第五章 2天气系统的运动学预报法
第五章：天气
分类： 分类：按形 成和热力结 构分为冷性 反气旋和暖 性反气旋 冷性反旋： 冷性反旋： 冷高压） （冷高压） 中高纬度大 陆冬半年最 多，寒潮天 气。
暖性反气旋： 暖高压）副热带高压洋面上。 暖性反气旋： （暖高压）副热带高压洋面上。
影响我国： 影响我国：西太平洋高压 （西太平洋高压脊） 西太平洋高压脊）
特点： 特点：
流场特点： 流场特点： 北半球摩擦层中， 北半球摩擦层中， 逆时针向内辐合 上升， 上升，多云雨天气
上升气流
地面
分类：
1、无锋面气旋 热带气旋； （1）热带气旋； 地方性气旋： （2）地方性气旋： （3）冷涡 锋面气旋： 2 、锋面气旋： 分为四个阶段 形成（波动）阶段： （1）形成（波动）阶段： 发展成熟阶段：（ ：（3 锢囚锋阶段：（ ：（4 （2）发展成熟阶段：（3）锢囚锋阶段：（4）消 亡阶段： 亡阶段：
分类： 分类：1 、形势预报和气象要素预报 2 、短、 中、 长、 超长期预报 预报方法： 天气图预报： 气象观测、 预报方法： 1 、天气图预报： （气象观测、
资料的传递和填图、天气分析与预报） 资料的传递和填图、天气分析与预报） 填图
数值预报： 2 、数值预报： 模式预报： 3、 模式预报：
天气预报影视
按气压形势： 按气压形势：高压 流场： 流场：气旋 温度：高温区 温度：
低压 反气旋
脊
槽
切变线 锋区
低温区
天气现象： 天气现象：雷暴 热带云团系统
气团： 一、气团 水平方向上
物理性质比较均匀而范围 较大的空气。 较大的空气。 物理性质：温度 湿度 和大气稳定度 物理性质： 范围： 范围： 水平：几百到几千公里。 水平：几百到几千公里。 垂直：几公里到十几公里。 垂直：几公里到十几公里。 同一气团内：物理性质变化很小。 同一气团内：物理性质变化很小。5-7度/1000KM 不同气团过渡带：10-15度/50不同气团过渡带：10-15度/50-100KM
天气预报的原理和方法
天气预报的历史沿革
看云识天气→根据物像来推测天气→ →单站预报→天气图预报→应用气
象卫星、天气雷达→用计算机进行天气 预报。
伴随着科技的不断进步，天气预报得 到了快速的发展。
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天气预报的种类:
按预报时效可大致分为： 临近预报(1～2 小时) 甚短期预报(2～12 小时) 短期预报(12～48 小时) 中期预报(3～10 天) 长期预报(10 天以上)等；
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风的预报：
考虑风的变化与气压系统及锋面 的关系、地形对风的影响、热力环流的 作用（如海陆风、山谷风等）。
一般将平均风速达到 6 级（10.8－ 13.8 米/秒）以上的风称为大风。它对 航运、渔业生产和军事活动影响很大， 所以大风预报是风的预报的重点。
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温度的预报
特别注意灾害性的气温（霜冻、持 续性的高温或低温）的预报 考虑因素：
一. 天气图
分为： 地面天气图 高空天气图 辅助图表
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图 9.1 地面天气图
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图 9.2 高空天气图
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高空天气图
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利用天气图并根据天气学原理可 以分析这些天气系统和天气区的变化 趋势，移动方向和速度。进而预报各天 气系统未来的位置，强度以及对各地天 气变化的影响。
天气形势预报是天气预报的基础
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1.天气形势预报： 大范围环流，高低气压系统（高
空的长波槽、脊和地面气旋、反气旋） 和锋面等的预报。
