天气学原理
天气学原理
1、站在转动的地球上观测单位质量空气所受到力有哪些？各作用力定义、表达式及意义如何？
2、地转偏向力与水平地转偏向力有何相同与不同？
3、柯氏力是怎样产生的，与速度的关系如何，南北半球有何区别
4、惯性离心力是如何产生的，如无地球自转，此力存在否？
5、重力方向如何？与等高面是否垂直？海平面上重力如何？
6、解释 ， ， 含义
7、大尺度系统运动遵循什么规律？
8、等位势面与等高面哪一个是水平面？为什么？
9、解释由什么会引起固定点温度变化？
10、“p”坐标系优越性表现在何处？
11、在北半球大尺度系统运动中，做逆（顺）时针旋转，为什么对应是低（高）压中心？
12、在北半球大尺度系统运动中，气压场有低（高）中心存在，周围风为什么是逆（顺）时针旋转？
13、正压大气、斜压大气含义是什么？热成风为什么会发生在斜压大气中？
14、地转偏差重要性表现在何处？解释摩擦层和自由大气中地转偏差物理意义
15、在讨论地转偏差时，反映在自由大气中的低层和高层各以什么为主？
16、解释处在高空槽前脊后这块区域高低层辐合辐散情况（要求用地转偏差概念解释）
17、说明在自由大气中某个气层中，当风随高度增加呈逆时针旋转，该气层有冷平流，当风随高度增加呈顺时针旋转，该气层有暖平流
18、为什么可以看到有很强的低压发展（如台风和气旋），而高压不能发展很强
19、地转偏差对水平速度散度及垂直运动有何作用
∇⋅-V t ∂∂dt d。
天气学原理-第一章
气压梯度力的讨论：
1.气压梯度力是由气压分布不均匀引起的。
2.气压压指G梯向 度 低力压Px的，x方垂yy向直z z指于向等–压1 线P的。方 向1 ，Px即i由 高Py
j
P z
k
3.气压梯度力的大小与气压梯度成正比，与空 气密度成反比，即等压线越密集，气压梯度 越大。 在同样的气压梯度下，高处的风就比低处 的风大，因为高空的密度小。
3.关于静力学方程，连续方程，热力学方程的方程式 和意义；速度散度的表达式和意义
4.大气运动系统的分类与尺度 5.地转风、梯度风、热成风的定义、表达式、意义 6.热成风与冷暖平流的关系 7.中纬度系统的温压场结构特点 8.地转偏差的定义 9.摩擦层中、自由大气中的地转偏差的概念、表达式和意义
0
1
p y
f u
0
1
p g z
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大尺度运动系统的特征(中高纬):
1.准水平
ω→0
2.准静力平衡
3.准地转
地转偏向力与气压梯度力相平衡
4.自由大气
F→0
40
第4节 “P”坐标系中的基本方程组
P坐标系的运动方程
z坐标系：(x，y，z，t)来表示空间点的位置 p坐标系：(x，y，p，t)来表示空间点的位置
3、地转风风速大小与水平气压梯度成正比，等压线越密 集，地转风越大；与纬度成反比，相同的水平气压梯 度力，高纬风小，低纬风大。风速相同，在低纬的等 高线应比高纬的等高线分析得稀疏些。
4、
地转风散度为零
51
5、地转平衡只能看成是一种近似关系，绝对的地转 平衡并不存在。
天气学原理
天气学原理概述：天气学是研究大气现象和天气变化规律的一门科学。
它通过观测、实验和数学模型等方法，探索大气运动、热力学和水循环等因素对天气的影响。
天气学原理是天气学的基础，它涉及到大气的组成、结构、运动和能量传递等方面的知识。
一、大气的组成大气主要由氮气、氧气和少量的稀有气体组成。
其中，氮气占78%，氧气占21%，其他气体如氩气、二氧化碳等占1%左右。
这些气体的比例对于维持地球的气候和天气起着重要作用。
二、大气的结构大气可以分为不同的层次，从地球表面向上分别是对流层、平流层、中间层、热层和外层。
对流层是最接近地球的一层，其中发生了大部分的天气现象。
平流层以上的层次则较为稳定，很少发生天气变化。
三、大气的运动大气的运动是天气变化的重要因素。
大气通过对流、辐射和地球自转等方式进行运动。
其中，对流是主要的运动形式，通过热对流和冷对流的交替，形成了气压系统、风和降水等现象。
四、大气的能量传递大气中的能量主要来自太阳辐射。
太阳辐射进入大气后，一部分被地表吸收，一部分被大气层吸收或反射。
地表和大气层吸收的能量会引起温度的变化，从而影响着天气的产生和发展。
五、水循环与天气水循环是天气变化的重要机制之一。
当太阳辐射使水面蒸发后，水蒸气会上升到高空，形成云和降水。
降水又可以补充地表的水资源，维持生态系统的平衡。
水循环的变化会导致天气的多变，如降水量的增减和云量的变化等。
六、气象观测和预报天气学使用气象观测和预报技术来研究和预测天气变化。
气象观测通过测量气温、湿度、气压、风速和降水等参数来获取大气状态的信息。
而气象预报则利用观测数据和数值模型等方法，对未来天气进行推测和预测。
七、天气系统和气候带天气系统是指由气压系统、风和降水等要素组成的大气系统。
它们在全球范围内形成了不同的气候带，如赤道气候带、温带和寒带等。
这些气候带的存在使得地球上各地的天气具有一定的规律性和区别。
八、天气与人类活动天气对人类的生活和活动有着重要的影响。
天气学原理
