高等天气学
高等天气学_历年博士考题详解
3. 低空急流；（2001 春）
对流层下部离地面 1-4km 层中的强风带；其中心风速一般大于 12m/s，最大可达 30m/s；短者仅 数百公里，长者可达数千公里。北半球低空急流一般为偏南或西南气流，多出现在副热带高压的 西侧或北侧边缘，但有台风移动到副热带高压西南侧时，也可出现东南来向的低空急流。低空急 流的风速具有明显的超地转特征，急流区域水平温度分布比较均匀，低空急流的左侧主要是上升 气流，而右侧是下沉气流。
18. CISK；（2002 秋，2004 秋）
第二类条件不稳定（CISK）是促进热带气旋形成和发展的一种正反馈机制。具体地：在热带对 流层中下部经常处于条件不稳定的情况下，当低空出现气旋型环流时，会因摩擦作用造成边界层 内的辐合，从而使水汽通过边界层顶向上输送，水汽凝结释放潜热使气柱中心变暖。这时地面气 压下降，气旋型环流加强促使摩擦辐合进一步加大，从而向上输送的水汽量增加，继续释放凝结 潜热加热对流层中下部，致使地面气压继续下降，气旋型环流进一步加强……如此循环往复，构 成使热带气旋发生发展的正反馈机制。
14. 上游效应；（2002 春）
亦称能量频散，西风带上游某地区长波系统发生某种显著变化之后，逐步影响到下游环流形势， 使之也发生转折性的变化。上游效应实际上是一种波动能量的传播现象，波动振幅的大小表示波 动能量的强弱。上游波动的发展是能量增大的表现，这种现象逐步向下游传播，使下游的长波也 随之加强，即能量增大，所以下游槽脊的发展能量可以被认为是从上游传播而来。
9. 大气长波（罗斯贝波）；（2001 秋，2003 秋）
大气长波亦称罗斯贝波（Rossby Wave），指在对流层中上层，气压场或流场中出现的一种波长 为 5000-6000km 的波动。大气长波是由于 β 效应所产生的，其周期约 2-3 天，在北半球纬向波 数约为 3-5。在正压、无辐散的情况下，大气长波的相速度为：
高等天气学第六讲
第二类气旋发生发展的启动机制主要在高空。气旋发生发展 时具有如下几个特点：（1）当高空槽（其前部有强涡度平 流）在低层暖平流区（或近于没有冷平流）上扩展时，气旋 开始发展，这时低层可以有也可以没有锋面存在；（2）当 气旋加强时，高空槽与低层系统之间的距离迅速减小，气旋 发展最盛时轴线近于垂直；（3）高空涡度平流量最初很大， 接近气旋最强时，平流量减少。开始时温度平流量小，随低 层气旋的加强而增强；（4）对流层下部斜压性开始较小， 随风暴加强而增加；（5）发展的最终结果达到与经典锢囚 相类似的热力结构。这类气旋与第一类经典气旋的发展模式 不同，在发展时，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。Petterssen和Smebye曾对这类气旋 的发展作过详细分析，并从能量收支上研究了动能的来源和 维持。卫星云图的分析也证实了这类气旋的存在。图6.1是 Petterssen等总结的这类气旋的发展模式，这是地面有锋面 的情况。这种气旋主要发生在高空槽前正涡度平流区赶上并 迭加在地面冷锋或静止锋上的时候和地方。在迭加区，云带
在地面气旋以东或东北的暖区中有上升运动，而在地面 气旋以西的冷区中有下沉运动，这可导致位能向动能之 转换，因而风速迅速加强，气旋发展。同时气旋下游低 层暖平流与上游冷平流可使地面气旋近于沿对流层中部 风向移动（向东或东北）。由于地面有冷平流，且在高 空槽上游涡度平流随高度更为反气旋性，也会使反气旋 生成和发展。图6.5(b)是不发展的地面气旋和斜压波。这 时系统随高度向东倾斜。温度场（厚度场）超前于 500hPa高度场。这使地面低压以东的低层暖平流导致 500hPa槽的高度上升；地面低压以西的低层冷平流使 500hPa脊高度下降。因而在地面低压区出现下沉运动， 低层辐散和气压上升，不利于其发展。
高等天气学-ch2
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对中纬度天气尺度而言：
• 特征尺度：f0～10-4s-1 ; • 带入上式： L～106m; U～10m s-1
U ～10-1=0.1 f0 L
• 表示：惯性加速度项与柯氏加速度项相比是一小 项，因而可以略去。
10
• 若再不考虑摩擦项，则P坐标中的水平运动 方程可简化为：
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2.2 准地转理论的推广及应用
• 2.2.1位势倾向方程
对于绝热和准地转平衡的大气，热力学方程近 似为：
p Vg T 0 t R
RT p 将 p p 代入上式 （T ） R p
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p p Vg ( ) 0 R p R t
