第五章 天气形势及天气要素的预报

F F c F t t
在运动系统上选取一些特征 点或特性线，使得在这些点 上物理量的局地变化为零。 则这些点的运动速度可用下 式表达
Hale Waihona Puke C t xx运动坐标随着槽脊线一起移 动，在槽脊线上总有
p 0 x
用运动学方法预报气压系统的移动
槽（脊）线的移动速度
• 气旋反气旋中心的移动 • 系统中心移速C可分解为Cx和Cy
2P C x xt 2P x 2
P Cy 2x tg 2 tg Cx P 2 y
2
I为变压升度
y
2P yt Cy 2 P y 2
I C
x
θ为系统中心移动方向与x 轴（长轴）的夹角。 β为变 压升度与x轴的夹角。 当系统为正圆时θ=β
2P C xt 2P x 2
分子：变压升度 分母：槽脊的凹凸程度 对低压槽，槽前变高大于槽后 变高，槽后退。槽前变高小于 槽后变高，槽前进。 对高压脊，脊前变高大于脊后 变高，脊前进。脊前变高小于 脊后变高，脊后退。
大 小
变压 小
变压 p 大 t
• 两条定性规则： • 1 槽线沿变压梯度方向移动，脊线沿变压升 度方向移动。 • 2 槽线的移动速度与变压梯度成正比，与槽 的强度成反比。即在变压梯度相同的情况 下，强槽比弱槽移动的慢。
运动学方法
• 利用气压系统过去移动和变化所造成的变 高（或变压）的分布特点，通过运动学公 式，预报系统未来移动和变化的方法。
运动学方法
• 1、变压法 • 变压法常用来预报地面气压系统的变化。 通常用3小时变压和24小时变压。
运动学方法
• 1）气压系统移动的预报 • 任意变量F在固定坐标和运动坐标中局地变 化的关系式为
• 散合项
当气旋性 Ks 曲率时
0
2H Ks sn
H 0 t H 0 t H 0 t
H 0 t
等高线沿气流方向散开 时，风速减少，曲率不 变，正曲率涡度平流
H 0 t
2H Ks ~ 0 sn H 因 0 n
所以
H 9.8 H 2 H H K s 2 H [ (Ks ) t fm0 n sn n s s n 2 h 2h h K 's 2 h 0.6 ( K 's )] n' s' n ' n ' s ' s ' n '2
5 用运动学方法预报时应注意之点
• 1 运动学方法本质仍是外推法，只能用于大 气运动处于相对稳定状态的时候。 • 2 使用3小时变压，必须消除日变化。 • 3 运动学方法中的系统移速没有考虑系统的 加速度。实际工作中，加强的系统减速。 • 4 如果应用气压变化的动力学原理，求得天 气图上的瞬间气压变化，仍可应用运动学公 式，估计系统未来的发生、发展和移动。
Af V f v
对短波，相对涡度平流 比地转涡度平流大的多。
在槽线上有偏北气 流，对涡度局地变 化有正贡献，使槽 加深。
相对涡度平流定性分析
相对涡度随时 间的变化
A V 在自然坐标系中 s
g t
Ag 0.6 AT
相对涡度平流
H 9.8 H 2 H H K s 2 H [ (Ks ) 2 t fm0 n sn n s s n h 2h h K 's 2 h 0.6 ( K 's ' ' '2 )] ' ' n' s' n n s s n
热成风涡度平流
h为1000-500hPa的厚度,s’,n’分别为沿等厚度线切线和 法线方向的单位矢量,K’s为等厚度线的曲率. 在锋区和等高线密集区涡度平流和热成风涡度平流有较大值。
H 9.8 H 2 H H K s 2 H [ (Ks ) 相对涡度平流有3部分组成 2 t fm0 n sn n s s n h 2h h K 's 2 h 0.6 ( K 's ' ' '2 )] ' ' n' s' n n s s n
三、高空天气形势预报
• 高空形势是天气过程的背景，直接影响天 气系统的运动和发展，并导致大范围的天 气变化。 • 方法：利用基本方程，估计瞬时的高度场 或涡度场的变化，而后应用运动学规则， 估计天气系统的发生、发展和移动。
高空形势预报的基本方程
• 对无辐散层有
V ( f ) t dh ( f ) 0 dt
β
θ
气压系统中心的移动
• 正圆形高压系统的移动方向与变压升度方向一致。 同理，正圆形低压系统的移动方向与变压梯度方 向一致。 2P 2P • 当系统为椭圆形高压时: 0
y 2 x 2 2P tg x 2 2 1 tg P y 2
高压中心移动方向介于变压升度与长轴之间，长轴愈长，θ 比β小得更多，高压愈接近于长轴方向移动。
二 形势预报的基本原理和方法