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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
对天气学原理的认识和理解
对天气学原理的认识和理解天气学是研究大气的运动和变化规律，以及它们与地球其他部分之间的相互作用的科学学科。
它主要关注天气系统的发展和演变，以及不同因素对天气现象的影响。
天气学的研究范围涵盖了大气的成分和结构、气候变化、天气现象的观测和预测等方面。
以下是我对天气学原理的理解：1. 大气组成与结构：大气由气体、悬浮颗粒物、水汽等组成。
根据气体成分的不同，大气分为对流层、平流层和对流层顶部的平流层等层次。
不同层次的大气对太阳辐射、温度分布等具有不同的影响。
2. 大气运动：大气中的运动是天气变化的关键因素之一。
温度和压力的差异引起了空气的运动，形成了风。
风的产生和变化影响了气象系统的运动和演变，并对天气现象产生重要影响。
3. 热力学原理：热力学原理是解释气象现象的基础。
温度和压力是热力学原理的关键概念。
热传递机制如辐射、传导和对流，以及热平衡条件在大气中起着重要作用。
热力学原理帮助解释了温度、湿度、压强等气象要素的相互作用以及它们对天气变化的影响。
4. 水汽的循环：水汽是大气中重要的水分来源，也是天气现象的重要驱动力。
水汽的循环包括蒸发、凝结和降水等过程。
在大气中发生的这些过程对云的形成、降水的分布等天气现象产生重要影响。
5. 大气层的辐射平衡：太阳辐射是地球上大气和气候系统的主要能量来源。
大气反射、吸收和辐射这些能量，形成了辐射平衡。
辐射平衡的不稳定与变化是天气变化的重要原因。
6. 气象观测和预测：天气学依赖于对各种气象要素的观测和监测。
气象观测站点和卫星等技术手段提供了大量的气象数据。
通过对这些数据的分析和处理，天气学家可以预测天气变化，帮助人们做出合理的气象决策。
以上只是我对天气学原理的基本理解和认识，尽管涉及了一些关键概念和过程，但天气学作为一门复杂的学科，仍有很多深入和复杂的内容需要进一步学习和研究。
天气学对于人们的日常生活和各行各业都有重要的影响，了解天气学原理有助于我们更好地理解和适应天气变化。
科学天气变化原理
科学天气变化原理天气变化是我们日常生活中经常遇到的现象。
从晴朗的天空到阴雨连绵的日子，天气的变化给我们的生活带来了很大的影响。
那么，科学天气变化的原理是什么呢？一、大气环流系统的作用天气变化主要是由大气环流系统的运动导致的。
大气环流系统是指全球范围内的大气运动模式，包括赤道附近的低气压带、中纬度地区的高低气压带以及两极地区的气旋和反气旋。
这些气压带和气旋系统的形成和变化直接影响着地面上的天气变化。
在赤道附近的低气压带，热空气上升形成热带雨林和赤道降水带。
而在中纬度地区的高气压带，冷空气下沉形成沙漠和荒漠地区。
当这些气压带和气旋系统发生移动或变化时，就会导致冷暖空气的交汇和相互作用，从而引发天气的变化。
二、地理位置的影响地理位置也是影响天气变化的一个重要因素。
不同的地理位置有不同的气候类型，气候类型的差异直接决定了该地区的天气变化。
比如，在赤道附近的地区，气候湿热，常年高温多雨；而在两极地区，气候寒冷，长时间都是冰雪覆盖。
此外，地形对天气变化也有一定的影响。
地形的海陆分布、山脉的位置和高度等都会对气流的流动产生阻挡或引导作用，从而影响天气系统的形成和发展。
比如，山脉会形成垂直上升的气流，导致气流的抬升和降水的形成。
三、气象要素的相互作用天气的变化是多种气象要素相互作用结果的体现。
气象要素包括温度、湿度、气压、风速、云量等。
这些气象要素不断发生变化，相互影响和制约，从而导致不同的天气形态出现。
例如，温度是天气变化最为直观和明显的体现之一。
当冷空气和暖空气相遇时，由于温度差异引起的空气运动会导致气象现象的变化，如雨、雪、冰雹等。
四、人类活动的影响现代社会的工业化和城市化进程对天气变化也产生了一定的影响。
大量的工业排放和交通运输所产生的废气、废水以及垃圾等污染物质，会破坏大气层的稳定性，加剧了气候变化，导致极端天气频发。
此外，人类活动还引起了大片森林的砍伐和土地的垦殖，使得植被的破坏和土地的改变，也会对天气变化产生一定的影响。
天气形成的原理
天气形成的原理
天气的形成是由大气层中的空气运动和水汽含量改变所引起的。
气候系统中的主要驱动因素包括太阳的辐射、地球的自转和倾斜、海洋的热量传送以及地球表面的地形。
太阳的能量在地球上的不同地区和不同季节中分布不均匀，这导致了不同地区之间的温度差异，进而产生了气压差。
气压差会引起空气的水平运动，形成气流。
在低压区，空气会上升，形成云和降水；而在高压区，空气则下沉，形成晴朗的天气。
此外，地球的自转和倾斜也对天气产生影响。
地球的自转使得大气层中的空气受到离心力的作用，从而形成了各种尺度的气旋和高压系统。
地球倾斜也导致了季节变化，当太阳的辐射在地球不同的斜面上射入时，会引起温度变化，进而影响天气的形成和变化。
海洋的热量传送对气候起到重要的调节作用。