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在中纬度，天气形势预报包括：
西风带的强弱，位置的变化； 长波槽脊的强度和移动方向、速
度； 地面气旋、反气旋强度的变化和移
第五章 2天气系统的运动学预报法
b) 脊线 当 ，C>0，脊东进
<0:
当
，C<0，脊西退
所以槽线沿变压梯度方向移动，脊线沿变压升度方向移动 2）槽（脊）线的移动速度与变压梯（升）度成正比 与槽（脊）强度成反比。
三.气旋和反气旋中心的移动预报 气旋和反气旋中心的移动预报
1.移动公式 设高低压为椭圆，x轴为长轴，y轴为短轴 取运动坐标系原点随高、低压中心移动，移速为 则高、低压中心 ，
四、气压系统强度预报
由③式有
低压中心或槽线上出现负变压，系统加强；反之减弱 高压中心或脊线上出现正变压，系统加强；反之减弱
分别带入③式
∴
同理有
系统中心移速公式：
系统移动方向与x轴夹角
其中
，
为变压升度I沿x轴、y轴的分量，
为变压升度与x轴的夹角
2.预报规则 ①正圆形系统：
正圆形的高（低）压沿变压的升度（梯度）方向移 动，其移动速度与变压升度（梯度）成正比，与系统强 度成反比
②椭圆形系统：
椭圆形高压（低压）的移动方向介于变压升度 （梯度）与长轴之间，长轴越长，越接近于长轴，其 移动速度与变压升度（梯度）成正比，与系统强度成 反比。
dF δ F → → = + V − C ⋅∇F δt dt
——②
①－②得到：
=
——③
如果取x轴与系统移动方向一致， 线上某物理量为零
=0运动系统中的特性点，
则③式改写为
0=
——④
③ 、④式即为系统移动的运动学公式
二、槽脊线的移动预报
1、移动公式：取运动坐标系随槽脊线移动，x轴与运 动槽脊方向一致 则槽脊线上 ，
第二节
天气系统的运动学预报方法
166-演示文稿-天气系统的运动学预报法ppt
并取 X 轴与系统运动方向一致，则
系统移动
的运动学 公式
Cx
t
x
运动坐标系：水平面上，随着运动的
天 运
气 动
系统 的坐
相对 标系
于 。
地表 质点
以运V速动 度速C度C
做水 为
平
d dt
t
(V C )
（ 5. 2）
质点个别 变化
运动坐标 系中局地
变化
运动坐标 系平流变
化
天气系统 槽线 脊线 低压中心 高压中心 锋面
因：（
d dt
）固
（
d dt
）移
所以：（ 1 ）右端 = （ 2 ）右端 得运动坐标系与固定坐标系中局地变化的关系
t
t
C
运动坐标系：水平面上，随着运动的
天气 运动
d dt
系的统坐相标t对 系于。地质(V表点以运V速动 度速CC度C)做为
水平
（ ）
5.2
质点个别 变化
运动坐标 系中局地
变化
固定 ：
坐dd标t 系中
空气t运 动 质V点的 个别
变化
为
质点个别变 化
固定坐标系 中局地变化
固定坐标系 中平流变化
d dt
t
u
x
v
y
（ 5. 1 ））
空气运动质点的个别变化等于局地 变化与平流变化之和
固定坐标系：
（
d dt
）固
t
V
(1)
移动坐标系：
（
d dt
）移
t
（V
C)
(2)
（ 4 ）三小时变压和 24 小时变压（变 高）在运动学方法中的应用
数值天气预报第五章_原始方程模式
数值天气预报第五章_原始方程模式1.引言数值天气预报是指通过计算机模拟大气运动的数值模型，预测未来一段时间内的天气情况。
原始方程模式是数值天气预报的基本模型，它通过求解大气运动的基本方程，来模拟大气的运动和演化过程。
本章将介绍原始方程模式的基本原理和求解方法。
2.基本原理原始方程模式是基于大气运动的基本方程来描述大气的运动和演化过程的。
它包括连续性方程、动量方程、热力学方程和状态方程。
这些方程描述了大气中的质量、动量、能量和热力学状态的变化。
通过求解这些方程，可以得到未来一段时间内的大气状态，进而预报天气。
连续性方程描述了大气中质量的守恒关系，即质量在空间和时间上的变化率等于质量流入和流出的差值。
动量方程描述了质点在外力作用下的运动规律，包括质点的加速度和速度与质量和外力之间的关系。
热力学方程描述了大气中的能量变化规律，包括热量的传递、辐射和物理过程等。
状态方程描述了大气中热力学参数之间的关系，例如温度、压强和密度之间的关系。
3.求解方法求解原始方程模式需要使用数值方法，将连续的方程离散化为离散点上的方程，并通过迭代求解得到解。
求解方法包括有限差分法、有限元法和谱方法等。
有限差分法是最常用的求解原始方程模式的方法。