'
df f (0) ( )0 2 cos 0 a , dy 0 0; y=0, 0 为参考纬度。
'
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d 2 sin 0 2 cos 0 df ( )0 dy ad 0 a
• 在中纬度天气尺度运动：f=f0+β y（中纬 度β 近似）右端两项之比
两边同除以p/R得：
Vg ( ) 0 t p
或：
( ) Vg ( ) t p p
（2.7）
这里， p
25
令 表示位势倾向 t
12
d gVg dV dt dt
• 将（2.1）式中的柯氏参数对纬度可用泰勒展开， 只保留前两项：
•
f f0 y
为中纬度β 近似。
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泰勒展开公式：
高等天气学
未来集合预报研究方向（THORPEX建议） （1）初条件对预报的不确定性 如果小尺度运动的初值有不确定性，可通过 逆尺度使预报误差迅速增长。而分析和预报 不确定是以缓变，更强的大尺度运动为主。 应研究上述与其它初始不确定性在限制预报 技巧中的相对作用，应研究更合理的集合预 报系统的初始扰动方案。
（2）改进集合预报系统 这包括集合的初始扰动（陆面和海面），分 析不确定性，非参数化，不可分辨现象对可 分辨尺度的影响，预报模式（数值计算与参 数化）等。还应研究多模式，多参数集合预 报方法以及随机参数化和集合样本数的最佳 选取。 （3）在生成集合中，利用适用方法，包括集 合预报系统的构造，使其适合天气状态和用 户需求。如分辨率与样本数之间的最佳选取 等。
对一些早期模式实验的误差增长率研究发现，剩余 均方差误差大约5天增加一倍。但后来又发现，误差 增长率与模式的空间分辨率有关，在高分辨时，误 差加倍时间减少到3天左右。Lorenz试图从实际大气 观测中估计误差增长率，这可避免模式的影响。他 估计出小误差的加倍时间约为2.5天。根据湍流理论 所做的误差增长率计算大致也是这个量值。增长率 的快慢与可预报性密切相关，如果误差增长很快， 则可预报性短，如果增长很慢，可预报性就长。
（1）Rossby波列 Rossby波列的激发和频散代表了局地扰动对高影响 天气的全球性传播。这是天气尺度预报的前提。 Rossby波列可由下列因素激发：1）下游的斜压发 展；2）温带气流与大尺度地形的相互作用；3）湿 热带对流加热的变化（由MJO，ENSO造成）与 ITCZ或季风槽中高频对流变率。Rossby波列传播的 群速度相当于预报误差向下游散布的速度。两者在 12天内在45°N可绕地球一圈。位涡（PV）可描述 天气尺度系统之发展，可识别与追踪活动中心。由 PV扰动的传播可研究中纬对低纬的影响。Rossby 波与PV是强烈互补的（一向北，一向南）。
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。
高等天气学
2005春季1．瞬变波的动量、热量输送特征以及瞬变波的主要作用是什么？P24－P312．说明高空急流形成的原因，画出高空急流同高空锋以及对流层顶三者之间关系的综合图，并图示高空急流入口区垂直环流（或称次级环流）状况。
P138－139，P147－148在对流层中，中纬地区上空经常出现温度梯度较大的狭长区域，水平温度梯度的方向由南指向北，根据热成风原理，西风风速随高度迅速增加，因而中纬度上空地区就会经常出现西风急流。
3．试述大气环流突变现象，什么叫六月突变？在全球范围内，大气环流一年中只存在两种主要的环流形势，即冬季型和夏季型。
这两种环流形势在每年的6月和10月发生明显的季节转换，这种转换在非常短促的时间内完成，所以称为大气环流突变。
从典型的冬季型环流到典型的夏季型环流的转换发生在六月，称为“六月突变”，从典型夏季型到典型冬季型的演变发生在十月，称为“十月突变”。
这种突变是半球范围乃至全球范围的现象，但以亚洲最明显。
中东地区和我国青藏高原附近变化最早，向东逐渐波及太平洋中部，美洲最迟也最不明显。
环流突变以高空东西风带为标志。
冬季东亚存在着两支强西风带，到了6月，南支强西风带突然不见了，而北美的强风带也明显北移。
到10月东亚又出现两支强西风带，北美的强西风带也南移回到冬季的位置。
对流层中部环流：冬季的主要特点是以极地低压（又称为极涡，分裂为两个中心）为中心、环绕纬圈的西风环流，西风带中有尺度很大的平均槽脊，其中三个明显大槽分别位于亚洲东岸、北美东部和欧洲东部。
与之并列的三个平均脊分别位于阿拉斯加、西欧沿岸和青藏高原北部。
副高强度小，中心都位于海上。
夏季和冬季相比极涡中心合并为一个，中心位于极点，环绕极涡的西风带明显北移，而且等高线变稀，中高纬度出现四个槽。
