天气学原理与方法对流性天气过程
天气学原理与方法复习第四章大气环流
天气学原理与方法复习第四章大气环流1.大气环流的纬向特征是什么？⏹低纬：东风带⏹中高纬：西风带（北半球冬季最大风速40m/s,30ºN ,200hPa，夏季最大风速16m/s,40ºN ,200hPa）即西风带冬强夏弱，随季节南北位移⏹极区：北半球夏季近地面：弱东风对流层：西风平流层：东风⏹南半球的情况与北半球类似，随季节南北位移,但西风中心强度冬夏变化不大2.大气环流的经向特征是什么？⏹冬季：对流层低层30ºN以南：偏北风40ºN 以北：南风对流层高层：低纬30ºN以南：南风；高纬40ºN以北：北风对流层中层：经向分量很弱⏹夏季：13-40ºN之间：低层：北风；高层：南风；低纬（近赤道）：低层：南风；高层：北风。
3.对流层中、底部冬季、夏季的主要系统，季节转换的特点？（北半球）对流层底部：a)冬季：阿留申低压（与高空东亚大槽对应）、冰岛低压（与高空北美大槽对应）、西伯利亚高压、北美高压、格陵兰大陆高压、太平洋高压和大西洋高压。
b)夏季：亚洲低压、北美低压、阿留申低压、冰岛低压、太平洋副热带高压、大西洋副热带高压。
夏季与冬季最突出的差别是冬季大陆上的两个冷高压到夏季变成了两个热低压；阿留申低压、冰岛低压仍存在，但强度比冬季弱得多。
海上的两个副热带高压变得非常强大，而其冬季强度比较弱。
对流层中部（500hPa）：a)冬季：①极区：2个低涡中心（格陵兰西部、东西伯利亚)；②中高纬:冬季三个长波槽：东亚大槽—140°E在亚洲东岸;北美大槽—70°w位于北美东岸;欧洲浅槽—40°E由欧洲东北部海面向西南方向伸展；在三个槽之间有三个平均脊，分别位于阿拉斯加、西欧沿岸和青藏高原的北部。
③低纬度:副高弱—其范围在20°N以南。
b)夏季：①极区：1个低涡中心。
②中高纬:夏季四个长波槽：东亚大槽—160°-180°E；北美大槽—60°w；欧洲西海岸槽—0°-10°E；贝加尔湖西部槽—90°E沿岸和青藏高原的北部。
天气学原理与方法——对流性天气过程
天气学原理与方法——对流性天气过程天气是大气系统中的一种自然现象，是指其中一地区在一段时间内的气象状况。
天气的变化是由大气的物理过程所引起的，而天气学就是研究天气变化的科学。
其中，对流性天气过程是天气学中的一个重要方面。
对流性天气过程是指在大气中形成对流环流的过程，其中包括强烈的上升气流和下沉气流，以及它们所带来的降水、云、雷电等现象。
对流性天气过程通常发生在较为暖湿的气团中，由于气团内部的不稳定性和外界的刺激，导致上升气流的形成。
对流性天气过程的形成需要满足以下条件：首先，需要有一个热源，例如太阳辐射可以加热地面，地面再通过对流将热量传递给大气。
其次，需要有一定的湿度，水汽的蒸发可以提供上升气流所需要的热量。
最后，需要有一种上升的机制，例如地形的隆起或强大的热对流可以促使空气上升。
在大气中，由于地表的不规则性和地形的差异，气团的稳定性也会不同，从而引发对流性天气过程。
当较为湿热的气团受到地表的加热，气团内部的温度会上升，使得气团变得不稳定。
随着气团的上升，地面上方的冷空气会下沉，形成一个闭合的环流系统。
而上升气流在达到饱和后会形成云和降水，降水过程中释放的潜热又会进一步加强气团的上升。
对流性天气过程的研究可以通过多种方法来进行。
其中，观测是最直接的方法，通过观测云型、降水量、气温等气象要素的变化，可以获得对流性天气过程的一些基本信息。
此外，气象雷达和卫星遥感技术也可以提供对流性天气过程的相关数据，例如雷达可以观测到降水的分布和强度，卫星可以观测到云的形态和发展。
除了观测外，天气模式是研究对流性天气过程的重要工具。
天气模式可以通过复杂的数学方程描述大气的运动和热力过程，从而预测未来几天的天气情况。
通过对模式的数据输出进行分析和诊断，可以了解对流性天气过程的发展和变化趋势。
