高等天气学

高等天气学

一、名词

1.大气活动中心（2003秋，2002秋）

由于地面地形及海陆差异的作用，平均海平面气压场环流分布表现为沿纬圈的不均匀性，而且呈现出一个个巨大的闭合高、低压系统，因每个高压或低压对广大地区的气候有巨大影响故称为大气活动中心。一年四季都存在的称为永久性大气活动中心，如北大西洋高压。只在冬半年或夏半年存在的称为半永久性大气活动中心，如西伯利亚高压、印度低压、澳大利亚高压及低压等。

2.锋面（2003秋）

一般将在热力学场和风场具有显著变化的狭窄倾斜带定义为锋面，它具有较大的水平温度梯度、静力稳定度、绝对涡度以及垂直风速切变等特征。从气团概念来看，锋面可定义为冷、暖两种不同性质气团之间的过渡带。锋

面的长度一般在1000－2000km，而宽度只有100－200km，因而锋面温度和风场的变化沿垂直锋面方向比沿锋面

方向要大得多。锋面是一个具有三维结构的天气系统，在空间是一个倾斜区，它的垂直厚度一般只有1－2km。

3.温带气旋（2003秋）

温度气旋能造成明显或激烈的天气。根据气旋发生发展时的环流和天气形势，气旋的发生发展可分为三种类型：（1）经典的锋面波动发展成气旋的过程。Petterssen理论。（2）气旋发生发展的启动机制主要在高空。

与第一类气旋发展的不同处在于，第二类气旋发展时低层不一定有锋面存在，高空涡度平流是气旋发展的主要因子。（3）中间尺度温带气旋的发展。这类气旋的水平尺度一般在1000－2000km，比上述气旋的尺度小。

4.CISK（2004秋，2002春）

第二类条件不稳定，简称CISK，是指低纬积云群与大尺度运动间的相互作用，从而使得大尺度扰动和热带

气旋处于不稳定发展的过程。其物理本质是：在对流层低层，由于摩擦的作用，产生向低压中心的大尺度水平辐

合，同时，伴有水汽堆积并通过Ekman抽吸作用，使处于条件不稳定的湿空气强迫抬升，产生有组织的积云对

流。由于水汽凝结潜热的释放，使低压上空温度比四周空气高，从而使有效位能转换为扰动动能使大尺度扰动处

于不稳定发展的过程；在低压上空温度增高的同时，地面气压下降，则增强指向低压中心的气流，又由于绝对角

动量守恒，也使切向风速加强，这就使低压扰动也处于不稳定发展的过程。这样，低层辐合，强迫抬升，凝结增

温，地面气压下降，往复循环，造成积云对流与低压环流间的正反馈，促使大尺度扰动和热带气旋同时发展。

5.ITCZ（2002春）

赤道辐合带出现在热带对流层低层，在流场上表现为一条连贯的南北两个半球的偏信风汇合区，在地面气压场上表现为一个低压槽，故又称“赤道槽”。它是热带环流中十分重要的行星尺度系统。

特征：（1）辐合带一般不在赤道上，常位于离赤道一定纬度的地方。1月位于17S－18N，7月在2N－27N 之间。在东半球辐合带的位置变化最大，这是由于北半球南亚和北非的夏季风和南半球夏季南非和澳大利亚的季

风造成。（2）辐合带在海洋地区纬向位置的季节变化比在大陆上要小。在海洋上约为10－15度，而在大陆上为20－25度。在大洋的东部辐合带位置变化最小。（3）在北太平洋，辐合带位于赤道与15N之间，在9－10月其位置最北。在北大西洋，辐合带位于赤道与10N之间，其最北位置也是9－10月。在印度洋，赤道辐合带位于

10S－10N之间。（4）陆地上的辐合带一般与太阳加热的季节进程一致。（5）海洋上的辐合带一般出现在暖SST （海表温度）区域。（6）所有变量分布对辐合带几乎是对称的，并且季节变化不明显，这表明辐合带的作用全

年不变。A、气压在辐合带槽线处最低，经向风吹向槽内的，相应出现辐合。气流的稳定度很小。B、暖心结构明显，最暖的层次在对流层中上部。与温度距平一致，比湿距平表现为明显的湿区。C、高压位于赤道辐合带上部，低压位于对流层下部。上部对应于流出层，下部对应于流入层，其间的无辐散层在500hPa左右。D、湿静力能量在对流层中部有最小值。在700hPa以下为位势不稳定层。

可能的形成机制：（1）海温的作用。ITCZ的位置几乎就是在赤道地区的海温最大轴线上。数值模拟也表明，ITCZ总是移向海温较高的区域。（2）CISK机制。与热带气旋发生类似，当低层辐合带南侧的西南风大，形成