冬季从青藏高原北部伸向贝加尔湖地区的脊，在夏季变为槽，北美东部的大槽由冬到夏略为东移，东亚大槽移到堪察加半岛附近。
冬季在欧洲西海岸的平均脊，夏季变为槽。
高等天气学（大气所考博真题知识点归纳）
高等天气学（大气所考博真题知识点归纳）一．定常波：定义：把纬向平均环流偏差的时间平均定义为定常波，即*[]A A A =-。
它表示时间平均图上的纬向偏差值，又称定常涡旋项，主要反映大气活动中心、高空平均槽脊以及季风等特征。
其三维结构主要用半球时间平均场的纬向不对称分布和经度－高度剖面图表征。
形成原因：定常波的形成主要是地形和非绝热加热分布不均匀性强迫的结果，两者对于定常波的维持都是十分重要的。
但热力强迫和地形强迫产生的定常波有不同的结构。
热力强迫的扰动尺度比地形强迫的大，尤其是在对流层上部。
它们的位相随高度也有更显著、更系统的向西倾斜。
对大气环流的作用：定常波对热量、西风动量、位势高度有经向输送作用：（1）热量以50N 为中心有很强的向北输送，这与中纬度定常波槽脊随高度有明显的向西倾斜有关。
向北的输送有两个最大值区，一在对流层上部和平流层下部，一在近地面附近。
（2）动量通量分布的特征在50N 以南有向北的输送，50N 以北有向南的输送。
这种输送特征与定常波槽脊在副热带有西南－东北倾斜，在中高纬有东南－西北倾斜的特征有关。
（3）因为地转风对位能的经向输送沿纬圈的平均值为零，因此定常波对位能的输送代表的是非地转运动的作用。
这种输送的主要特点是在中纬度有明显的向赤道输送。
定常的输送与瞬变波的输送相比一般较弱，*2[]v 和'2[]v 之差特别明显。
但是定常波的输送在热量、动量和涡度的局地时间平均的收支中起着重要作用，因而定常波和瞬变波的相对重要性不能只以上述方差和协方差量值来决定。
北半球冬季定常波主要特征：（1）200hPa 高度场在高纬度和低纬度有不同的流型，中纬度有明显的纬向动量向极通量，这种向极通量表示有一个从高纬流型向低纬流型的EP 通量。
因此低纬度流型的波动部分是由较高纬度的波动所强迫。
中高纬负值中心位于140E 和70W 。
在30N 附近高度场分布有明显突变现象，30N 南北高度场有明显反位相分布。
高等天气学思考与作业题答案
01、锋面、气旋和气团学说的主要观点是什么？02、大气环流的概念及大气环流研究的主要方法03、大气环流量的分解及大气环流输送量的分解，各项的物理意义04、经圈环流流函数的定义及计算05、定常波和瞬变波在大气环流中有何作用？06、给出时间平均和纬向平均的角动量方程，并解释各项的物理意义07、给出时间平均和纬向平均的水汽方程，并解释各项的物理意义08、准地转理论的推广与应用有哪几方面？09、半地转与准地转有何异同？10、中尺度不稳定目前有哪几种理论？各自的判据？11、热带大气主要有哪些波动？各自形成的条件和水平结构如何？12、给出现代高空锋面和对流层顶的模式图，并用位涡和绝对动量来确定高空锋区位置和动力特性13、给出锋生动力学表达式，并解释各项的物理意义14、给出锋面次级环流诊断方程，并解释其物理意义15、解释高空急流附近的次级环流16、气旋的发生发展可分为几种类型？有哪些特征17、气旋的爆发性发展如何定义的？其时空特征和发展与各类条件？18、热带大气运动有哪些基本特征和动力学特征？19、全球有哪些季风区？亚洲夏季风的成员有哪些？季风爆发的原因？20、印度季风爆发的原因主要有哪些？21、东亚季风是如何影响我国降水进程的？22、中低纬之间的相互作用主要有哪些？23、论述台风形成的两种理论和发生发展概念模型24、中小尺度系统发生发展的天气和环境条件有哪些？25、雷暴和强风暴有哪些主要特征？26、中尺度系统哪些基本特征？中尺度雨带哪些特征？有哪分类？27、描述飑线的结构和特征28、概述重力波与强对流的关系的一些事实29、中尺度天气系统怎样对大尺度产生反馈作用？30、概括中尺度对流复合体(MCC)的特征31、暴雨的形成的三个大尺度因子，物理条件？中美暴雨天气型对比。
32、低空急流有哪些特征？如何影响在暴雨和强对流天气？33、概述平流层大气的温度场和风场特征34、平流层爆发性增温及可能原因35、各种尺度地形的一般作用有哪些？36、青藏高原和落基山的热力和动力作用？37、青藏高原对亚洲季风的影响体现在哪？38、概述阻塞高压形成的理论，39、厄尔尼诺和ENSO40、概述大气遥相关41、概述可预报性42、如何制作天气预报？01、锋面、气旋和气团学说的主要观点是什么？极锋理论：大气中最激烈的天气主要不是发生在冷暖气团中，而是发生在冷暖气团的交界面上。
高等天气学-九层之台
一．定常波：定义：把纬向平均环流偏差的时间平均定义为定常波，即*[]A A A =-。
它表示时间平均图上的纬向偏差值，又称定常涡旋项，主要反映大气活动中心、高空平均槽脊以及季风等特征。
其三维结构主要用半球时间平均场的纬向不对称分布和经度－高度剖面图表征。