在对流性天气过程的研究中，还需要考虑到不同尺度上的变化。
对于较小尺度的对流系统，如雷暴和阵雨，通常采用雷达和卫星观测的数据进行研究；而对于较大尺度的对流系统，如台风和冷锋，需要借助于气象观测站的数据和天气模式的模拟。
天气学原理和方法--第8章--于怀征--整理
第八章一：填空1、雷暴一般伴有阵雨，有时则伴有大风、（冰雹）、（龙卷）等天气现象，通常把只伴有阵雨的雷暴称为（一般雷暴），而把伴有雷暴、大风、（冰雹）、（龙卷）等严重的灾害性天气现象之一的雷暴叫做（强雷暴）。
2、产生雷暴的积雨云叫（雷暴云），一个雷暴云叫做一个雷暴单体，多个雷暴单体成群成带地聚集在一起叫（雷暴群或雷暴带）。
每个雷暴单体的生命史大致可分为（发展）、（成熟）（消亡）三个阶段。
3、雷电是由积雨云中冰晶（温差起电）以及其他作用所造成的。
一般云顶高度到达（-20℃等温线高度以上）是才产生雷电。
4、雷暴云中放电强度和频繁程度与雷暴云的（高度）和（强度）有关。
5、在雷暴云下形成一个近乎饱和的冷空气堆，因其密度较大而气压较高，这个高压叫（雷暴高压），当雷暴云向前移动经过测站时，使该站产生气温（下降）、气压（涌升）、相对湿度（上升）、露点或绝对湿度（下降）等气象要素的显著变化。
6、以严重降雹的雷暴叫（雹暴），以强烈阵风为主的叫（飑暴），强雷暴和一般雷暴的区别是（系统中的垂直气流的强度）、（垂直气流的有组织程度）和（不对称性）。
7、超级单体是具有单一的特大垂直环流的巨大强风暴云，它的结构具有以下特征：（风暴云顶）、（气流）、（无（弱）回波区）、（风暴的移动方向）、（环境风）。
8、强雷暴按其结构特征划分不同的类型，常分为（超级单体风暴）、（多单体风暴）、（飑线）。
9、风暴的运动方向一般偏向于对流云中层的风的（右侧），所以这类风暴也叫（右移强风暴）。
10、由许多雷暴单体侧向排列而形成的强对流云带叫做（飑线）。
11、当强雷暴云来临的瞬间，风向（突变），风力（猛增），由静风突然加强到大风以上的强风。
与此同时，气压（涌升）、形成明显的（雷暴鼻），气温（急降），相对湿度也（大幅度上升）。
12、雷暴云底伸展出来并到达地面的（漏斗状）云叫做龙卷。
龙卷伸展到地面时会引起强烈的旋风，这种旋风叫（龙卷风）。
13、天气系统按其空间、时间尺度可以划分为（大尺度）、(中尺度)、(小尺度)三类天气系统。
天气学基础课件——对流性天气过程
雷暴云：指产生雷暴的积雨云（cb）。 一般雷暴：通常把只伴有阵雨的雷暴称
为“一般雷暴”。 强雷暴：伴有雷雨、大风、冰雹、龙卷
等严重的灾害性天气现象之一 的雷暴称为强雷暴。
积雨云
鬃积雨云
§8.1 雷暴的结构及雷 暴天气的成因
一般雷暴的结构 雷暴群或带 一般雷暴天气的成因 “稳定状态”的强雷暴的结 构 强雷暴天气的成因
暴雨、冰雹、龙卷、雷暴大风等 中尺度强风暴天气能形成严重自然 灾害，给国民经济建设和军事活动 带来重大损失。世界各国频数较高 的自然灾害是气象原因造成的，而 由中尺度天气造成的重大灾害占有 很大比例。
几个例子
1）1962年6月8日，在山东、江苏、安徽等省范围内有二 三十个县下了大冰雹。 2）1974年6月17日在北起山东半岛，经山东、江苏、安 徽等省，南至浙北、赣北及鄂东等广大地区上，自北向 南先后发生了8－12级大风或冰雹等严重灾害天气。 3）2005年4月8日中午至傍晚，四川、重庆25个县市出现 强对流天气，导致大风、暴雨、冰雹等灾害，造成至少 18人死亡，直接经济损失超过1.4亿元 4）1974年4月3日晚至4日有100多个龙卷袭击了美国12个 州及加拿大部分地区。
在弱的垂直风切变中 的孤立雷暴模型
四、“稳定状态”的强雷暴的结构
强雷暴：是指伴有大风、冰雹、龙卷等严重 灾害性天气现象的雷暴。 飑暴：以强烈阵风为主的强雷暴 雹暴：以严重降雹为主的强雷暴 生命史：较长，几小时--十几小时在强垂直 切变环境下发展起来的
