第5章天气形势及天气要素的预报
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温度槽脊落后于高度槽脊——槽（脊）加深 （发展）
25
第4节
26
四、地面天气形势预报
（一） 基本方程
HO t
H t
R ln g
Po P
ur V T
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
4
（一）闭合系统的外推法
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）
16
讨论——预报规则 1. 左端项：
17
2. 地转涡度平流
∵ f>0
g V f
t
y
∴
18
天气图应用——长波 对南北向槽脊，地转涡度平流使槽脊西退 对东西向槽脊，槽脊西部加强，东部减弱
19
3.相对涡度平流（自然坐标系）
ur V
9.8 f
H n
s
KsV
Fra Baidu bibliotek
v n
9.8 f
H n
Ks
K s
38
39
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
周：
周围系统的相互影响
史：
相似形势法、模式法、统计资料法和预报指标法
地：
地形和摩擦的影响
推：
外推法
卫星云图的应用
40
二、天气学预报思路
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
22
4. 热成风涡度平流（温度场）自然坐标系
ur V T
T
g f
h n
Ks
VT S
VT
Ks S
2VT S n
g f
2
h n
Ks
2h S n
h n
Ks S
S
2h n
与相对涡度平流同理讨论，等高线 等温线
ur
V T T
H t
温度场对高度场的影响
24
热成风涡度平流——天气图应用
1.环流形势分析——欧亚长波系统的演变
2.主要影响系统的演变——天气尺度系统 （锋、槽、脊、高压、低压）
3.根据影响系统作要素预报——天空状况、 天气现象、温度、风向风速
41
~~ 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
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
当
高空负涡度平流区——地面气压上升，有利于地面反 气旋发展
28
２.平均温度平流项
R ln Po
ur V T
gP
1)
当
ur V
T
0
，暖平流，
暖平流，地面气压下降 ——有利于气旋发展
——定性预报规则
气旋中心或槽线上出现负变压，系统加深； 反之填塞
反气旋中心或脊线上出现正变压，系统加强； 反之减弱
15
三、高空天气形式预报
高空形势预报方程：
g
t
uur Vg ( f
ur
g ) 0.6V T
T
平均层上的涡度局地变化取决于：
1）该层涡度平流
2）热成风对热成风涡度平流（简称热成风涡度 平流）
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
37
（二） 摩擦作用
1. 摩擦产生垂直运动 摩擦层中，摩擦作用使气流向低压一侧偏转，所以：
气 旋——气流偏向中心——辐合上升 反气旋——气流偏向外侧——辐散下沉
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
b)当 dQ 0 , T 0, Ho 0
dt
t
t
非绝热冷却，温度降低，地面气压升高——有利 于反气旋发展
天气图上： 冷的下垫面有利于地面反气旋形成，发展 暖的下垫面有利于地面气旋形成，发展
32
第5节
33
五、地形和摩擦的影响 （一） 地形的作用
1. 地形强迫抬升，产生垂直运动
Wo Vntg,Vn Vo cos
1. 正圆形的高压（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。
14
（三）用运动学方法气压系统的发展
Wo Vo cos tg Vo cos
Z n
——山的坡度越大，风速越大，风向与山脉的走向 越垂直，则垂直运动越强
34
2，预报的规则 ①.在迎风坡，上升运动随高度减小，气柱压缩产生
水平辐散，造成气旋性涡度减小，有利于反气旋发展
②.在背风坡，下沉运动随高度减小，气柱压缩产生
水平辐合，造成气旋性涡度增加，有利于气旋发展
V
Ks s
2V ns
9.8 f
2
H n
Ks
2H sn
H n
Ks s
s
2H n2
散
曲
疏
合
率
密
项
项
项
20
相对涡度平流——天气图上的应用
a) 疏散槽（脊）——加深（加强） b) 汇合槽（脊）——填塞（减弱）
21
相对涡度平流——天气图上的应用
c) 对称槽（脊）——无发展（强度不变）
d) 槽（脊）前散开，槽（脊）后汇合，槽脊 移动迅速 槽（脊）前汇合，槽（脊）后散开，槽脊 移动缓慢
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
8
（一）运动坐标系与固定坐标系中局地变化 的关系
dF
F
V F
dt t
某物理量F的变化，等于其局地变化与平流 变化的和。
9
（二）用运动学方法预报气压系统的移动
系统移动的运动学公式
10
1、槽脊线的移动
槽脊线移速公式：
11
P t
ur 当 V T 0 ，冷平流，
冷平流，地面气压上升——有利于反气旋发展
29
2) 引导气流 地面系统中心一般沿平均层地转风方向移动，
称平均层气流为引导气流
统计经验： 地面的低压中心移动的方向偏于500hPa气流的右侧 地面的高压中心移动的方向偏于500hPa气流的左侧
由于绝热变化项和非绝热变化项对温度平流项有抵 消作用，地面系统中心移速为500hPa风速的50～70％
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
c. 迎风坡常有地形脊，背风坡常有地形槽
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四、地面天气形势预报
（一） 基本方程
HO t
H t
R ln g
Po P
ur V T
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
4
（一）闭合系统的外推法
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