形成原因：定常波的形成主要是地形和非绝热加热分布不均匀性强迫的结果，两者对于定常波的维持都是十分重要的。
但热力强迫和地形强迫产生的定常波有不同的结构。
热力强迫的扰动尺度比地形强迫的大，尤其是在对流层上部。
它们的位相随高度也有更显著、更系统的向西倾斜。
对大气环流的作用：定常波对热量、西风动量、位势高度有经向输送作用：（1）热量以50N 为中心有很强的向北输送，这与中纬度定常波槽脊随高度有明显的向西倾斜有关。
向北的输送有两个最大值区，一在对流层上部和平流层下部，一在近地面附近。
（2）动量通量分布的特征在50N 以南有向北的输送，50N 以北有向南的输送。
这种输送特征与定常波槽脊在副热带有西南－东北倾斜，在中高纬有东南－西北倾斜的特征有关。
（3）因为地转风对位能的经向输送沿纬圈的平均值为零，因此定常波对位能的输送代表的是非地转运动的作用。
这种输送的主要特点是在中纬度有明显的向赤道输送。
定常的输送与瞬变波的输送相比一般较弱，*2[]v 和'2[]v 之差特别明显。
但是定常波的输送在热量、动量和涡度的局地时间平均的收支中起着重要作用，因而定常波和瞬变波的相对重要性不能只以上述方差和协方差量值来决定。
北半球冬季定常波主要特征：（1）200hPa 高度场在高纬度和低纬度有不同的流型，中纬度有明显的纬向动量向极通量，这种向极通量表示有一个从高纬流型向低纬流型的EP 通量。
因此低纬度流型的波动部分是由较高纬度的波动所强迫。
中高纬负值中心位于140E 和70W 。
在30N 附近高度场分布有明显突变现象，30N 南北高度场有明显反位相分布。
（2）地形作用是确定北半球冬季急流层次上定常波的主脊和主槽位置的主要因子，而热力作用对维持高纬度洋面低压起重要作用。
高等天气学复习题
高等天气复习纲要1、什么是定常波，说明北半球定常波的水平和垂直分布特征。
定常波：时间平均值的纬向偏差，即：*[]A A A =-，表示为某物理量气候上的纬向不对称性（大气平均状况）。
（1）水平分布特征冬季：厚度场:**300850Z Z -1）（量值）：定常扰动在50oN 达到最大值，中纬度的正距平区近似于定常波的脊区，主要位于大洋东部；而负距平区主要位于两大陆的东部。
（高度场的槽区和脊区）2）（正负）：以30oN 为界南北距平分布的符号几乎相反，而且这种高低纬具有不同状态的特征在其它层次对其它要素也很明显。
可以看到PNA （太平洋北美型），EU （欧亚型）、WP （太平洋西部）与EA （太平洋东部型）型的分布。
夏季： 1） 夏季定常波的高度场和温度场都在300N 附近达到最大振幅。
2） 主要是青藏高压和两个大洋槽，其次是大西洋槽伸入到地中海的部分、北非和落基山的反气旋。
3）200hPa 高度场与海平面气压场分布相反：大陆热低压和海洋高压。
（2）垂直分布特征冬季：高度场1）在中高纬度，位势高度扰动的垂直位相随高度有明显的向西倾斜，向上可一直伸展到平流层下部。
反映在定常波的热通量上，在各层都是向极地输送的，并在850hPa和200hPa达到最大值。
2）在600N，定常波的垂直结构表明波动的振幅一直扩展到对流层下部而没有衰减，这种定常波称为垂直传播的波型。
3）但是在450N和250N，波动的最大振幅出现在对流层顶附近，扰动随高度减小，这种波型称为垂直截获的波型。
温度场1）温度扰动的最大振幅在中高纬位于近地面，表明中高纬的温度与下垫面地形有密切的关系，最冷的空气位于两大陆的东岸，较暖的空气位于西岸，而在副热带最强的扰动位于300hPa附近。
2）和高度场比较，地面温度场的最大值和最小值大致位于高度场最大值和最小值以西3/4波长处，表明随高度有比较明显的向西倾斜。
3）温度扰动垂直结构随纬度的变化，在低纬为截获波的特征，即平流层和对流层温度扰动的位相相反。
高等天气学思考题讲解
第一单元绪论1、天气学发展史，取得了哪些重要成就？（1）、单站预报方法阶段——气压计的发明大气科学研究开始由单纯定性的描述进入了可以定量分析的阶段。
（2）、地面天气图阶段（1860～1900）历史上第一张天气图，开创了近代天气分析和天气预报方法，为大气科学向理论研究发展开辟了途径。
（3）、单站与天气图预报方法结合阶段（1900 ～1920）随后他们又将低压中心的暖锋和冷锋结合起来，创立了近代锋面-气旋模式，并一直被沿用至今。
（4）、高空天气图的引入与波动理论的建立阶段（1920 ～1950）由于无线电探空技术的发展使人们对高空气象资料的获取成为可能，对高空气象状况有了进一步了解。
（完成了点平面空间；一维二维三维）。
（5）、开展数值天气预报的研究与应用阶段随着计算机的发展，使得利用动力气象中的偏微分方程来定量预报大气要素与状况成为可能，同时使天气学和动力学更加紧密地结合起来。
（6）、数值预报与卫星、雷达等先进探测技术综合应用阶段由于科技进步，卫星、雷达和自动监测站的进一步应用，已使天气预报的方法有了很大的变化。