超级单体风暴、多单体风暴、龙卷风暴、飑 线是常见的强风暴
一、一般雷暴的结构
雷暴云：指产生雷暴的积雨云（Cb）。一个 雷暴云叫做一个雷暴单体，其水平尺度约十 几公里。每个雷暴单体的生命史大致可分为 发展、成熟和消散三个阶段，每个阶段持续 十几分钟到半个小时左右。
天气学原理和方法(1-5)
天气学原理和方法第一章大气运动的基本特征地球大气的各种天气现象和天气变化都与大气运动有关。
大气运动在空间和时间上具有很宽的尺度谱，天气学研究的是那些与天气和气候有关的大气运动。
大气运动受质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律所支配。
为了应用这些物理定律讨论在气象上有意义的相对于自转地球的大气运动，本章首先讨论影响大气运动的基本作用力，和在旋转坐标系中所呈现的视示力，然后导出控制大气运动的基本方程组，并在此基础上分析大尺度运动系统的风压场和气压场的关系，并引出天气图分析中应遵循的一向基本指导原则。
第一节旋转坐标系中运动方程及作用力分析一、旋转坐标系中运动方程1.（绝对速度）与（相对速度）假设t时刻一空气质点位于P点，经t 时间，质块移到Pa点，地球上的固定点P移到了Pe位置位移0为R，质块相对固定地点的位移为R，图1.1 旋转坐标系显然当 0位移很小时单位时间内的位移为由此得此关系式表明：绝对速度等于相对速度与牵连速度之和2．与的关系地球自转角速度为则于是由此可得微分算子将微分算子用于则有再将代入上式右端得（*）式中为地转偏向力加速度，即柯氏加速度为向心力加速度3．牛顿第二定律单位质量的空气块所受到的力在绝对坐标系中单位质量空气块受到的力有+：地心引力F：摩擦力将此式代入（*）式：二、作用力分析1．气压梯度力①定义：单位质量空气块所受的净空气的压力②表达式G=-(1.1)③推导：图1.1.2 作用于气块上的气压梯度力的X分量x方向：B面 PA面：-（P+净压力：-同理y方向：z方向：净空气总压力④讨论：大小：气压梯度力的大小与气压梯度成正比，与空气密度成反比方向：气压梯度力的方向指向的方向，即由高压指向低压的方向2．地心引力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。
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。
天气学原理与方法-对流性天气过程
02
湿度逆层
当低层湿度高于高层时，形成湿度逆层，导致水汽在低层累积，为对流提供水汽条件。
大气不稳定性的原理
抬升条件的原理
抬升机制
抬升是形成对流天气的重要条件之一，如山脉抬升、锋面抬升等。
抬升强度
抬升的强度和持续时间会影响对流的强度和持续时间。
水汽是形成降水的重要物质，主要来源于海洋、湖泊等。
水汽来源
天气学原理与方法-对流性天气过程
目录
对流性天气概述 对流性天气形成的原理 对流性天气的观测与预测方法 对流性天气的防御与应对措施 对流性天气研究的未来展望
01
CHAPTER
对流性天气概述
对流天气是指由于地表加热导致的大气垂直运动而产生的天气现象，包括雷暴、阵雨、冰雹、龙卷风等。
定义
根据对流强度和影响范围，可分为一般对流天气和强对流天气。
数值预报在预报对流性天气中的应用
04
CHAPTER
对流性天气的防御与应对措施
预防为主
综合减灾
分级负责
社会参与
防灾减灾的基本原则
01
02
03
04
预防是减轻灾害损失的关键，应采取有效的措施减少灾害发生的可能性。
综合运用工程和非工程措施，降低灾害风险和减轻灾害损失。
各级政府和有关部门应按照职责分工，分别承担防灾减灾的主体责任。