海洋表面的水蒸汽会升华成为水汽，然后在大气层中形成云和降水。
海洋和大气之间的热量交换会影响到大气中的温度和湿度分布，从而改变天气的形成和变化。
地球表面的地形也会对天气产生影响。
地形的高低差异会导致空气的上升和下沉运动，从而产生云和降水。
山脉会阻挡气流的通过，形成风的背风面和迎风面的差异。
这些地形特征都会影响到降水分布和气候类型。
综上所述，天气的形成是由各种因素相互作用的结果。
太阳的
辐射、地球的自转和倾斜、海洋的热量传送以及地球表面的地形都对天气起着重要作用，它们共同决定了大气中的温度、湿度和气压分布，从而影响到天气的形成和变化。
科普天气学了解天气背后的科学原理
科普天气学了解天气背后的科学原理天气是我们日常生活中非常重要的一部分，它直接影响着我们的穿着、活动和出行。
然而，天气并非只是简单的晴雨预报，背后隐藏着许多科学原理。
本文将为您科普天气学，了解天气背后的科学原理。
一、大气压力与气压系统天气的变化与大气中的气压密切相关。
气压是指单位面积上气体对于所在面的垂直作用力。
通过气压的分布，我们可以了解天气系统的形态与发展。
1. 高压系统高压系统指的是大气中气压较高的区域。
在高压系统中，空气向四周辐散，使天气晴朗、干燥。
通常，高压天气为晴天或少云天气，空气稳定，降水几率较低。
2. 低压系统低压系统指的是大气中气压较低的区域。
在低压系统中，空气会由周围辐合向中心聚集，导致云量增多、天气多变。
低压天气通常伴随着云朵、风雨等天气现象。
二、湿度与降水湿度是指空气中所含水蒸气的含量，是天气预报中常重要的气象要素。
湿度的变化直接影响着降水的形成与发展。
1. 饱和与凝结当空气中的湿度达到一定饱和程度时，水蒸气会凝结成液态水或固态水。
冷却是导致水蒸气凝结的主要原因，例如空气的快速升高和冷却会形成云朵。
云朵进一步凝结形成水滴，当水滴足够大时，就会降落成雨、雪或雾等天气形式。
2. 相对湿度与露点温度相对湿度是指实际水蒸气含量与饱和水蒸气含量之间的比值，以百分比表示。
当相对湿度达到100%时，空气饱和，凝结就会发生。
而露点温度是指当空气冷却到饱和时的温度，是气温下降到露点温度时会出现露水、雾或冰霜的临界点。
三、气候与气象天气和气候是两个不同的概念，它们之间存在着密切的联系。
1. 天气天气是指短时间内大气的状态变化，通常是一天或几天的时间范围内。
天气的变化受到许多因素的影响，包括气压系统、湿度、风向风速等。
2. 气候气候是指长时间内特定地区的气象条件的统计结果。
气候的研究需要考虑长时间尺度上的气象数据，并结合地理环境、海洋等其他因素。
气候也受到许多因素的影响，包括纬度、海洋环流、地形等。
天气预报的科学原理
天气预报的科学原理天气预报是指根据气象学原理和气象观测数据，通过分析和推算，预测未来一段时间内的天气情况。
它是现代社会中非常重要的一项服务，对于人们的生活、农业、交通、航空等方面都有着重要的影响。
那么，天气预报的科学原理是什么呢？一、气象学原理天气预报的科学基础是气象学，它研究大气的物理、化学和动力学过程，以及大气与地球其他部分的相互作用。
气象学的发展使得我们能够更好地理解和预测天气现象。
1. 大气的组成和结构大气主要由氮气、氧气、水蒸气、二氧化碳等组成，其中水蒸气是天气变化的重要因素。
大气分为对流层和平流层两个主要部分，对流层是天气活动最为剧烈的区域。
2. 大气的运动和循环大气中存在着各种尺度的运动，从微观的涡旋到宏观的风系统。
这些运动形成了大气的循环，如地转风、季风、锋面等。
通过研究大气的运动和循环，可以预测天气的变化趋势。
3. 大气中的能量交换太阳辐射是地球上大气和地表能量的主要来源，它通过辐射、传导和对流等方式与大气和地表相互作用。
这种能量交换影响着大气的温度、湿度和压强等参数，从而影响天气的形成和变化。
二、气象观测数据天气预报需要依靠大量的气象观测数据，包括气温、湿度、气压、风向、风速、降水量等。
这些数据通过气象观测站、卫星、雷达等设备进行采集和传输。
1. 气象观测站气象观测站是进行气象观测的基本单位，它们分布在全球各地，通过测量仪器记录气象要素的数值。
观测站的数据是天气预报的重要数据来源。
2. 卫星观测气象卫星可以提供全球范围内的气象观测数据，包括云图、水汽图、温度图等。
这些数据对于预测大范围天气系统的移动和发展非常重要。
3. 雷达观测气象雷达可以探测降水、风暴等天气现象，提供高时空分辨率的观测数据。
这些数据对于短时降水和强对流天气的预报非常有帮助。
三、天气预报方法天气预报的方法主要包括经验预报、数值模式预报和统计预报。
1. 经验预报经验预报是基于气象学家的经验和观察，结合历史气象数据进行预测。
天气学原理