它将连续方程离散化成网格上的差分方程，然后通过迭代求解差分方程得到解。
差分方程的求解可以使用迭代算法，如雅可比迭代、高斯-赛德尔迭代和逐次迭代法等。
有限元法是一种将连续问题离散化为离散问题的方法。
它将连续方程离散化为有限数量的元素上的方程，然后通过迭代求解元素上的方程得到解。
有限元法适用于复杂的几何形状和不规则网格。
谱方法是一种基于特定函数的展开形式的方法。
它将连续方程以特定函数（如Trigonometric函数、Legendre多项式和Chebyshev多项式）为基函数展开，然后通过求解展开系数得到解。
谱方法适用于光滑的函数和边界条件。
4.模型评估在应用原始方程模式进行天气预报之前，需要对模型进行评估，以保证预报结果的可靠性和准确性。
天气形势的天气学预报方法
天气形势的天气学预报方法天气学预报方法是一种定性的、经验性的传统预报方法。
虽然，目前天气形势与气象要素预报已愈来愈依靠数值预报方法，但在很多情况下，特别是局地天气、航线天气等的预报中，天气学方法仍然是十分重要的方法。
下面简单介绍几种应用天气图进行天气形势预报的基本方法。
一、外推法根据最近一段时间内天气系统的移动速度和强度变化的规律，顺时外延，预报出系统未来的移动速度和强度变化，这种方法叫做外推法。
外推法又可分为两种情况：一种是等速外推。
等速外推就是假定系统的移动速度或强度变化基本上不随时间而改变，即与时间成直线关系，外推按这种规律进行，故等速外推又叫做直线外推；另一种是变速外推。
变速外推假定系统的移动速度或强度变化接近“匀变速”状态，即与时间成曲线关系，这时外推时要考虑它们的“变速”情况，故变速外推又叫做曲线外推。
直线外推只需要根据当时和上一时次的两张天气图即可进行，而曲线外推需要利用三张（或以上）天气图进行比较才能进行。
显然，曲线外推要比直线外推更全面些，但是由于实际天气过程的复杂性，曲线外推并不一定比直线外推更准确，因此，使用外推法时必须结合其他预报方法。
应用外推法可以对高、低压系统和槽、脊的移动和强度作出预报。
下面以闭合系统为例说明外推法的应用。
直线外推。
设12 h前低压中心位于点“1”(图11.2 (a))，其中心气压为1008 hPa，作预报时的低压中心位于点“2”，其中心气压为1006 hPa，加深了2 hPa，移动距离为S1。
按直线外推可以预报，12 h后该低压中心将移至点“3”，移动的距离S2=S1；中心气压将继续降低2 hPa，达1004 hPa。
曲线外推。
设24 h前低压中心的位置在点“1”(图11.2 (b))，中心气压为1 011 hPa；1 2 h前中心位置在点“2”，移动距离为S1，中心气压为1002 hPa，加深了9 hPa；作预报时的中心位置在点“3”，中心气压为995 hPa，过去12 h移向向左偏了一个角度，移动距离为S2，加深了7 hPa。
天气学原理讲稿ch
第五章天气形势及天气要素的预报天气形势是指大范围流场、气压场、温度场三度空间的分布形势。
它包含了大范围的环流及环流形势的各个天气系统。
天气形势预报：预报未来大范围的环流及环流形势的各个天气系统，具体的是各个天气系统的变天气要素是指晴、阴、雨、风力、风向、温度等要素。
天气要素预报是预报未来晴、阴、雨、风力、风向、温度等情况。
第一节天气系统及天气形势的天气学预报方法一天气系统的外推预报法外推法是指利用过去天气系统变化的强度、移动，外推未来系统变化的强度、移动。
图5.1闭合系统的外推图5.2槽线的外推图5.3槽线移速和强度的外推（一）闭合系统的外推法（二）高空槽脊的外推法（三）应用外推法时应注意的问题二天气系统的运动学预报法（变压法）（一）运动坐标系与固定坐标系中局地变化的关系1．运动学公式固定坐标系与运动坐标系局地转换公式：，其中表示对运动坐标系的局地变化，表示对固定坐标系的局地变化。
证明：= (5.1)（空气质点在固定坐标系个别变化）= + (5.2)（空气质点在运动坐标系中个别变化）=（空气质点个别变化不因坐标系的选择而发生变化）=+(5.3)天气系统基本特征辅助特征槽线脊线低压中心高压中心锋面（二）运动学方法预报气压系统的移动1. 假设条件在运动系统上，选取一些特定点或特定线，使得在这些点或线上一要素在运动坐标系中的局地变化为零，即，并取X轴与系统运动方向一致，则2. 槽脊线移动预报=++=0=00=+=或 = (5.6)其中表示瞬时变高沿系统移动方向变化率，- 为变高梯度，表示系统强度（等压面凹凸程度）。