人工智能技术如深度学习、机器学习等在天气预报中已开始应用，能够处理海量数据、提高预报精度和效率。
应用
随着人工智能技术的不断发展，其在天气预报中的应用将更加广泛和深入，有望实现对流性天气的精准预报和预警。
前景
THANKS
感谢您的观看。
制定统一的预警信息发布标准，规范预警信息的发布和管理。
对流层大气的受热过程
对流层大气的受热过程流层大气是指地球大气圈中的最底层，从地球表面到大约15千米高度。
这一层的温度分布和受热过程是影响地球气候和天气变化的重要因素之一、在这篇文章中，我将详细介绍流层大气的受热过程。
流层大气主要是通过辐射和传导两种方式来受热。
辐射是指太阳辐射热能以电磁波的形式传播到地球大气层，它以可见光和红外线的形式到达地球。
太阳辐射主要包括可见光和紫外线，其中大部分是可见光，占据太阳辐射总能量的50%左右。
其中，紫外线被地球大气的臭氧层吸收，而可见光则主要是被地球大气层中的空气分子和云层吸收和散射。
辐射进一步分为太阳辐射的短波辐射和地球辐射的长波辐射。
太阳辐射以短波辐射的形式穿过大气层直接到达地面，而地球辐射则以长波辐射的形式从地面向大气层传播。
对流层大气来说，地面的辐射是一个重要的热源，它主要由太阳辐射的短波辐射作为能量输入。
传导是指由于温度差异引起的能量传递方式，它通过空气分子之间的碰撞来传导热量。
由于流层大气是由空气分子组成的，空气分子之间的碰撞会导致温度的传导。
当地面受到太阳辐射的加热时，地表会升温，而空气分子也会受到热量的传导而升温。
此时，由于密度的差异，热空气会上升，而冷空气则下沉，形成对流循环。
这种对流循环不仅影响地球大气的温度分布，还对天气现象和气候变化起着重要的作用。
此外，也存在一些其他因素影响流层大气的受热过程。
例如，水蒸气是地球大气中的重要成分，它可以吸收和释放大量的热量。
当水蒸气凝结形成云层时，释放的潜热会增加大气的温度。
而当云层通过降水或蒸发释放潜热时，则会对大气的温度产生影响。
总结起来，流层大气的受热过程是一个复杂的过程，既受到太阳辐射和地球辐射的影响，又受到传导和水蒸气等因素的影响。
另外，地球自转和周围大陆和海洋的热导也对流层大气的受热过程产生了影响。
了解这些受热过程对于理解地球气候和天气变化是至关重要的，也对于预测未来气候变化和做出应对措施具有重要的意义。
天气学原理和方法 第八章 对流性天气过程
龙卷风产生于强烈不稳定的积雨云中。它 的形成与暖湿空气强烈上升、冷空气南下、 地形作用等有关。它的生命史短暂，一般 维持十几分钟到一二小时，但其破坏力惊 人，能把大树连根拔起，建筑物吹倒，或 把部分地面物卷至空中。江苏省每年几乎 都有龙卷风发生，但发生的地点没有明显 规律。出现的时间，一般在六七月间，有 时也发生在8月上、中旬。
2．生命史：每个阶段持续十几分钟至半小 时左右。 ３．水平尺度：约十几公里至中γ尺度。 ４．垂直运动：(垂直速度ωmax﹤15m/s) ５．垂直运动在对流层中层最强（300hpa500hpa）
６．降水分布：云中物态特征 0℃等温线 至-20℃等温线之间的区域主要由过冷水滴、 雪花、及冰晶组成，而冰晶是从-10℃附近 开始出现，并随高度逐渐增多。到冻结高 度，云顶突然向上发展，至对流层顶附近 后形成云砧。
1 雷电 雷电是由积雨云中冰晶“温差起电” 以及其它起电作用所造成的云与地之间 或云与云之间的放电现象。一般当云顶 发展到-20℃等温线高度以上时，云中便 有了足够多的冰晶，因此，就会出现闪 电和雷鸣。
2 阵雨 在雷暴云中上升气流最强区附近，一般 有一大水滴累积区，当累积量超过上升气 流承托能力时，便开始降雨。由于累积区 中的水倾盆而下，因而造成阵雨或暴雨。 阵雨持续时间为几分钟到一小时不等，视 雷暴云的强弱及含水量多少而定。
飑线发生之前多属晴好天气，气温较高， 风力微弱，风向很乱或多偏南风，空气湿 度较大，天气闷热，具备雷雨条件。
