析，
2、冰雹的共同特点是什么？
（1）、斜升气流强度较大，最大上升速度一般在15米/以上；
（2）、最大上升速度及水分累积区的高度一般在温度零度层以上，因此水分累积区中的水滴都是过冷区水滴；
（3）、水分累积区的含水量较为丰富，一般都不小于15-20克/立方米，累计区厚度不小于1.5-2.0公里左右；
（4）、有宜于形成“雹胚”的环境；
（5）、云内0度层的高度适当，不太高也不太低，一般在600百帕（4公里）上下较为适宜。
3、飑线和锋面的区别是什么？
（1）、锋面是两个气团之间的分界面，飑线则是同一气团中形成和传播的中系统；（2）、从气象要素变化的激烈程度来看，飑线比锋面更剧烈；
（3）、飑线是中尺度系统，其长度只有二三百公里，生命期约十几小时，而锋面是大尺度系统，其长度可延伸到千余公里，生命期可达几天。
4、中尺度低压和中尺度气旋的区别是什么？
在风场上，中低压没有明显的气旋式环流，中气旋有闭合的气旋式环流；中低压往往是由局地增热造成的。
5、冷锋雷暴的预报经验是什么？
（1）、在冷锋前暖湿空气活跃，冷锋过境时有雷暴发生；
（2）、冷锋雷暴与太平洋高压的强弱、进退有密切的关系；
（3）、冷锋雷暴的发生与锋面上空的形势有关；
（4）、如果锋面附近，高层为冷平流，底层为暖平流，且平流较强，则冷锋过境时有雷暴发生；
（5）、高空锋区的强弱与锋面上能否产生雷暴以及他的强度有很大的关系；（6）、850百帕上锋面所在的区域内画出等露点线或等比湿线后，如果湿舌的轴线沿地面锋线伸展，则有利于雷暴生成。
6、低涡雷暴的预报经验
（1）、冷涡雷暴主要出现在冷涡的南部及东南部，而以出现在东南部最为常见；（2）、冷涡雷暴一般是与地面冷锋或高空小横槽相伴出现和活动的；
（3）、当冷涡稳定少动时，气层由于其稳定度的日变化而每到户后或傍晚就会变得不稳定，因而可有雷暴出现。
（4）、冷涡雷暴产生在T500-T850负值最大的区域或在其前方。
（5）、在冷涡控制区域，在低层850百帕有较明显的暖湿平流，高层有冷平流的区域，往往有雷暴或冰雹产生。
7、沙氏指数的含义及意义是什么？
小块空气由850百帕开始，干绝热上升到抬升凝结高度，然后沿湿绝热递减率上升到500百帕，在500百帕上的大气实际温度与该上升气块到达500百帕时的温度的差值，即为沙氏指数（SI），当SI〉0时，表示气层稳定，当SI<0时,表示气块不稳定， .简化的沙氏指数定义为850百帕小块空气干绝热上升到500百帕，在500百帕上的大气实际温度与该上升气块到达500百帕时的温度的差值即为简化的沙氏指数.
8、抬升指标：一气块从自由对流高度出发，沿湿绝热线上升到500百帕处所示的温度与500百帕实际温度之间的差。
9、总指数：850百帕的温度和露点温度之和减去2倍的500百帕的温度值越大越不稳定。