A．在低压槽中图5.5因为槽线上 >0， ~-，若槽前负变高，槽后正变高（L<3000km），则- =，即 >0,槽线向变高梯度方向移动；相反，若槽前正变高，槽后负变高（L>3000km），则 <0，槽线向变高梯度方向移动。
B．在高压脊中图5.6因为脊线上 <0， ~ ，若脊前正变高，脊后负变高（L<3000km），则 =，即 >0，脊线向变高升度方向移动；相反，若脊前负变高，脊后正变高（L>3000km），则 <0,脊线向变高升度方向移动C. 结论ⅰ.槽（线）的移动方向是变高梯度的方向。
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
南京信息工程大学天气学原理第五单元知识点
知识点第五单元§5.1天气系统外推预报法1.天气预报的概念及其分类天气预报是根据气象观测资料，应用天气学、动力学、统计学的原理和方法，对某区域或某地点未来一定时段的天气状况做出定性或定量的预测。
天气预报包括天气形势预报和气象要素预报。
2.外推预报法的概念及其分类外推预报法是根据最近一段时间内天气系统的移动速度和强度变化规律，顺时外延，预报出天气系统未来的移动速度和强度变化。
外推预报法分为等速外推和加速外推两类。
3. 等速外推等速外推假定系统的移动速度和强度变化基本上不随时间改变，系统的移动距离或它的强度与时间成线性关系，外推依据这种线性关系进行。
因此，等速外推又称为直线外推。
4. 加速外推加速外推假定系统的移动速度和强度变化接近等加速状态。
这时，系统的移动距离或它的强度与时间成曲线关系，外推时要考虑加速情况。
因此，加速外推又称为曲线外推。
常见问题第五单元§5.1天气系统外推预报法1.天气形势预报和气象要素预报的区别和联系。
天气形势是指大范围流场、气压场、温度场三度空间的分布形势。
它包含了大范围的环流及环流形势的各个天气系统。
天气形势预报用以预报各种天气系统的生消、移动和强度变化。
气象要素预报，包括气压、气温、湿度、风、云量、降水量和能见度等气象要素的预报。
天气系统及天气形势预报是气象要素预报的基础。
2.等速外推和加速外推的比较两者都是外推法。
如果是等速外推，至少需要两个时次的数据，方可推知第三个时次系统的位置和强度。
而对于加速外推，则至少需要三个时次的数据，才可推知第四个时次系统的位置和强度。
3.外推法的注意事项大气运动需处于相对稳定的状态，天气系统的运动速度和强度变化通常是渐进的，且具有连续性，此时运用外推法做预报比较有效。
而当大气处于显著变动状态时，天气系统的运动速度和强度就会发生剧烈变化，或者大气运动由相对稳定状态转为显著变动状态时，就不能简单地应用外推法来做预报。
若属于外推预报法适用的情形，应用时仍要注意以下三点，1、系统位置和强度一定要定准确；2、已知数据各个时次的时间间隔不能过长；最后，外推时间不能过长。
第5章天气形势及天气要素的预报
~~ 变变 压 压
＞0 变压升度 < 0 变压梯度
＞0 低压槽
< 0 高压脊
变压在X方向上的变化率 等高线的弯曲程度
12
槽脊线移动预报规则
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（脊）线的移动速度与变压梯（升）度 成正比，与槽（脊）强度成反比。
13
2.气旋和反气旋中心的移动 ——定性预报规则
第五章 天气形势及天气要素的预报
1
重点
1. 应用外推法应注意的问题 2. 高空形势预报方程中相对涡度平流、地转
涡度平流、热成风涡度平流的作用 3. 引导气流 4. 地形和摩擦的作用
2
5.1 天气系统及天气形势的 天气学预报方法
3
一、天气系统的外推预报法
将天气系统过去的演变趋势外延以推测未来 的状况
35
地形在天气图应用 a. 气 旋 在山前是减弱的，山后是加强的
反气旋 在山前是加强的，山后是减弱的
36
b. 东亚气旋的源地均在高大山脉东侧
萨彦岭－阿尔泰山以东的蒙古中东部——蒙古气旋 青藏高原以东的河套地区——黄河气旋 南岭、武夷山以东地区——江淮气旋、南方气旋
30
3. 绝热变化项
R g
ln
Po P
d
①大气呈稳定状态
②大气不稳定状态
天气图上: 气旋发展条件：1）不稳定；2）上升运动；3）水气充沛
31
４.非绝热变化项
R ln Po 1 dQ g P CP dt