我国飑线的地理分布：飑线多发生在长江 流域以北地区，其中内蒙、河北、山西、 山东、河南、安徽、江苏和沿海等地每年 均有发生。
飑线常出现在气团内部或冷锋前，破 坏性很大，1982年2月28日至3月1日广 西壮族自治区发生的一次飑线，大风 风速达10.8-24.0m/s，并伴有大暴雨 和冰雹，在20个县造成影响，致使一 客轮翻船沉没，147人丧生，经济损失 达千万元以上。
天气学原理和方法--第4章--杨学斌--整理
系统也发生变化叫上游效应，反之称为下游效应。 （3） 对我国而言，在西风带中的上游是乌拉尔山地区，欧洲北大西洋和北美东岸三
个关键地区，下游是北太平洋。 （4） 波束随波长而变的波称为频散波。
10． 阻塞高压与切断低压 （1）阻塞形势：常把阻塞高压出现后的大范围环流形势称为阻塞形势。阻塞形势的基 本特征是有阻塞高压存在并且形势稳定。 （2）阻塞高压： 1）在西风带中长波槽脊的发展演变过程中，在脊不断北伸时，其南部与南方暖空气的 联系会被冷空气所切断，在脊的北边出现闭合环流，形成暖高压中心，叫做阻塞高压。 阻塞高压具备以下三个条件： ①中高纬度高空有闭合暖高压中心存在， 表明南来的强盛 暖空气被孤立于北方高空；②暖高压至少维持三天以上；③在阻塞高压区域内，西风急 流主流显著减弱，同时急流自高压西侧分为南北两支，绕过高压后再会合起来，其分支 点与会合点的范围一般大于 40～50 个经度。 2）阻高的后退有两种情况，一是连续后退，一是不连续后退。 3） （3） 切断低压： 1）在西风带中长波槽脊的发展演变过程中，在槽不断向南加深时，高空冷槽与北方冷 空气的联系被暖空气切断， 在槽的南边形成一个孤立的闭合冷性低压中心， 叫做切断低 压。 2）切断低压的形成过程有两种情况，一种与阻高相伴出现，另一种是西风槽切断，不 伴有阻塞高压。 3）切断低压的消失过程有两种，一是由于本身的摩擦作用，在向西南移动过程中逐渐
3． 北半球的罗斯贝三圈径向环流模式中，从南向北依次是哈得来环流、费雷尔环流、 极地环流。其中哈得来环流、极地环流是直接环流圈，费雷尔环流是间接环流圈。 4． 热带和极地东风带中，地球通过摩擦作用给大气一个向东的转动力矩，即东风带的 大气获得地球给予的西风角动量；在中、高纬度的西风带里，地球通过摩擦作用给大气 一个向西的转动力矩，大气本身也就损耗了西风角动量。 5． 极地和热带东风带中， 山脉的气压力矩作用将使地球获得向西的角动量而减速向东 转动，即大气得到了西风角动量而使东风减弱；在西风带中，山脉的气压力矩作用将使 地球获得了向东的角动量，加速向东转动，西风带的大气也因此损耗了西风角动量，西 风将减小。 ※大气在东风带中通过摩擦作用和山脉作用从地球表面获得西风角动量， 而在西风带又 由于摩擦和山脉作用失去西风角动量。 6． 大气内部角动量的水平输送主要是靠平均径向风角动量的水平输送， 定常挠动和非 定常挠动对 u 角动量的水平输送。 7． 气象学中把能量分为动能、位能和内能三种基本形式。在静力平衡系统中位能和内 能合并称为总位能，其中能够转换为动能的部分约占总位能的 0.5%，称它为有效位能。 平均而言，两极地区有能量净亏损为能汇，而赤道和低纬则有净盈余成为能源。
天气学原理和方法第八章对流性天气过程
㈢ 飑线 １．含义：有许多雷暴单体（其中包括若干 超级单体）侧向排列而形成的强对流云带。 风向、风速突变的狭窄的强对流天气带。很 具破坏力的严重灾害性天气。
２．水平尺度：长约几十至几百公里，宽约 几十公里至二百公里。
３．生命史：几小时至十几小时。
４．天气现象：大风、冰雹、龙卷。飑线 过境时，风向突变、风速急增、气压骤升、 气温剧降，同时伴有雷暴、暴雨
有一大水滴累积区，当累积量超过上升气 流承托能力时，便开始降雨。由于累积区 中的水倾盆而下，因而造成阵雨或暴雨。 阵雨持续时间为几分钟到一小时不等，视 雷暴云的强弱及含水量多少而定。