在概念上也发生了改变。
如近年来提出的临近预报或现时预报（Nowcasting），就是利用先进的观测手段和通讯卫星以及各种统计方法作出及时的短期（0～6h）天气预报。
2、大气科学的发展有哪些新趋势，有何规律（可以发挥）？（1）、新世纪初大气科学发展的一个显著特点是学科交叉大气科学的研究已从大气圈、水圈、生物圈、冰雪圈和岩石圈的相互作用来理解全球气候，理解发生在大气中的各种运动和过程。
（2）、重视观测系统的建设和新观测技术的应用更多地运用气象卫星、海洋观测卫星、多普勒雷达和各种特殊装备的飞机等多种探测手段，以及新的大气化学观测和分析方法，进行各种特殊项目的观测。
（3）、年际和年代际的气候变化及其预测将是大气科学研究的重要前沿问题人类是否正在改变着地球的气候？人类的影响相对于气候的自然变化来说有多大？未来的气候在多大程度上可以被预测？人类应当如何应对地球气候的重大变化。
高等天气学思考与作业题答案
01、锋面、气旋和气团学说的主要观点是什么？02、大气环流的概念及大气环流研究的主要方法03、大气环流量的分解及大气环流输送量的分解，各项的物理意义04、经圈环流流函数的定义及计算05、定常波和瞬变波在大气环流中有何作用？06、给出时间平均和纬向平均的角动量方程，并解释各项的物理意义07、给出时间平均和纬向平均的水汽方程，并解释各项的物理意义08、准地转理论的推广与应用有哪几方面？09、半地转与准地转有何异同？10、中尺度不稳定目前有哪几种理论？各自的判据？11、热带大气主要有哪些波动？各自形成的条件和水平结构如何？12、给出现代高空锋面和对流层顶的模式图，并用位涡和绝对动量来确定高空锋区位置和动力特性13、给出锋生动力学表达式，并解释各项的物理意义14、给出锋面次级环流诊断方程，并解释其物理意义15、解释高空急流附近的次级环流16、气旋的发生发展可分为几种类型？有哪些特征17、气旋的爆发性发展如何定义的？其时空特征和发展与各类条件？18、热带大气运动有哪些基本特征和动力学特征？19、全球有哪些季风区？亚洲夏季风的成员有哪些？季风爆发的原因？20、印度季风爆发的原因主要有哪些？21、东亚季风是如何影响我国降水进程的？22、中低纬之间的相互作用主要有哪些？23、论述台风形成的两种理论和发生发展概念模型24、中小尺度系统发生发展的天气和环境条件有哪些？25、雷暴和强风暴有哪些主要特征？26、中尺度系统哪些基本特征？中尺度雨带哪些特征？有哪分类？27、描述飑线的结构和特征28、概述重力波与强对流的关系的一些事实29、中尺度天气系统怎样对大尺度产生反馈作用？30、概括中尺度对流复合体(MCC)的特征31、暴雨的形成的三个大尺度因子，物理条件？中美暴雨天气型对比。
32、低空急流有哪些特征？如何影响在暴雨和强对流天气？33、概述平流层大气的温度场和风场特征34、平流层爆发性增温及可能原因35、各种尺度地形的一般作用有哪些？36、青藏高原和落基山的热力和动力作用？37、青藏高原对亚洲季风的影响体现在哪？38、概述阻塞高压形成的理论，39、厄尔尼诺和ENSO40、概述大气遥相关41、概述可预报性42、如何制作天气预报？01、锋面、气旋和气团学说的主要观点是什么？极锋理论：大气中最激烈的天气主要不是发生在冷暖气团中，而是发生在冷暖气团的交界面上。
高等天气学思考题资料
第一单元绪论1、天气学发展史，取得了哪些重要成就？（1）、单站预报方法阶段——气压计的发明大气科学研究开始由单纯定性的描述进入了可以定量分析的阶段。
（2）、地面天气图阶段（1860～1900）历史上第一张天气图，开创了近代天气分析和天气预报方法，为大气科学向理论研究发展开辟了途径。
（3）、单站与天气图预报方法结合阶段（1900 ～1920）随后他们又将低压中心的暖锋和冷锋结合起来，创立了近代锋面-气旋模式，并一直被沿用至今。
（4）、高空天气图的引入与波动理论的建立阶段（1920 ～1950）由于无线电探空技术的发展使人们对高空气象资料的获取成为可能，对高空气象状况有了进一步了解。
（完成了点平面空间；一维二维三维）。
（5）、开展数值天气预报的研究与应用阶段随着计算机的发展，使得利用动力气象中的偏微分方程来定量预报大气要素与状况成为可能，同时使天气学和动力学更加紧密地结合起来。
（6）、数值预报与卫星、雷达等先进探测技术综合应用阶段由于科技进步，卫星、雷达和自动监测站的进一步应用，已使天气预报的方法有了很大的变化。
在概念上也发生了改变。
如近年来提出的临近预报或现时预报（Nowcasting），就是利用先进的观测手段和通讯卫星以及各种统计方法作出及时的短期（0～6h）天气预报。
2、大气科学的发展有哪些新趋势，有何规律（可以发挥）？（1）、新世纪初大气科学发展的一个显著特点是学科交叉大气科学的研究已从大气圈、水圈、生物圈、冰雪圈和岩石圈的相互作用来理解全球气候，理解发生在大气中的各种运动和过程。