a)当 dQ 0 , T 0 , Ho 0
dt
t
t
非绝热加热，温度升高，地面气压下降——有利 于气旋发展
16
讨论——预报规则 1. 左端项：
天气学原理和方法--第5章--周雪松--整理
b) 天气模式与统计物理量相结合的预报方法。 37. 根据天气分析预报实践的总结，我国常见的大风有冷锋后偏北大风，高压后 部偏南大风，低压大风，以及台风大风和雷雨冰雹大风等。 38. 动力统计预报方法，包括完全预报方法（ PP 法）和模式输出统计方法（MOS 法）两种。 39. 一般的专家系统通常由以下五个部分构成：知识库，数据库，推理机，解释 部分，知识获取部分。
பைடு நூலகம்1. 地转涡度平流的作用： a) 对于偏南北向的槽（脊） ，地转涡度平流有使其向西移动的作用。
b) 对于偏东西向的槽（脊） ，地转涡度平流对槽脊的移动无明显作用。 c) 当槽（脊）线上为偏北气流时，有正的地转涡度平流，对涡度局地变化 有正的贡献， 因而使槽加深 （脊减弱） ； 反之， 在槽脊线上为偏南气流时， 槽将减弱（脊加强） 。 12. 相对涡度平流在自然坐标系中的表述如下：
概率统计学处理，给出在统计意义上的定量关系的统计模式。 33. 一般将平均风速达到 6 级（10.8-13.8 米/秒）以上的风，成为大风。 34. 预报冷锋后偏北大风是，主要应分析锋后的冷空气活动。具体从以下几个方 面进行： a) 利用高空图分析冷平流的分布和强度；
b) 利用地面图分析三小时边压得分布和强度。 35. 低压大风即低压发展加深时一般在低压周围气压梯度最大地区出现的大风。 在我国经常出现大风的低压系统有东北低压、江淮气旋、东海气旋等。 36. 大风的预报方法主要有： a) 从形势预报入手的方法；
天气学原理和方法 第 5 章
1. 在天气系统的外推预报法中，推法分为两种情况：等速外推（支线外推）和 加速外推（曲线外推） 。 2. 空气质点的个别变化在运动坐标系中可展开为：
d (V C ) ，其中 dt t
天气学原理和方法(1-5)
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。
2．日常中，等压线等高线近似为流线，不能当作轨迹线
第六节热成风
一．定义
定义
a.上下两层地转风的矢量差，称为这两层之间的热成风
b.地转风随高度的变化，称为热成风
图1.8 热成风
二．表达式
表达式
向量形式
分量形式为：
三．推导
根据定义
厚度公式代入得：
(1.96)
四．讨论
1． 适用围：中高纬度、大尺度系统、北半球
2． 大小：
a． 与纬度成反比，与等厚度线的疏密成正比
b． 与纬度、等压面差距、温度有关
3． 方向
热成风沿气层的等厚度线吹，背风而立，厚度高的在右
五．实用意义
1． 条件：大尺度、中高纬度、北半球
2． 如果地转风随高度逆转，则气层间有冷平流；如果地转风随高度 顺转，则气层间有暖平流。
实际风随高度逆转，则气层温度降低；实际风随高度顺转，则气层温度升高
在中高纬度多采用斜压大气
在低纬度多采用正压大气
第七节地转偏差
一．地转偏差的定义
实际风与地转风的矢量差称为地转偏差
图1.10 地转偏差
很小，但很重要：
《天气学原理》复习重点(下)
Char3 气旋与反气旋1、气旋（反气旋）是占有三度空间的，在同一高度上中心气压低（高）于四周的流场中的涡旋。
气旋在北半球逆（顺）时针旋转，在南半球相反。
温带的气旋和反气旋冬季强于夏季，海上的气旋强于陆上的，陆上的反气旋强于海上的。
气旋按地理分为热带气旋和温带气旋；按热力结构分为锋面气旋和无锋气旋反气旋地理分为极地、温带和副热带反气旋；按热力结构分为冷性和暖性反气旋2、涡度方程涡度：表示流体质块的旋转程度和旋转方向∂ ξ /∂ t >0表示气旋性涡度增加，反气旋性涡度减小∂ ξ /∂ t <0表示反气旋性涡度增加，气旋性涡度减小涡度倾侧项：由于垂直速度在水平方向分布不均匀，引起涡度的变化水平无辐散大气中绝对涡度守恒。
位势涡度守恒解释气柱上山下山强度变化：气柱上山，H 减小，辐散，f 不变，则气旋性涡度减小，反气旋性涡度增大；气柱变短，为了保持位势涡度守恒，正涡度减小，有正变高，所以槽和低压减弱，脊和高压增强；青藏高原（第五章）：上（下）山，气柱缩短（伸长），为了保证整层大气的不可压缩性，必伴有水平辐散（合），同时在水平地转偏向力作用下，反气旋（气旋）涡度生成，则气旋性涡度减小，反气旋性涡度增大；考虑准地转运动有等压面高度升高（降低），低值系统（高空槽、低中心）减弱（加强），高值系统（高空脊、高中心）加强（减弱）。