辐合和气旋性涡旋时，在边界层摩擦辐合的作用下，出现上升运动，凝结潜热释放，加强了低层的辐合，可使对

流云系进一步发展，如此反复作用而形成辐合带。（3）边界层临界纬度机制，实际发生的扰动的角频率若与科

氏参数相同，则在该纬度处将产生很大的上升运动，有助于形成辐合带。

6.对流不稳定（2004秋）

指一定的气层被抬升后，由原来即使是稳定层结（

m

）而变为不稳定层结（

m

）的情形。

se

z

（或

se

p

）为对流稳定性判据。当

0se

z

（或

0se

p

）为对流不稳定；反之，

0se

z

（或

0se

p

）为对流

稳定。

7.飑线（2003秋）

排列成带状的雷暴群，一种范围小，生命史短，气压和风场的不连续线，宽度不及

1km 或者几km ，长度一

般有几公里到几百公里，维持时间在几小时到十几小时。飑线出现非常突然，过境时，风向突变，气压涌升，气温急降，同时，狂风雨雹交加，能造严重的灾害。

8.PNA 型（2004秋，2001春）

指太平洋－北美遥相关，它表明了中东太平洋与北美大陆

500hPa 环流形势变化的关系。在500hPa 形势图上，

正PNA 型遥相关对应着北美

大陆西岸为强高空脊控制，北太平洋和北美东部都是高空槽控制区；

负PNA 型遥相

关对应整个北美大陆为高空大槽控制，而北太平洋高压脊明显存在。

PNA 常与中东赤道太平洋暖水期相关。

9.Ekman 螺线（2002秋）

描写大气边界层内风矢随高度变化的一种模式分布，按此模式，风向随高度增大并向右旋转（在北半球），风速随高度增加而增大，不同高度的风矢量末端的连线为一螺线，称为Ekman 螺线。由于在大气边界层中，空气质点的流动主要受到气压梯度力、

科里奥利力和湍流粘性力的作用，

由此从大气动力方程组出发，

假设湍流交换系

数K 等于常数，而且气压梯度力不随高度变化。

10.位势涡度（2002秋）

位势涡度在某种意义上是绝对涡度与涡度有效厚度的比值的一个度量，且其在绝热、无摩擦运动中具有守恒

性，即有：C p

f )

(

，这里有效厚度正是以气压单位度量的两个位温面之间的距离。位涡守恒对大气的

大尺度运动是一个很重要的制约。在均质不可压的流体中，位温守恒定理可简单地写成：

C z

f 。

11.上游效应（2002秋）

上游某地区长波系统发生某种显著变化后，群速大于波动本身的相速度，

其能量先于波动本身到达下游，

并影

响到下游地区长波系统的变化称为上游效应。

12.温度平流（2002秋）

由于空气运动而引起的温度局地变化，即T V ，称为温度平流。若风从冷区吹向暖区（

0T ），是

冷平流；相反，当风从暖区吹向冷区则是暖平流。

13.低频振荡：

大气环流的周期性变化称为大气振荡，把大于7－10天，小于一个季度的大气振荡称为低频振荡。

大气低频

振荡中有两个频带的振荡最显著，即10－20天（准双周）振荡和30－60天（季节内）振荡。其全球特征是在热带地区和南北半球的高纬度地区

30－60d 振荡动能相对很重要，

是30－60d 大气振荡的最强活动带。

冬半球的振

荡动能要强于夏半球；随着季节的变化，其动能大值区有向冬季极区偏移（5－10个纬度）的趋势；在冬半球，

振荡动能的分布更具有纬向不均匀性；在夏半球，动能的大值区有移向大陆的趋势。北半球大气的

30－60d 振荡

主要存在着两个低频遥相关型，即EUP （欧亚－太平洋型）和

PNA （太平洋－北美型），这种低频遥相关型和

低频波列的存在对

30－60天振荡有重要影响。30－60d 大气振荡通过低频波列，即低频能量频散，而引起两个

半球间的跨赤道相互作用，主要发生在中太平洋及中大西洋地区，尤其是在中太平洋地区。

热带大气的30－60d 振荡特征：（1）在热带大气中低频振荡有

4个大值区：赤道东太平洋地区最大，其次

是南亚热带地区、赤道西太平洋地区，赤道东大西洋地区。积云对流加热的反馈（CISK ）是激发产生热带大气

30－60d 振荡的重要机制。（

2）无论在对流层上层还是低层，热带大气低频振荡在风场上主要表现为纬向风分