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、磨擦力( 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 ) 磨擦力：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浮现加速度，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 ；惟独在做相对运动时 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：大气中垂直运动普通比较小，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，于是近似有Ax=2 Ωv 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。
天气学原理和方法
天气学原理和方法天气学是研究大气的运动和变化规律，预测和分析天气现象的一门科学。
它利用物理学、化学、地理学等多个学科的知识，结合气象观测数据和数值模型，以及统计和数学方法，来解释和预测天气变化。
天气学的研究对象是大气，大气是地球上固体地壳和液态海洋的表面围绕地球所形成的气体包围层。
大气包含了空气、水蒸汽、尘埃等多种组分。
天气学主要研究大气中的气压、气温、湿度、风力、降水等要素的变化和相互关系。
天气现象是大气要素变化的集中体现，如暴雨、强风、雷电等。
天气现象是天气学研究的重要内容，通过对天气现象的观测、分析和归纳，可以找出它们的规律和特点，为天气预测提供依据。
天气学的研究方法主要包括气象观测、实验与模拟、数值预报等。
气象观测是天气学研究的基础，通过对气象要素的实时观测，可以了解大气的变化和发展趋势。
气象观测包括对气压、温度、湿度、风力、降水等要素的观测。
观测站点通常配备各种观测仪器和设备，如气压计、温度计、湿度计、风速仪等，用于记录和测量气象要素。
实验与模拟是天气学研究的重要手段之一、通过在实验室中对大气中的各种要素进行控制和模拟，可以研究其变化规律。
实验室实验可以控制较好的条件，有利于深入研究一些特定的天气现象。
模拟是利用计算机模型对大气进行数值模拟，通过模拟大气中各个要素的运动和相互作用，来预测天气变化。
数值预报是天气学研究的重要方法之一，它利用气象观测数据、数值模型和统计方法，通过计算机的运算来预测未来一段时间内的天气变化。
数值预报的基本原理是根据大气运动方程和热力学原理，通过对大气中各个要素的变化进行数学计算和模拟，来预测未来的天气情况。
在进行天气预报和分析时，还需要结合统计和数学方法来处理观测数据、优化模型参数和提高预报准确率。
统计方法可以通过对历史观测数据的分析和处理，来找出天气变化的规律和趋势。
数学方法可以通过建立数学模型，对大气中的运动和变化进行数学描述和计算，从而预测未来的天气变化。
天气学原理
1、 什么是零级近似和一级近似？写出零级近似和一级近似的运动方程？答：零级：只保留方程中数量级最大的各项，其他各项都忽略不计。
方程:fv x p +∂∂-=ρ10fu y p -∂∂-=ρ10 g z p-∂∂-=ρ10一级：除保留方程中数量级最大的各项外，还保留比最大项小一个量级的各项，而将最小项略去不计。
方程：fv x p dt du +∂∂-=ρ1fu y p dt dv -∂∂-=ρ1g z p -∂∂-=ρ102.什么是地转风？梯度风？热成风？地转偏差风？写出表达式（p53）答：地转风：地转偏向力和气压梯度力平衡时的空气水平运动。
梯度风：在没有或不考虑摩擦力时，气压梯度力、地转偏向力和惯性力心力三力平衡时的风。
热成风：地转风随高度的改变量称为热成风。
地转偏差风：实际风与地转风之差称为地转偏差风。
地转风：⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧∂∂=∂∂-=x p fv y p fu ρρ11 梯度风：f T f fV n p R V -∂∂--=ρ102热成风：1021ln p p g Rz z =-地转偏差风：g V V D -=3.在北半球大尺度系统运动中，做逆（顺）时针旋转，为什么对应是低（高）压中心？答：顺时针旋转对应高压中心，逆时针旋转对应低压中心。
证明：风顺时针旋转，水平地转偏向力指向速度的右侧，惯性离心力也指向速度的左侧，惯性离心力为小量，为使三力平衡，水平气压梯度力必定指向速度的左侧，因为水平气压梯度力有高压指向低压，所以中心气压最高，为高压；风逆时针旋转，水平地转偏向力指向速度的右侧，惯性离心力也指向速度的右侧，为使三力平衡，水平气压梯度力必定指向速度的左侧，因为水平气压梯度力有高压指向低压，所以中心气压最低，为低压。
4. 什么是气团？如何分类的？（p62）什么是锋？如何分类？（p67）锋面坡度主要取决于什么因素？ 气团：气象要素分布比较均匀的大范围的空气团。
(1) 地理分类：冰洋气团、极地气团、热带气团、赤道气团；(2) 热力分类：冷气团和暖气团；锋：气团角度考虑，指密度不同的两个气团之间的过渡区。
天气学原理
天气学原理天气是指大气中各种气象要素在一定时间和空间上的状态和变化。
天气学是研究天气现象及其规律的科学，它的研究对象包括气温、气压、湿度、风向、风速、降水等多种气象要素。
天气学的研究不仅对人们的日常生活有很大影响，也对农业、工业、交通、航空、海洋等方面的发展起到重要作用。
