《天气学原理》复习重点(上)

天气学原理

Char1大气运动的基本特征

1、真实力：气压梯度力、地心引力、摩擦力

（1）气压梯度力：作用于单位质量气块上的净压力，由于气压分布不均匀而产生（2）地心引力：地球对单位质量空气的万有引力

（3）摩擦力：单位质量空气受到的净粘滞力

2、视示力：惯性离心力、地转偏向力

惯性离心力：地球受到了向心力的作用却不作加速运动，违背牛顿第二定律，为了解释这种现象引入惯性离心力，其大小与向心力相等而方向相反。

C=Ω2R

地转偏向力：由于坐标系的旋转导致物体没有受力却出现加速度，违背牛顿第二定律，从而引入，以使牛顿运动定律在旋转参考系中成立。

地转偏向力的特点：A= -2Ω×V

（1）地转偏向力A与Ω相垂直，在纬圈平面内

（2）地转偏向力A与风速V垂直，只改变气块运动方向，不改变其速度大小

（3）在北半球A在水平速度的右侧，在南半球A在水平速度的左侧

（4）地转偏向力的大小与相对速度成正比，V=0时，A=0；只有在做相对运动时A才存在重力：地心引力与惯性离心力的合力。重力垂直于水平面，赤道最小，极地最大。

3、地转偏向力与水平地转偏向力有何相同与不同？

水平地转偏向力：大气中垂直运动一般比较小，气块的运动主要受x方向和y方向的影响。

通常情况下w很小，因而近似有Ax=2Ωv和Ay= -2Ωu。对水平运动而言，北半球Ax、Ay使运动向左偏，南半球右偏。

地转偏向力：包括垂直运动。

4、控制大气运动的基本规律：能量守恒、质量守恒、动量守恒

牛顿第二运动定律——运动方程

质量守恒定律——连续方程

能量守恒定律——热力学能量方程

气体实验定律——气体状态方程

5、温度平流变化

-V·▽hT是气块在温度水平分布不均匀的区域内保持原有的温度作水平运动而对局地温度变化所提供的贡献，称为温度平流变化。-▽T温度梯度由高温指向低温。

当-V·▽hT<0时，有冷平流，夹角为钝角，风从冷区吹向暖区，使局地温度降低。

当-V·▽hT>0时，有暖平流，夹角为锐角，风从暖区吹向冷区，使局地温度升高。

对流变化：空气垂直运动引起的局地温度变化

6、质量散度和速度散度

质量散度：▽·(ρV)单位体积流体的净流出量。净流出时散度为正，净流入时散度为负。

速度散度：▽·V流体在单位时间内的相对膨胀率。▽·V>0时，体积增大辐散。

不可压缩流体：速度散度为零

水平散度：流体在单位时间内水平面积的相对膨胀率

实际风与地转风之差称为地转偏差。D=V-Vg

摩擦层中的地转偏差：（1）地转偏差垂直于摩擦力的方向，并指向摩擦力方向的右方。摩擦力越大，实际风越小，左偏越多。

（2）风速比应有的梯度风风速小，风向偏向低压。因此在北半球低压中的空气逆时针流动，但有向内流的分量；高压中的空气顺时针流动，但有向外流的分量。摩擦作用使低压辐合上升，高压辐散下沉。

自由大气中的地转偏差：梯度力和地转偏向力不平衡时，产生加速度。地转偏差垂直于加速度的方向，并指向加速度方向的左方。

D1变压风：▽h·V=▽h·(Vg+D)=▽h·D地转风的散度为0，所以实际风散度取决于地转偏差的散度。地面图上，负变压中心区，变压风辐合引起上升运动；正变压中心区，变压风辐散引起下沉运动。高空图，槽前脊后必有负变压，有变压风辐合。槽后脊前有正变压，变压风辐散。

D2平流加速度（横向纵向地转偏差）：槽前脊后有纵向、横向地转偏差辐散；槽后脊前有纵向横向地转偏差辐合。

低层以变压风辐散（合）为主，高层以纵向、横向辐散（合）为主：

槽前脊后：变压风辐合，纵向、横向辐散

槽后脊前：变压风辐散，纵向、横向辐合

因此高层槽前脊后辐散槽后脊前辐合，低层槽前脊后辐合槽后脊前辐散。

Char2气团与锋

1、气团

气象要素水平分布比较均匀的大范围的空气团。

形成条件：性质均匀的广阔的地球表面，下沉辐散，稳定的环流

方式：各种尺度的湍流、系统性垂直运动、蒸发、凝结和辐射等物理过程

冬季：极地大陆气团和热带海洋气团、北极气团

夏季：西伯利亚气团、热带海洋气团、热带大陆气团、赤道气团

春季：西伯利亚气团、热带海洋气团

秋季：变性西伯利亚气团主导，热带海洋气团，秋高气爽。

2、锋

锋：冷暖气流相遇所形成的狭窄过渡带

锋区：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空气团一侧倾钭，这样的等温线密集带通常称为锋区。实际上，锋区就是密度不同的两个气团之间的过渡区。

锋面：由于锋区的宽度同气团宽度相比显得很狭窄，因而常把锋区看成是空间一个面锋线：锋面与地面的交线

3、锋面的坡度公式

（1）其他条件不变，锋面坡度随纬度增高而增大f。赤道上（φ=0），没有锋面存在（2）锋两侧温差越大坡度越小，温差为零则不会有锋面△T

（3）锋两侧风速差△Vg为零时，锋面不存在；锋存在时，tgα>0,两侧平行于它的地转风分速应具有气旋式切变。锋面坡度与锋面两侧风速差成正比

（4）冷暖气团的平均温度越高坡度越大Tm

锋附近气流曲率很大时应用梯度风公式，即气旋曲率越大的气流中锋面平衡坡度越大

4、锋面附近温度场的特征

（1）水平方向：

锋区内温度水平梯度大，等温线相对密集，越密集水平温度梯度越大，锋区越强。锢囚锋在高空图上有暖舌，暖舌两侧等温线密集。

根据锋区内等温线密集度确定锋区强度、地面锋线位置；等压面上冷暖平流确定锋的类型。

（2）垂直方向：

锋区内温度垂直梯度小，逆温或温度直减率小。冷暖气团内温度随高度递减。

冷暖气团温差越大，锋面逆温越强或过渡区越窄，通过锋区时等温线弯折越厉害。

（3）等位温面随高度向冷区倾斜，与锋面倾斜方向一致，在绝热条件下雨锋面平行。

5、以密度的零级不连续面模拟锋面时，锋面附近气压场、风场和变压场的特征

气压场：

锋面两侧气压连续，密度不连续，气压梯度不连续：冷气团中气压梯度大于暖气团中气压梯度（锋面必须为物质面）

等压线过锋面有气旋性弯曲，锋面处等压线有折角，指向高压

水平风场：锋面附近风场具有气旋性切变，地面摩擦作用可使风向偏离等压线向低值区吹，并导致锋线附近强的风场辐合

垂直风场：暖锋附近风向随高度顺转；冷锋附近风向随高度逆转

变压场：空间各点气压随时间的变化在某位面上的分布情况

气压倾向方程：

右边第一项为地面以上整个气柱中密度平流（热力因子）：暖锋前地面减压，冷锋后地面加压；冷锋前暖锋后、静止锋附近变压不明显