（2）、重视观测系统的建设和新观测技术的应用更多地运用气象卫星、海洋观测卫星、多普勒雷达和各种特殊装备的飞机等多种探测手段，以及新的大气化学观测和分析方法，进行各种特殊项目的观测。
（3）、年际和年代际的气候变化及其预测将是大气科学研究的重要前沿问题人类是否正在改变着地球的气候？人类的影响相对于气候的自然变化来说有多大？未来的气候在多大程度上可以被预测？人类应当如何应对地球气候的重大变化。
《高等天气学》课件
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总结词
天气学在人类生产生活中具有重要意义，它关乎人类 生存和社会发展。
详细描述
天气学的研究成果对于保障人类生命财产安全、促进 经济发展和提高生活质量等方面具有重要作用。例如 ，准确的天气预报可以帮助人们提前做好应对措施， 减少自然灾害造成的人员伤亡和经济损失；气候变化 研究有助于人们更好地了解地球气候系统的运行机制 ，为应对全球气候变化提供科学依据；而空气质量监 测和污染防治则直接关系到人们的健康和生活质量。
气候变化与极端事件 未来天气预报将更加关注气候变 化和极端事件的影响，为应对全 球气候变化提供科学支持。
精细化预报 随着观测技术和数值模式的进步 ，天气预报将更加精细化，能够 提供更高时空分辨率的预报结果 。
集合预报 集合预报方法将克服单一预报的 不确定性，提供更全面的概率信 息，提高决策服务的可靠性。
准确率。
风场分析
总结词
风场分析是高等天气学中研究天气系统的重要方法之一，它通过对大气的风速、 风向等气象要素的分析，揭示天气系统的演变规律。
详细描述
风场是指大气中风的分布和运动状态，其形成和发展与天气系统的演变密切相关 。风场分析主要研究风速、风向的变化规律、风场的结构特征等方面。通过对风 场的分析，可以深入了解天气系统的变化机制，提高天气预报的准确率。
高等天气学
contents
目录
• 天气学概述 • 天气系统的基本理论 • 天气现象与天气系统 • 数值预报与天气模型 • 天气预报的现代技术 • 高等天气学的应用与发展趋势
01 天气学概述
天气学的定义与特点
总结词
天气学是一门研究大气状态、变化及其与地球表面相互作用的科学。它具有综合性、实践性和动态性的特点。
《高等天气学》课件
天气雷达
使用雷达技术来探测并跟踪 降水和风暴系统。
气象灾害和防御
飓风
龙卷风
巨大的风暴系统，可以带来暴雨、 风暴潮和强风。
旋转的空气柱，破坏力极大。
野火
燃烧植被的大火，可以迅速蔓延 并造成严重破坏。
气候和气候变化
气候类型
描述了不同地区长期平均天气条件的分类。
平流层
对流层顶部到平流层顶部的 部分，其中包含高空飞行和 喷气发动机活动。
同温层
平流层顶部到同温层顶部的 部分，其中温度保持稳定。
气象要素介绍
温度
测量空气的热度，对了解天气 的变化至关重要。
湿度
测量空气中水汽的含量，对预 测降水和了解大气中的水分循 环至关重要。
气压
测量空气对物体施加的力，对 预测天气变化和了解风的产生 很有帮助。
大气环流和风系统
全球大气环流
描述了热量在地球表面和大气层 之间的循环流动。
信风
季风
一种持续吹向大陆的稳定风系统， 对海洋运输和贸易至关重要。
一种季节性变化的风系统，对农 业和天气变化产生深远影响。
云的形成和变化
1
蒸发和冷却
水蒸气在上升时冷却并形成云。
凝结和成长
2
水蒸气在云中凝结成小水滴或冰晶，并
气候变化影响
讨论了全球变暖和气候模式变化对环境和生态系统欢迎来到《高等天气学》PPT课件！本课程将深入探讨天气学的各个方面，包 括天气概述、大气层结构、气象要素介绍等内容。
天气概述
天气是我们日常生活中最直接感受到的自然现象之一。了解天气对我们的日 常活动和健康至关重要。
大气层结构
对流层
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高等天气学19961、试用简明的涡度方程或位势倾向方程中各项说明制约温带气族发展的物理因子，进行简单的解释。
（位势倾向方程，其余略）2、解释中尺度对流复合体（MCC ）的定义，并说明它的主要特点。
（略）3、什么叫“大气遥相关”，给出热带地区热源强迫所构成的几种大气遥相关型。
大气遥相关是指某个区域的大气环流的变化与远距离的某些区域的气象要素场有很强的相关关系。
在地面气压场上表现为一些大气活动中心之间的相反变化关系即涛动，如南方涛动（SO ）是指印度洋和南太平洋气压变化的呈相反关系的现象，即印度洋上各站（如达尔文港）气压下降时，太平洋各站的气压及爪哇降水增加的趋势。
北大西洋涛动（NAO ），冰岛低压与北大西洋高压气压变化呈现相反关系，即当冰岛低压加深（中心气压下降）时，北大西洋高压加强（中心气压上升）；反之，当冰岛低压减弱中心气压上升时，北大西洋高压也减弱中心气压下降。