3、位势倾向方程（1）地转风绝对涡度平流可分为地转涡度的地转风平流和相对涡度的地转风平流 解释槽脊移动：波长<3000km 的短波，以相对涡度平流为主槽前脊后：正相对涡度平流，有负变高；槽后脊前：负相对涡度平流，有正变高槽线、脊线：相对涡度平流为0，等压面高度没有变化，槽脊不会发展，而是向前移动。
物理解释：槽前脊后借助西南风将正相对涡度大的向小的方向输送，使得其固定点正相对涡度增加，在地转偏向力作用下伴随水平辐散，气柱质量减少，地面减压，有负变压中心，地面辐合，这样高空辐散，地面辐合，有上升运动，上升绝热冷却，气柱收缩，高层等压面高度降低，有负变高；相反，槽后脊前引起高层等压面高度增加，槽线处变高为零，所以，槽无加深减弱，向东，即向前移动。
《天气学原理》课程教学大纲
《天气学原理》课程教学大纲课程名称：天气学原理英文名称：Principle of Synoptic Meteorology学分：4 总学时：57 理论学时：46 实验（上机）学时：11适用专业：大气科学一、课程的性质、目的天气学原理是研究不同尺度的天气系统和天气现象发生发展及其变化的基本规律，并利用这些规律来预测未来天气的科学。
该课程是大气科学专业本科生的重要专业基础课程和主干课之一，属于专业核心课程。
该课程侧重理论教学，主要介绍天气学的经典理论：大气运动的基本特征、锋面理论、气旋与反气旋、大气环流概况、天气系统和天气形势的天气学预报方法。
通过本课程的学习使学生掌握天气学预报的基本原理、基本概念和基本分析方法。
二、教学基本要求通过学习“天气学原理”课程，学生应掌握天气学预报的基本原理和基本概念，掌握天气系统多维结构的建立，以及天气学理论和具体天气过程、天气系统的相互融合，掌握天气学预报的基本分析方法，具有推导基本方程和公式的能力，初步做到利用天气学原理的知识解释和分析基本天气事实，并为后续专业课程的学习和今后的业务与科研工作奠定坚实的理论基础。
三、课程教学基本内容第1章大气运动的基本特征1、教学内容1.1旋转坐标系运动方程及作用力分析熟练掌握大气运动各作用力含义、表达式及理解它的物理意义。
1.2控制大气运动的基本定律理解个别变化、局地变化、平流变化含义，熟练掌握质量散度（质量通量散度）含义、表达式及其物理意义。
1.3大气尺度系统的控制方程理解尺度分析含义、掌握在自由大气中大尺度系统运动，可以作为准地转、准静力处理，理解热力学能量方程中引起固定点温度变化的因子。
1.4“P”系统中的基本方程组掌握P坐标系的优越性，掌握位势、位势高度、位势米、几何米概念，理解等高面上水平气压梯度力可以用等压面上位势梯度或等压面坡度表示。
1.5风场和气压场的关系熟练掌握地转风、梯度风、热成风、地转偏差含义、表达式及有关讨论，并会应用。
天气学第5章
1、什么是外推预报法？天气分析的实践证明，天气过程的发展在一定时间间隔内常具有连续性，所以可以把天气系统过去的演变趋势外延到以后一段时间，以推测天气形势的未来变化,这种方法称为外推预报法。
预报各种天气系统及其强度变化均可用外推法,一种是假设系统的移动速度或强度变化基本上不随时间而改变,系统的发展变化与时间成线性关系,称为等速外推;另一种是假设系统的移速或强度的变化接近“等加速”状态，其移速和强度与时间成曲线关系，称为加速外推.2、运动学预报法：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为运动学方法，其实质也是外推法3、槽线或脊线移动规律:P2104、低压或高压移动规律：p2125、高空形势预报方程:由涡度平流和热成风涡度平流决定1）地转涡度度平流的讨论：p2172）相对涡度平流的讨论：疏密项，散合项（主导作用）、曲率项,引出槽脊发展的定性规则(p219-221)3）热成风涡度平流：如冷舌落后高度槽，槽中有正的热成风涡度平流，槽将发展。
脊中有负热成风涡度平流,脊将加强。
反之，槽（脊)减弱6、地面形势预报方程：1）平均层的高度变化决定（包括涡度平流和热成风涡度平流）2）平均冷暖平流项：冷平流，地面加压；暖平流,地面减压引出引导气流：使气旋、反气旋向前移动；地面系统中心是沿热成风方向移动的，速度大小与热成风相等。
地面低压中心移动比引导气流偏右,反气旋比引导气流偏左。