天气学的研究基于一些基本原理，其中最重要的是热力学原理。
热力学原理认为，大气中的气象要素变化是由于能量的传递和转化所引起的。
太阳辐射是地球上的主要能量来源，它使得地球表面受热，产生了地面的辐射和对流运动。
地面受热后，会向周围的空气传递能量，导致空气密度变化，形成气压差。
气压差会引起风的产生，风会带来天气的变化。
因此，热力学原理是解释天气现象的重要依据。
另一个重要的原理是水汽的存在和转化。
水汽是地球上大气中最重要的气象要素之一，它与云、雨、雪等天气现象密切相关。
水汽的存在使得空气中的湿度发生变化，当湿度达到一定程度时，水汽会凝结成云、雾等形态，形成降水。
降水的形式有雨、雪、冰雹等，它们的形成与温度、湿度、气压等因素密切相关。
水汽的存在和转化是天气学研究的重要内容之一。
天气学中还有其他一些重要原理，如辐射平衡原理、动力学原理、地球自转和公转等。
辐射平衡原理认为，地球表面吸收的太阳辐射和地球表面向外辐射的热量应保持平衡，否则会引起气温的变化。
动力学原理研究大气中的运动规律，包括水平风、垂直风等运动形式。
地球自转和公转是天气现象的重要原因，它们导致地球表面受不同纬度的太阳辐射不均匀，从而形成了不同地区的气候和季节变化。
天气学原理的研究对于天气预报和气候变化的研究具有重要意义。
天气预报是根据天气学原理和气象观测数据进行的，通过分析气象要素的变化规律，可以预测未来的天气情况。
气候变化研究则是通过长期观测和数据分析，了解气候在不同时间尺度上的变化规律，从而预测未来的气候趋势。
天气学原理是研究天气现象及其规律的基础，它涉及热力学、水汽转化、辐射平衡、动力学等多个方面的知识。
天气学原理
天气学原理基础一、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 不变，指向地心。
（3）摩擦力：单位质量空气受到的净粘滞力 一般只在行星边界层（摩擦层）考虑摩擦作用，自由大气中则忽略摩擦作用。
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地转偏向力(科氏力）：观测者站在旋转地球上观测单位质量空气块运动，发现在北半球有一个向右偏的力，在南半球向左偏的力。
称此力为地转偏向力，又名科氏力。
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：在纬圈平面内；只改变气块运动方向，不改变其速度大小；在北半球，地转偏向力指向运动方向右侧，在南半球，地转偏向力指向运动方向左侧；地转偏向力的大小与相对速度成正比重力：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，极地最大重力是垂直方向上的，而大气运动是准水平的；科氏力始终垂直于速度方向，故只改变方向，不作功；所以，引起大气运动的最重要作用是：由于压力分布不均匀而产生的压力梯度力（热力作用引起的）。
3、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4、地转风地转风是自由大气中水平气压梯度力和地转偏向力相平衡时的空气的水平运动。
风沿等压线（等高线、等位势线）吹，背风而立低压在左高压在右地转风性质：1）地转关系是在无摩擦，不考虑加速度和垂直方向的地转偏向力的情况下近似成立的赤道上（φ=0）水平地转偏向力为零，地转风不存在2）地转风的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，低压在左高压在右，南半球，背风而立，低压在右高压在左（风压定律）4）地转风速大小与纬度成反比，但在赤道上=0地转平衡不成立。
天气学原理 慕课
天气学原理
天气学原理是研究大气中天气变化规律的科学。
以下是一些天气学原理的详细讲解：
- 地转偏差：
- 摩擦层中的地转偏差指向摩擦力方向的右侧，且与其垂直。
- 自由大气中，地转偏差垂直于加速度方向，并指向加速度方向的左侧。
- D1为气压的局地变化，造成风的局地变化所引起的地转偏差，为变压风。
常用等三小时变压表示。
- D2等高线的辐合辐散或者等高线的弯曲所造成的平流加速度引起的地转偏差，分为法向地转偏差和切向地转偏差。
法向地转偏差又称为横向地转偏差，用等高线的辐合辐散来表示；切向地转偏差又称为纵向地转偏差，用等高线的曲率来表示。
- D3是由对流加速度引起的地转偏差。
上升运动时，指向温度梯度的方向；下沉运动时，指向温度升度的方向。
天气学原理-第一章
大气科学发展的几个阶段 第一阶段：1820-1920，分析地面天气图 简单外 推预测天气 第二阶段：1920-1940，挪威学派V.Bjerknes “锋 面理论与气旋波动理论” 第三阶段：1940-1960，芝加哥学派 Rossby “大 气长波理论“ 第四阶段：1960-现在 产生多门学科来预测天气
科氏力： 2V
cosj sin k
j k
2V 0 2 cos 2 sin u v w 2V 2v sin w cos i 2V fv fw i fuj fuk ~ 其中： f 2 sin , f 2 cos