还有北太平洋涛动。
在对流层中层500hPa 高度场，取一些基点与所有格点求相关，可以看到一些正负相间的波列，这些波列有的类似于射线沿着某种大圆路径走向排列，发源于热带地区而后向东转向与某一纬圈相切，再向后弯曲进入热带地区，如PNA 太平洋北美型、EA 大西洋东部型、EUP 欧亚-太平洋型；有的呈现为偶极子类型，如W A 大西洋西部型、WP 太平洋西部型。
这些波列表现为大气对一切持续的局地强迫作用在行星尺度上的响应，对地形有很强的依赖性，而气候平均定常波的存在是这种相关结构的成因之一。
一方面遥相关对外源强迫如热带海表温度异常可以有极其明显的响应，例如赤道东太平洋SST 的异常将形成比较稳定的遥相关型，如PNA 、EUP 等。
另一方面，大气内部的非线性相互作用也是激发遥相关型的重要原因，如基于行星波在球面上的二维能量频散理论可以较好地解释遥相关的大圆路径，而时间平均气流的不稳定发展也是重要的原因之一。
热带地区热源强迫所构成的几种大气遥相关型：南方涛动，PNA 也与赤道东太平洋SST 有一定关系4、试述热带地区在全球大气环流中的重要性，近二十年来热带气象学（包括热带大气环流及大气系统）主要成就有哪些方面（请说出三种以上）？重要性：（1）热带是整个大气的水汽、热量和角动量源。
（2）热带大气和扰动与中高纬的大气和扰动有明显的相互作用，不能将这两个地区的环流视为完全孤立的。
（3）热带地区是地球上主要的海洋区，海气相互作用以及遥相关最显著，这是影响全球气候形成和异常的一个主要原因。
（主要成就有哪些方面）5、叙述定常波形成的原因，及定常波在大气环流中的作用。
【定常波：纬向平均环流的偏差的时间平均定义为定常波，即*[]A A A =-。
它表示时间平均图上的纬偏值，又称常定涡旋项，主要反映大气活动中心、高空平均槽脊以及季风等特征。
其三维结构主要用半球时间平均场的纬向不对称分布和经度－高度剖面图表征。
】定常波的形成主要是地形和非绝热加热分布不均匀性强迫的结果，两者对于定常波的维持都是重要的。
但热力强迫和地形强迫的定常波有不同的结构。
热力强迫的扰动尺度比地形强迫的大，尤其是在对流层上部。
它们的位相随高度也有更显著更系统的向西倾斜。
定常波对热量、西风动量、位势高度有经向输送作用：（1）热量以50N 为中心有很强的向北输送，这与中纬度定常波槽脊随高度有明显的向西倾斜有关。
向北的输送有两个最大值区，一在对流层上部和平流层下部，一在近地面附近。
（2）动量通量分布的特征在50N 以南有向北的输送，50N 以北有向南的输送。
这种输送特征与定常波槽脊在副热带有西南－东北倾斜，在中高纬有东南－西北倾斜的特征有关。
（3）因为地转风对位能的经向输送沿纬圈的平均值为零，因此定常波对位能的输送代表的是非地转运动的作用。
这种输送的主要特点是在中纬度有明显的向赤道输送。
定常的输送与瞬变波的输送相比一般较弱，*2[]v 和'2[]v 之差特别明显。
但是定常波的输送在热量、动量和涡度的局地时间平均的收支中起着重要作用，因而定常波和瞬变波的相对重要性不能只以上述方差和协方差量值来决定。
【北半球冬季定常波主要特征：（1）200hPa 高度场在高纬度和低纬度有不同的流型，中纬度有明显的纬向动量向极通量，这种向极通量表示有一个从高纬流型向低纬流型的EP 通量。
因此低纬度流型的波动部分是由较高纬度的波动所强迫。
中高纬负值中心位于140E 和70W 。
在30N 附近高度场分布有明显突变现象，30N 南北高度场有明显反位相分布。
（2）地形作用是确定北半球冬季急流层次上定常波的主脊和主槽位置的主要因子，而热力作用对维持高纬度洋面低压起重要作用。
比如，500hPa 高度场在西藏高原和落基山上空有西北气流，气候平均急流向极一侧有明显下游槽。
海平面低气压位于高纬度海洋上，等压线沿海面线密集。
GCM 数值模拟中气候平均海平面气压扰动可由下边界热力影响产生。
（3）定常波垂直结构。
在较高纬度上位势高度场随高度向西倾斜，而且定常波倾斜向上伸展到平流层下部，这种西倾反映了定常波的热量通量在各层上都是指向极地的。
高度场中定常波振幅随高度明显增加直到对流层顶，这表明定常波的垂直结构中有一个相当正压分量（即随高度没有位相倾斜）。
在对流层顶上，特别在低纬度，高度场振荡的振幅随高度增加而减小；*Z 和*T 都与高纬有一明显反位相分量。
（4）在低于700hPa 处，低层由定常波引起的向极热量通量特别大，*v 和*T 之间的相关系数达0.8左右。
地面温度场的极大值和极小值多数位于高度场中相应值的两边约四分之一波长处，而高度场表现出随高度明显西倾，这种特殊的低层结构在北半球夏季和南半球冬夏季的定常波均不存在。
】【北半球夏季定常波主要特征：（1）200hPa 上，夏季定常波在30N 附近达到最大振幅，在这个纬度上，200hPa 高度场的主要特征是青藏高原和两个大洋中部的低槽（即太平洋气旋和大西洋气旋）。