• 一、外推法 • 分两种情况：一种是假定系统的移动速度和强度 变化基本上不随时间而改变，这时系统的移动距 离或强度变化与时间成线性关系，这种外推叫做 直线外推或等速外推。另一种是假定系统的移动 速度或强度变化接近“等加速”状态，这时系统 的移动距离或强度变化与时间成曲线关系，外推 时要考虑其“加速”情况，故叫做曲线外推或加 速外推。
• 3 用运动学方法预报气 压系统的发展 在低压和高压中心
P P P C 2 P t t t
所以，高、低压中心 气压的局地变化就表 示了系统中心气压的 变化，近似可以看作 是强度的变化。
同样，在槽（脊）线 上，取x轴与槽（脊） 线垂直，并指向气流 的下游，有：
P P t t
低
2H 0 2 n
B
在AB之间的区域，A点有正 切变涡度，B点有负切变涡 度， 疏密项:等高线向高压一侧密集
n
A
切变涡度沿
2H 0 气流方向的变化 s n 2
因而
H 0 t
H 0 2 n
2
高
H 9.8 H 2 H H K s 2H [ (Ks ) 2 t fm0 n sn n s s n h 2h h K 's 2h 0.6 ( K 's ' ' )] ' ' '2 n' s' n n s s n
在此层上，只有涡度的转移而无涡度的生成或消失，因此不能预报天 气系统的强烈发展。并且与温度无关，是正压的。 中纬度的天气发展与大气斜压性密切有关。考虑斜压涡度方程：
V ( f ) 0.6VT T t g Vg ( g f ) 0.6VT T t
外推法
• 1、高低压系统的外推 • 先看等速外推的情况，因这时假定系统的 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两张图即可进行。
2、高空槽、脊的外推
外推法
• 应用外推法时应注意以下几点： • 1）外推法主要用于天气系统呈相对静止的状态， 由于静止只是相对的，天气系统的运动状态也就 会或多或少的发生着变化。 • 2）所用资料的时间间隔不宜过长。 • 3）气压系统的中心位置和中心数值要尽量定准确。 • 4）注意气压日变化的影响。
9.8 H m0 t f t
平均层上的涡度局地变化是由该层 涡度平流及热成风涡度平流所决定 的。
可将涡度局地变化与高 度局地变化联系起来。
涡度平流和热成风涡度 平流的定性判断 地转涡度平流定性分析
V ( f ) 0.6VT T t
南风时为负的地转 涡度平流。 北风时为正的地转 涡度平流。 对南北向槽，地转 涡度平流有使其向 西运动的趋势。对 东西向槽的移动无 明显作用。
同理，低压中心移动方向介于变压梯度与长轴之间， 长轴愈长，低压愈接近于长轴方向移动。
两条定性规测： 正圆形的低压（高压）沿变压梯度（升度）方向移 动，移动速度与变压梯度（升度）成正比，与系 统中心强度成反比。 椭圆形的高压（低压）移动方向介于变压升度（梯 度）与长轴之间，长轴愈长，愈接近于长轴。移 动速度与变压升度（梯度）成正比，与系统中心 强度成反比。
• 因大气经常处于斜压状态，所以还必须考 虑斜压的作用。 • 以热成风涡度平流表示大气的斜压性:当冷 槽落后与高度槽，在槽中有正涡度平流， 槽将发展。 H-1
T-1 H0 T0 单用涡度平流槽脊 都不发展，考虑了 热成风涡度平流， 槽将加深。
四 地面天气形势预报
• 地面天气预报的基本 方程
1000hPa等压 面高度
第五章 天气形势及天气要素的预报
5.1 天气系统及天气形势的天气学 预报方法(定性的、经验性的）
一 概述
• 天气预报是把三维空间的形势——高空和 地面，有机地配合起来，根据高、低空系 统的相互联系和相互关系，较为正确地分 析天气系统变化的趋势，综合判断未来天 气的变化，作出预报。
• 1 天气系统的外推预报法 当大气运动处于相对稳定的状态时，天气系统的运动速 度和强度变化通常是渐近的，且具有连续性，用外推 法比较有效，但当大气处于显著改变状态时，就不能 用简单外推。 • 2天气系统的运动学预报法（变压法） 利用气压系统过去移动和变化所造成的变高（或变压） 的分布特点通过运动学公式，来预报系统未来的移动 和变化的方法称运动学方法。 但是如果动力学方法分析所得的变高带入运动学公式， 运动学公式就有了动力学的意义。
平均层等压面 高度
H 0 H R P0 1 dQ ln [V T (d ) ] t t 9.8 P c p dt
地面（1000hPa）的高度变化由四项因子决定： 1 平均层高度变化，其中包括涡度平流和热成风涡 度平流两部分。2 平均冷暖平流，冷平流时，地面 加压。3 垂直运动产生的温度绝热变化项。稳定层 结，上升运动时，绝热膨胀降温，厚度缩小，地 面加压。4 非绝热变化项。加热时，温度局地升高， 1000hPa等压面降低，局地减压。