u v w d 0 dt x y x
V 称为质量通量散度，表示单位体积
的流体质量通量。 V 0 表示控制体元有净流体质量流出， t 0 控制体元内流体密度则减小， V 0 表示控制体元有净流体质量流 t 0 入，控制体元内流体密度则减小，
第一章 天气学理论基础
大气运动方程 大气连续方程 大气热力学方程 大尺度大气运动方程组 P坐标系中的基本方程组 小结
§1.1 大气运动方程
d a va Fi 牛顿运动第二定律： m dt i
（适用条件：惯性坐标系，绝对坐标系）
旋转坐标系（相对坐标系）：固定于地球表面，
1010cos10sin1010101010rxryducos1010101010rzscalesvw垂直运动方程的尺度分析零级简化方程最大项fvdtfudt准地转地转偏向力与气压梯度力相平衡dwdt三大尺度系统的连续方程ln1010101010dtdpdtdt10101010102871004101010kmdz大尺度系统的局地温度变化主要是温度平流垂直运动引起的绝热变化以及非绝热变化大尺度运动满足静力平衡关系是建立p坐标系的物理基础气压随高度严格单调减少气压和高度有一一对应关系z坐标p坐标一位势与位势高度z坐标系
天气学原理与方法
F ma
力 真实力(基本力,牛顿力，在空间固定、绝对坐标 系中): 气压梯度力、地心引力、摩擦力 非真实力（视示力、外观力，在旋转坐标系中）： 惯性离心力、地转偏向力
一、基本作用力（真实力）
1. 气压梯度力
气压梯度力
当气压分布不均匀时，单位质量气块上受到的 净压力称为气压梯度力
单位质量空气的气压梯度力
• 一. 地转风
• 零级近似
1 p 0 fv x 1 p 0 fu y 1 p 0 g z
f 2 sin
-(1/) ▽p
低压
Vg
高压
A
du z g ( ) p fv dt x dv z g ( ) p fu dt y z 0 g ( ) p fv x z 0 g ( ) p fv x z z fu g ( ) p ( ) p , fv g ( ) p y y x
特征值或特征尺度：表示特定类型的运动 （如大尺度运动或中小尺度运动）的空间范 围和时间区间的物理量或其他特性的一种尺 度。
（2）用特征值比较方程中各项的大小 例：
3.大气运动系统的分类
行星尺 度
大尺度（天气尺度） 中尺度
对流或小尺度
104km 103km
102km
10km
4.大尺度系统的各场变量的特征尺度
变压风
---
+
思考题
1.什么是零级近似和一级近似? 2.写出零级近似和一级近似的方程组。 3.什么叫位势、位势米、位势高度？ 4.写出个别变化、局地变化、平流变化的P坐标与Z坐标转换关系。 5.写出P坐标系的基本方程。 6.什么是自然坐标？写出自然坐标水平运动方程。 7.什么是地转风？它有哪些基本性质？写出表达式。 8.什么是梯度风？它有哪些基本性质？写出表达式。 9.什么是热成风？它有哪些基本性质？写出表达式。 10.什么是偏差风？它有哪些基本性质？写出表达式。 11.地转偏差是哪些原因造成的？什么是变压风、法向和切向地 转偏差？
天气学原理和方法
天气学原理和方法第一章大气运动的基本特征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、地转偏向力的向量表达式？? ? ? A ? ?2? ? V 6、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。
（3）在北半球，地转偏向力 A 在V 的右侧，南半球，地转偏向力A 在V 的左侧。
（4）地转偏向力的大小与相对速度的大小成比例。
当V=0 时，地转偏向力消失。
7、连续方程的表达式：P19 ?? ?t ? ? ? ( ?V ) ? 0 1 8、尺度分析是针对某类运动估计基本方程各项量级的一种简便方法。
通过尺度分析，保留大项，略去小项，可以使方程得到简化。
9、气象学中的静力方程表达式？P26 0?? 1 ?p ?g ? ?z 10、什么是重力位势？P28 单位质量的物体从海平面上升到高度Z 克服重力所作的功。
位势的单位是焦耳/千克。
11、为什么应用等压面图比用等高面图要方便？P30 因为在等高面上计算水平气压梯度力时，只知道气压梯度还不够，还必须知道该处的空气密度才能计算，而在等压面上计算时，只要根据等位势线计算位势梯度即可，不必考虑密度的大小，所以用高空各层等压面上的位势梯度就可以比较各层上的水平气压梯度力的大小。
而用等高面时，则各层的水平气压梯度力就不能作简单的比较。
因此，应用等压面图比用等高面图要方便得多。
12、什么是地转风？在水平方向上满足地转偏向力和气压梯度力平衡的风称为地转风。
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1.什么是气团?气团有哪些分类?①气团是指气象要素水平分布比较均匀的大范围空气团.同一气团内垂直气象要素、天气现象几乎相同。
气团水平尺度~1000Km，垂直速度~10Km。