其次，大西洋槽扩展到地中海；而北非和落基山存在高压。
（2）海平面气压场中，上述系统均反位相。
这些系统的垂直结构类似于热带天气系统的垂直结构。
这是由于较暖的大陆和较冷的海洋之间的热力对比。
这种结构在夏季定常波位势高度及温度的沿30N 经度－高度剖面图上也很明显。
而由200hPa 高度场和海平面气压场来看，热带型结构的影响一直延伸到太平洋和欧亚大陆相当高的纬度。
这两个层次上的高度场*Z 的位相是相反的。
夏季定常波高低层的反位相可以认为是下垫面的加热和冷却作用，而热带型结构伸展到较高纬度又并非是季风作用，因此在形成夏季定常波中分辨热力和动力作用是困难的，尚待研究。
（3）夏季定常波的垂直结构有随高度，向东倾斜的特征。
这反映了夏季定常波地形强迫作用不是主要的，而地形强迫作用主要表现在大地形上空是脊的形势，在大地形的西侧有明显的短波槽。
东倾特征在500hPa 上较明显，200hPa 、700hPa 之间都有。
槽脊的距离在1000公里的量级，小于冬季特征半波长。
】【北半球定常波的经向结构：（1）定常波动能的纬向分量是占主导地位的。
这说明定常波的纬向尺度大于经向尺度。
（2）冬季纬向定常波动*2[]u 的最强中心位于36N 附近。
在该纬度上恰是亚洲和北美东岸的强急流以及欧洲和北美西部较弱的西风带，在该纬度上也伴随着较大的纬向动量的向极通量。
在10N 附近具有定常波动*2[]u 的第二极大值。
这和定常波的纬向扰动深入到热带地区有关，这个极大值是以西风动量的向南通量为特征的。
（3）夏季，7月*u 的极大值在15N 附近，位于对流层上部大洋中部槽区，*v 的极大值在35N 附近，在40N 以北夏季定常波动能比冬季小得多。
（4）纬向动能*2[]u 和经向动能*2[]v 都是冬夏季较强，转换季节较弱，而经向分量冬季比夏季更强。
最大值中心随季节位置有变化。
】6、写出瞬变波与平均流相互作用的E －P 通量关系，指出E －P 通量关系适用的条件范围，并说明剩余环流的意义。
19977、从海气相互作用的观点，叙述海洋在全球气候变化中的重要性。
8、描述亚洲季风活动中的低频振荡特征。
30－50天低频振荡的向北传播在季风区，尤其南亚季风区最明显，在南海、菲律宾和西太平洋地区也很明显。
这中低频振荡的存在可能与印度洋和西太平洋的大范围对流加热有关。
这种扰动无论是云量、高度场和风场都表现有从赤道到喜马拉雅山地区明显的向北传播。
即，扰动起源于印度洋赤道地区，消失于西藏高原南麓。
这种扰动的经向传播与季风活跃和中断期的交替变化有密切关系。
当扰动从赤道向北传播到30N 时，在气压场上表现为一列槽脊区的经向传播。
其传播速度为0.75纬度/d ，经向尺度为3000km 左右，槽线与云区相对应，脊线处一般是无云的。
因而随着扰动的向北传播，对任一地区会带来交替的天气变化。
风场也表现有类似的经向传播，其振幅为3-6m/s 。
30－50天低频振荡的另一种位相传播是向东传播。
这些向东传播的赤道波在西太平洋地区振幅最大，并且这种低频振荡的向东传播是全球性的，是一种行星尺度的波动，全年存在。
向东传播的相速度为80经度/d 左右。
大约在50天左右的时间可围绕地球一周。
在季风区这种波最明显，并且还具有向北传播的趋势。
30－50天的低频振荡除了向东和沿经向传播以外，在某些季节、地区以及层次也存在向西的位相传播。
它们常从太平洋中部开始，一直可到达东亚和南亚季风区。
30－50天的低频振荡是一种全球现象，纬向波数为1，它们的振幅不仅在夏季季风区明显，而在50N 和50S 的对流层上部也有很大的振幅。
在北半球冬季，太平洋中部似也是低频振荡的一个源区。
这种低频扰动有两个源区，一是在夏季季风区，主要表现从赤道向喜马拉雅山区的经向传播；一是在北半球冬季的东太平洋赤道地区，从这里扰动向北传播。
在季风区，低频振荡的活动有明显的季节变化，这种变化与季风活动有密切的关系。
低频风最大值最先出现在春季马来西亚和中印半岛地区，这个地区在5月初季风即已爆发，这说明了季风的振荡可能与季风活动有关。
夏季，低频振荡向北扩展，在10－20N，从阿拉伯海到太平洋地区纬向风振荡有较大的振幅，其值在3－5m/s。
秋季季风区低频振荡的振幅显著减小。
在季风区不但存在着向东传播的行星尺度的30－50天振荡以及经向传播的30－50天振荡，而且还存在10－20天向西传播的气压脉动。
这些低频波都影响季风的活动。
低频振荡可明显地影响季风活动（中断和活跃期的交替）。
如，在整个夏季季风时期，气压距平都是向北移动的。
当一个低压距平移入季风区时，夏季季风雨爆发；当一个高压距平从赤道区移来时，季风中断。
另外，上述低频波到达印度中部时，这些波中的一些可以出现锁相现象。
季风的中断和活跃期也可表现为两种低频系统的锁相关系。