3）垂直运动产生的温度绝热变化项:稳定大气中：上升运动对反气旋发展有利，而对气旋发展不利；下沉运动对气旋发展有利,而对反气旋发展不利。
不稳定大气中：有凝结现象发生，上升运动有利于气旋的发展.该因子不是气旋发生、发展的主要因子，只是在气旋形成后起作用4)非绝热变化的影响及相关现象解释：p223非绝热作用对锋面气旋的形成不起重要作用，而对冷高压、热低压的形成则是主要因子.7、在下图中，用地面形势预报方程中，平均层以下到地面稳定度变化项解释温 带气旋变化⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+Γ-Γ+∇⋅--∂∂=∂∂dt dQ c T V p p R t H t H p d 1)(ln 8.900ω温带气旋上空若稳定，借助其上升运动，上升绝热膨胀冷却此气柱收缩，气旋包括其近地面气层等压面抬升,温带气旋加压，抑制此气旋加深发展。
天气学第五章(丁)
系统移动的两条定性规则
a.圆形高(低压)中心的移动方向与变压升度 （梯度）方向一致，高压中心向变压升度方 向移动，低压中心向变压梯度方向移动
b.椭圆形的高压中心移向界于长轴与 变压升度之间方向 椭圆形的低压中心移向界于长轴与变 压梯度之间方向
高低压系统移动的两条定性规则
•正圆形低压(高压）中心沿变压梯度（升度） 方向移动 •椭圆形的高压（低压）中心移向界于长轴 与变压升度（梯度）之间方向，长轴越长， 越接近于长轴 •高低压系统移动速度与变压升度（梯度） 成正比，与系统中心强度成反比
系统移动的 运动学公式
t Cx x
天气系统
基本特征
H 0 x
H 0 x
槽线
脊线 低压中心 高压中心 锋面
2H 0 x 2 2H 0 x 2
p p 0, 0 x y p p 0, 0 x y
2 p 2 p 0, 0 x 2 y 2 2 p 2 p 0, 0 x 2 y 2
2
P xt
2
P 2 x
2
P P C y x 2 I y x 2 tg 2 2 tg Cx P I x P 2 2 y y
2 2
对于圆形高低压中心
P P , 2 2 x y
2 2
对于椭圆形高压中心
P P 2 0, 2 y x
3.应用外推法应注意的问题
a.大气运动处于相对稳定状态时外推法 比较有效。而天气系统处于变化比较剧 烈时，不可简单使用外推法。 b.使用时尽量将系统的位置和强度定准 确，外推时间不能过长，即图次时间间 隔不能过长
二、天气系统的运动学预报方法（变压法） 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，来预报系统未来的移动 和变化的方法。
天气形势及天气要素的预报
d
1
CP
dQ
dt
◦ 1000hPa等压面的高度H0的变化，由四项决定：
1. 平均层高度的变化 2. 平均冷暖平流 3. 垂直运动产生的温度绝热变化
4. 非绝热项
27
二、讨论——地面预报规则 1.平均层高度变化项
当
高空正涡度平流区（涡度平流+热成风涡度平流） 有利于地面气压下降——有利于地面气旋发展
2. 预报规则 气 旋——摩擦上升运动随高度减小，产生水平
辐散，气旋性涡度减小——气旋减弱 反气旋——摩擦下沉运动随高度减小，产生水平
辐合，气旋性涡度增加——反气旋减弱
38
九、天气学预报的方法和思路 （一）形势预报规则
◦ 五流：
◦ 涡度平流、热成风涡度平流、冷暖平流、引导气流和平均气流
◦ 三变：
◦ 变压、变高、变温
40
1、等速外推
2、加速外推
5
（二）高空槽脊的外推法
1、移动外推 ——分段外推
2、强度外推 ——等高线振幅
6
（三）应用外推法时应注意的问 题
1、在天气形势稳定的时候可用外推 2、在天气出现转折时不可用 3、外推的时间是短期的，长期不能用
7
二、天气系统的运动学预报法 （变压法）
◦ 利用变压、变高的分布特点，通过运动学公式，预测系统未来的移动的 变化
变压在X方向上的变化率 等高线的弯曲程度
12
槽脊线移动预报规则
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（脊）线的移动速度与变压梯（升）度成正比，与槽（脊）强度成
反比。
13
2.气旋和反气旋中心的移动 ——定性预报规则
1. 正圆形的高压（低压）沿变压的升度（梯度）方向移动
天气学-天气形势预报方法
2.下列表达式中各项意义是什么?