②按地理位置分类：北极气团、极地气团（大陆和海洋）、热带气团（大陆性和海洋性之分）、赤道气团；按热力差异分类：根据气团温度和气团所经过的下跌面温度对比分为暖起团、冷气团。
2.什么是锋面，锋面的类型？①锋区：密度不同的两个气团之间的过渡带（主要变现为温度的不同）。
在天气图上表现为等温线密集（即温度水平大而窄的区域）。
锋面：在天气图上由于比例尺小，锋区的宽度表示不出来，可把它看成是空间的一个面，即为锋面。
②A.根据锋在移动过程中冷暖气团所占的主次位置，可分为：冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚锋。
（准静止锋：当冷暖气团势力相当时，锋面的移动十分缓慢或相对静止）B.根据锋的伸展高度可将锋分为：地面锋（地层峰）、高空锋（高空对流层锋）C.根据锋面两侧气团的来源的地理位置不同可分为：冷洋锋、极锋和赤道锋（热带锋）。
3.什么是零级不连续面和一级不连续面？什么又是物质面？锋是冷暖气团之间的过渡带，由于锋区的宽度与长度相比很小，在比例尺很小的天气图上，这个过渡带显得极为狭窄，而在其两侧的气象要素有很大的差异，因此，将锋面两侧的气象要素的分布看成是不连续的，在天气图上可把锋面看成不连续面，分为零级不连续面、一级不连续面。
A.零级不连续面：气象要素本身不连续形成的过度面；B.一级不连续面：气象要素本身连续，而它的一介空间导数不连续形成的过渡带；C.物质面：由相同空气质点组成的不连续面。
5.以密度零级不连续面模拟锋面时锋面附近气象要素分布特征?A.温度场和位温场:①锋区内水平温度梯度大(等温线密集),走向与地面锋线基本平行②锋区内垂直速度梯度小,有时有逆温或等温③等温线密集,等压面上水平温度梯度方向与水平位温梯度方向与水平位温方向一致,绝热条件下方向与锋面平行.B.气压场:①等压线通过锋面时呈气旋式弯折,且折角指向高压②锋线一般位于地面气压槽内③锋面两侧气压连续,气压梯度不连续C.风场:①不考虑摩擦,认为满足地转关系,则:锋面附近的风场具有气旋式切变,在有摩擦的地方更为明显②由热成风,锋区内存在较大的风速垂直切变,热成风大③在冷锋附近有冷平流,所以自下而上穿越锋区,水平风向随高度增加呈逆时针旋转;在暖锋附近有暖平流所以自上而下穿越锋区，水平风向随高度增加呈顺时针旋转，热成风很大，但无明显平流时可能为静止锋④3km以上当等温线与等高线趋于重合时，风速随高度有很大增加，在地面锋的上空，可出现大风速区，甚至可以出现急流。
D.变压场：①一般说在冷锋锋后有三小时的正变压，而冷锋前气压变化不大②相反在暖区的锋前有三小时负变压，而暖锋后的气压变化不大③对于锢囚锋来说，锢囚锋前多为三小时的负变压，而锢囚锋后多为三小时的正变压④准静止锋，由于其移动性较小，所以它附近的气压变化较小。
E.湿度场：锋面两侧露点温度差异显著。
6.锋面坡主要取决于什么因素？封面坡度公式：tgα=f/g*T m*ΔV g/ΔT①如果其他因子不变，锋面坡度随纬度增高而增大（赤道地区无锋面）②锋面坡度与锋两侧的温度差ΔT呈反比③当锋面两侧平行于锋面的地转风速差（ΔV=0时），锋面不存在④锋面坡度是与两气团的风速差成正比而与温度差成反比，但实际上，温度差增大时，风速差也增大，二者相互抵消，总的来说对锋面坡度影响不大。
7.何为锋生和锋消？影响锋生的因子有哪些？锋生：一般指密度或温度不连续形成的一种过程，或者是指已有一条锋面存在，梯度增大的过程。
锋消是指与锋生相反的过程。
影响锋生的因子有：①非绝热加热②垂直运动作用③水平运动复合④水平变形场的作用8.什么是锋面气旋？与热带气旋有何区别？①气旋中有锋面的气旋叫锋面气旋，锋面气旋的温度场是不对称的，表现为斜压性。
低压中心随高度向冷区倾斜，移动性大，而且是带来云和降水的主要天气系统：热带气旋是形成在热带或副热带洋面上，具有暖中心结构的强烈气旋性地面环流的非锋面性天气系统，伴有狂风暴雨，造成受影响地区严重灾害。
是无锋面气旋。
温度场分布基本是对称的②相同点：同为天气尺度系统，均为地面低压系统；风绕中心逆转带来大风降雨等天气。
不同点为：热带气旋锋面气旋 能量来源 下跌面暖洋面及潜热释放水平温度梯度（斜压能） 垂直结构 暖心结构，台风强度随高度递减，地面的低压到高空变为高压 强度随高度增加，中纬度气旋上空的西侧往往对应冷的高空低压或槽中心 往往有眼区，且气流下沉 一般无眼区，且中心气流上升 强风 最大的风在近地面 最强的风出现在高空急流处天气图上 热带气旋等压线更近环形，风更强，梯度更大，尺寸较小 等压线非规则环形，风较小，但水平尺度较大性质 无锋面 有锋面8.掌握涡度方程、w 方程和位势倾向方程（每项物理意义）⑴涡度方程为：d(ξ+f)/dt=-(ξ+f)()+各项物理意义：①散度项-(ξ+f)*D ξ>0时，水平辐散使气旋性涡度减小，水平辐和使气旋性涡度增大;ξ<0时，水平辐散使反气旋性涡度减小，水平辐合使反气旋性涡度增大②扭曲项：风垂直运动在水平方向不均匀分布引起的涡度变化③相对涡度平流：)(y v x u ∂∂+∂∂-ζζ相对涡度平流在水平方向分布不均匀时，如：沿气流方向相对涡度减小，则有正涡度平流，造成局地涡度增加，>0(槽前脊后)。