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二、天气系统的运动学预报法（变压法）
16
讨论——预报规则 1. 左端项：
17
2. 地转涡度平流
∵ f>0
g V f
t
y
∴
18
天气图应用——长波 对南北向槽脊，地转涡度平流使槽脊西退 对东西向槽脊，槽脊西部加强，东部减弱
19
3.相对涡度平流（自然坐标系）
ur V
9.8 f
H n
s
KsV
Fra Baidu bibliotek
v n
9.8 f
H n
Ks
K s
38
39
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
周：
周围系统的相互影响
史：
相似形势法、模式法、统计资料法和预报指标法
地：
地形和摩擦的影响
推：
外推法
卫星云图的应用
40
二、天气学预报思路
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
22
4. 热成风涡度平流（温度场）自然坐标系
ur V T
T
g f
h n
Ks
VT S
VT
Ks S
2VT S n
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2
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2h S n
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S
2h n
与相对涡度平流同理讨论，等高线 等温线
ur
V T T
H t
温度场对高度场的影响
24
热成风涡度平流——天气图应用
1.环流形势分析——欧亚长波系统的演变
2.主要影响系统的演变——天气尺度系统 （锋、槽、脊、高压、低压）
3.根据影响系统作要素预报——天空状况、 天气现象、温度、风向风速
41
~~ 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
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
当
高空负涡度平流区——地面气压上升，有利于地面反 气旋发展
28
２.平均温度平流项
R ln Po
ur V T
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1)
当
ur V
T
0
，暖平流，
暖平流，地面气压下降 ——有利于气旋发展
——定性预报规则
气旋中心或槽线上出现负变压，系统加深； 反之填塞
反气旋中心或脊线上出现正变压，系统加强； 反之减弱
15
三、高空天气形式预报
高空形势预报方程：
g
t
uur Vg ( f
ur
g ) 0.6V T
T
平均层上的涡度局地变化取决于：
1）该层涡度平流
2）热成风对热成风涡度平流（简称热成风涡度 平流）
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
37
（二） 摩擦作用
1. 摩擦产生垂直运动 摩擦层中，摩擦作用使气流向低压一侧偏转，所以：
气 旋——气流偏向中心——辐合上升 反气旋——气流偏向外侧——辐散下沉
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
b)当 dQ 0 , T 0, Ho 0
dt
t
t
非绝热冷却，温度降低，地面气压升高——有利 于反气旋发展
天气图上： 冷的下垫面有利于地面反气旋形成，发展 暖的下垫面有利于地面气旋形成，发展
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第5节
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五、地形和摩擦的影响 （一） 地形的作用
1. 地形强迫抬升，产生垂直运动
Wo Vntg,Vn Vo cos
1. 正圆形的高压（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。
14
（三）用运动学方法气压系统的发展
Wo Vo cos tg Vo cos
Z n
——山的坡度越大，风速越大，风向与山脉的走向 越垂直，则垂直运动越强
34
2，预报的规则 ①.在迎风坡，上升运动随高度减小，气柱压缩产生
水平辐散，造成气旋性涡度减小，有利于反气旋发展
②.在背风坡，下沉运动随高度减小，气柱压缩产生
水平辐合，造成气旋性涡度增加，有利于气旋发展
V
Ks s
2V ns
9.8 f
2
H n
Ks
2H sn
H n
Ks s
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2H n2
散
曲
疏
合
率
密
项
项
项
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相对涡度平流——天气图上的应用
a) 疏散槽（脊）——加深（加强） b) 汇合槽（脊）——填塞（减弱）
21
相对涡度平流——天气图上的应用
c) 对称槽（脊）——无发展（强度不变）
d) 槽（脊）前散开，槽（脊）后汇合，槽脊 移动迅速 槽（脊）前汇合，槽（脊）后散开，槽脊 移动缓慢
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
8
（一）运动坐标系与固定坐标系中局地变化 的关系
dF
F
V F
dt t
某物理量F的变化，等于其局地变化与平流 变化的和。
9
（二）用运动学方法预报气压系统的移动
系统移动的运动学公式
10
1、槽脊线的移动
槽脊线移速公式：
11
P t
ur 当 V T 0 ，冷平流，
冷平流，地面气压上升——有利于反气旋发展
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2) 引导气流 地面系统中心一般沿平均层地转风方向移动，
称平均层气流为引导气流
统计经验： 地面的低压中心移动的方向偏于500hPa气流的右侧 地面的高压中心移动的方向偏于500hPa气流的左侧
由于绝热变化项和非绝热变化项对温度平流项有抵 消作用，地面系统中心移速为500hPa风速的50～70％
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
c. 迎风坡常有地形脊，背风坡常有地形槽