dA
A
(V
C)
A
dt t
3.根据运动学方法如何判断槽(脊),低(高)压的位置和强度的 变化?
4.涡度变化与高度变化有何关系?
5.怎样在高空天气图上判断涡度变化?
6.对称槽(脊的位置和强度怎样变化?
7.不对称槽(脊的位置和强度怎样变化?
8. 怎样在地面天气图上判断天气系统的变 化?
当/t=0时,有
(V C)
V
t
t
C
t t
t t Cx x
Cx
t
x
P 0 x
2P x 2
0
2P
C
xt 2P
x2
p 0, p 0 x y
2 p x2
0,
2 p y 2
0
p
D
Cx
x t 2 p
x 2
p
Cy
y t 2 p
y 2
C C2x C2y
2P
x, y,z
u
A x
v
A y
w
A
z
t
A
V A
t x, y,z
A t
V2
2
A
w
A z
d
A
A
V
A
dt t
dA
A
(V
C)
A
dt t
dA
A
V
A
t=t0
dt t
dA
A
(V
C
)
A
dt t
(V
C)
V
t
t
C
t t
/t
对运动坐标来说是局地变化
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分别带入③式
∴
同理有
系统中心移速公式：
系统移动方向与x轴夹角
其中 ， 为变压升度I沿x轴、y轴的分量，
为变压升度与x轴的夹角
2.预报规则 ①正圆形系统：
正圆形的高（低）压沿变压的升度（梯度）方向移 动，其移动速度与变压升度（梯度）成正比，与系统强 度成反比
②椭圆形系统：
椭圆形高压（低压）的移动方向介于变压升度 （梯度）与长轴之间，长轴越长，越接近于长轴，其 移动速度与变压升度（梯度）成正比，与系统强度成 反比。
于运动坐标系的移速为（
V
-
C
）
dF dt
F t
V
C
F
——②
①－②得到： =
——③
如果取x轴与系统移动方向一致， =0运动系统中的特性点， 线上某物理量为零
则③式改写为 0 =
③ 、④式即为系统移动的运动学公式
——④
二、槽脊线的移动预报
1、移动公式：取运动坐标系随槽脊线移动，x轴与运 动槽脊方
当
，C>0，脊东进
当
，C<0，脊西退
所以槽线沿变压梯度方向移动，脊线沿变压升度方向移动
2）槽（脊）线的移动速度与变压梯（升）度成正比 与槽（脊）强度成反比。
三.气旋和反气旋中心的移动预报
1.移动公式 设高低压为椭圆，x轴为长轴，y轴为短轴
取运动坐标系原点随高、低压中心移动，移速为
则槽脊线上
，
带入③式 得到
——⑤ 槽脊线移速公式
P t
~~ 变变 压 压
＞0 变压升度 < 0 变压梯度
＞0 低压槽
< 0 高压脊
变压在X方向上的变化率 等高线的弯曲程度
2、预报规则 1）槽脊线移动方向
a) 槽线
>0 :
当
, 槽前的变压 >0,槽后 <0，C <0槽西退
当
,槽前的变压 < 0,槽后 >0 ,C >0槽东进
四、气压系统强度预报
由③式有
低压中心或槽线上出现负变压，系统加强；反之减弱 高压中心或脊线上出现正变压，系统加强；反之减弱
第二节 天气系统的运动学预报方法
运动学法——利用变压、变高的分布特点，通过运动学公 式，预测系统未来的移动的变化
一、系统移动的运动学公式
取固定坐标系——固定于地表，以速度
V
运动的质点
dF F V F
dt t
———①
取运动坐标系——随天气系统移动，设天气系统移
动速度为
C
，空气质点移速为
V
空气质点相对