反之沿气流方向相对涡度增加，则有负的涡度平流，④地转涡度平流：-V*▼f.吹南风时，气块的f 增大，造成局地相对涡度减小，有负的涡度平流；吹北风时，气块f 减小，造成局地相对涡度增大，有负的涡度平流⑤涡度的垂直输送：-w 。
当垂直方向涡度分布不均时，如：相对涡度随高度减小，且有有上升运动时，局地涡度将增加;有下沉运动时，局地涡度减小。
⑵w 方程为：(σ▽2 + f 2∂2／∂p 2)ω= - f(∂／∂p)[-Vg •▽(f +ζg)] -▽2 [Vg •▽ (∂Φ／∂p)] - R /pC p •▽2 dQ/dt ①涡度平流随高度的变化项：-w ∝-f()[-Vg*▼(f+ξg )]。
地面低压中心附近涡度平流很小，而在其上空高空槽前为正涡度平流，并且正涡度平流在对流层高层达到最大，于是在这个地区涡度平流随高度增加，有上升运动，促使气旋发展；反之，地面高压中心附近涡度平流很小，而在其上空高空槽后为负涡度平流，于是在这一地区涡度平流随高度减弱，有下沉运动。
②厚度平流项：-▼2[Vg*▼()]∝Vg*▼()=-R/P*V*▼T 为冷平流区，有下沉运动；在地面低压中心之前，高压中心之后，高空脊上，地砖风随高度顺转，为暖平流，有上升运动③非绝热加热：-▼2dQ/dt ∝dQ/dt 。
dQ/dt>0加热区有上升运动w<0; dQ/dt<0冷却区下沉运动w>0;非绝热变化中，潜热对气旋发展影响最大。
降水越大，该作用越强⑶位势倾向方程为：（▼2+f 2/σ*）=-fVg*▼(f+ξg)+f 2/σ(-Vg*▼)-f 2R/C P P σ**dQ/dt ①地转风的绝对涡度平流项，可以分为两部分-fVg*▼(f+ξg)=- Vg*▼f- Vg*▼ξgA.地砖涡度平流：- Vg*▼f 。
长波主要考虑▼f>▼ξg ，则维度效应更重要，槽前有负涡度平流，使高度升高；槽后有正涡度平流，高度下降，故槽脊西行，系统移动与基本气流相反B.相对涡度平流：- Vg*▼ξg 。
短波地转风绝对涡度平流的强弱取决于地转风相对涡度平流。
槽前脊后等亚面高度降低（正涡度平流）；槽后脊前等亚面高度升高（负涡度平流）。
槽线和脊线上- Vg*ξg=0，涡度平流为零，等亚面高度没有变化，因此涡度平流使槽脊移动②厚度平流（温度平流）随高度变化项——槽脊发展：- Vg*▼（）=R/pVg ▼T 暖平流区Vg ▼T<0，当暖平流随高度减弱（随气压增强）时，（-Vg*▼()）<0,则等压面升高>0; 冷平流区Vg ▼T>0,当冷平流随高度减弱（随气压增强）时，即底层冷平流强，高层冷平流减弱时，（-Vg*▼()）>,则等压面降低 <0③非绝热加热随高度的变化项，非绝热加热随高度减小时，等压面升高，反(y v x u ∂∂+∂∂-ζζ之降低。
9.能用上式解释温带气旋的发展。
温带气旋主要是在锋区上发展起来的，有很大的斜压性，在其发展过程中温度场落后于气压场，在此种温压场配置下，气旋的发展过程为：①高空槽前脊后在：即地面低压上空的地区有正涡度平流。
由涡度方程，气旋性涡度应增加，导致流场域气压场不适应，在地转偏向力作用下产生气流辐散，由质量守恒低压气流产生上升运动，产生辐合，地面低压加强。
故高空槽前正涡度平流使地面气旋发展，使高空系统移动②高空槽前脊后：负涡度平流，反气旋性涡度增加，在地转偏向力作用力下产生辐合，由位势倾向方程和w方程，高空等亚面上升，产生下沉运动，底层气压增大，产生反气旋式辐散，故高空负涡度平流使地面反气旋发展，使高空系统移动③高空槽区：槽区下部为冷平流，由位势倾向方程和w方程，高空等亚面下降，高空槽加深，在气压梯度力下产生高空辐合气流，有下沉运动使地面加压，产生底层反气旋辐散，故冷平流使高空槽发展（加深），使地面系统向前移动④高空脊区：下部为暖平流，高空等亚面上升，气柱内有上升运动，使地面减压，产生气旋式辐合，故暖平流使高空脊加强，使地面系统向前移动。
综上可知：动力因子使地面系统发展，高空系统移动（涡度平流作用）;热力因子使地面系统移动，高空系统发展（温度平流作用）10.锋面过山，在山脉的迎风面和背风面会发生怎样的变化？从地形对锋生锋消的作用方面考虑。
⑴①锋面迎风面上升时，受密度差异和地形的影响，锋面将抬升，处在高空槽前的暖空气抬升速度大于槽后冷空气，由上升运动引起的空气绝热冷却在暖空气中比冷空气更甚，所以锋面两侧温差减小，产生锋消②冷锋从背风坡下降时，锋面下沉，且冷锋后的冷空气下沉比锋前暖空气更甚，下沉绝热增温在冷空气中比暖空气大，所以锋面两侧的温差减小，产生锋消③冷锋过山：当冷锋移动和它平行的山脉时，正对山脉的一段锋受阻而停滞，当山脉绵延很长很大时，可在迎风面形成地形准静止锋；当冷空气厚度超过山的高度时可越过山前进，若冷空气较薄或山较高时，受阻的冷锋段不能过山，此时绕过山的两段冷锋相遇可形成地形固囚锋，把暖空气抬举于山区上。
在迎风面，风移速减慢，坡度增大，锋面加强，锋前暖空气受挤上升，云发展，降水旺盛。
背风面，气流下降，云层消散，降水区变窄⑵暖锋过山：迎风面，锋后冷空气中出现云，同时锋上暖空气上升加强，云层增厚，降水加强。
背风坡天气晴朗，云消雨散。