3 阵风
在雷暴云的成熟阶段，云中产生的下沉气流 冲到地表面向四周散开造成阵风。阵风发生前 风力较弱，多偏南风。阵风发生时，风向常呈 气旋式旋转，然后又呈反气旋式旋转。移动缓 慢的雷暴，云下的流出气流几乎是径向（即向 四面八方铺开）的。然而多数情况下，在雷暴 移向的下风方的风速要大于上风方。
四．强雷暴天气的成因 天气：大风（飑）、冰雹、龙卷 ㈠ 飑：
１．含义：伴随强风暴云来临，气压涌 升，气温急降，相对湿度增大的突然发 作的强烈阵风。飑是强阵风的意思
２．形成的原因：下击暴流到地表面向 四周散开。
㈡ 冰雹： １．含义：直径大于5毫米的固体降水物。 ２．共同特点： ①较强的上升运动（ωmax＞15m/s.） ②水份累积区和最大垂直速度区的高度一般 在零度层以上。
的强风暴云，是所有对流风暴云中最壮观和 最强烈的一类风暴云 ② 水平尺度：20-40km，垂直尺度：18km ③ 生命史：几个小时，移动路径可达数百公 里 ④ 环流：具有强大的非对称的有组织的垂直 环流，前部有上升气流，后部有下沉气流
2 结构特征
• 风暴云顶
南京信息工程大学805天气动力学2021年考研专业课初试大纲
南京信息工程大学硕士研究生招生入学考试考试大纲科目代码：805科目名称：天气动力学第1部分目标与基本要求《天气动力学》主要涵盖了《天气学原理》、《中国天气》及《动力气象学》三部分内容。
《天气学原理》和《中国天气》主要以天气学理论揭示大气运动的基本特征并阐述天气系统及天气过程生、消演变规律以及影响中国的主要天气过程。
《动力气象学》在热力学和流体力学的基础上，研究大气运动的动力过程、热力过程，从理论上探讨大气环流、天气系统演变的过程、规律和机理。
要求学生掌握系统掌握天气学和大气动力学的基本概念、基本理论和基本方法，理解天气系统演变的基本规律和机理，并理解各理论、学说之间的有机联系，提高分析问题、解决问题的能力，能理论联系实际并提高自己吸收新知识的能力。
第2部分内容与考核目标第一章大气运动的基本特征1. 了解大气运动各作用力含义、表达式及理解其物理意义2. 了解个别变化、局地变化、平流变化含义3. 掌握连续方程推导，了解质量散度、速度散度含义、表达式及其物理意义4. 了解尺度分析含义、掌握并理解自由大气中大尺度系统运动的特征5. 掌握Ro数的定义、物理意义和重要性6. 理解大尺度系统热力学能量方程的物理意义7. 了解P坐标系的优越性8. 了解位势、位势高度、位势米、几何米的概念9. 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10. 理解并掌握地转风、梯度风、热成风、地转偏差的含义、表达式、讨论及应用11. 了解正压大气、斜压大气的概念及物理意义第二章气团与锋1.了解锋、锋面、锋线、锋区含义及锋倾斜的原因2.了解冷性锢囚锋、暖性锢囚锋含义，要求会画出剖面图中锋位置及等温线分布3.了解马古列斯锋面坡度公式的物理意义4.理解锋附近温度分布特征及密度零级不连续面模拟锋面时，锋面附近要素场特征5.理解以密度一级不连续面模拟锋面时，锋面附近要素场特征6.掌握锋面分析中，高空测风资料应用7.了解锋生、锋消概念及概况；了解锋生带（线）、锋生函数、锋生条件概念8.理解锋生、锋消的运动学特点9.了解锋生、锋消的动力学特点第三章气旋与反气旋1.了解气旋和反气旋特征及分类2.理解绝对涡度、相对涡度和行星涡度概念、表达式、物理含义及含义2h H 3.理解大尺度系统运动中，固定点相对涡度变化可以用其位势高度变化表示4.掌握环流定理与涡度方程的物理意义；掌握大气中涡旋系统演变的主要物理机制5.理解位涡的概念，了解位涡方程的推导，了解“位涡思想”在天气学中的应用，会初步应用位涡守恒定律解释实际过程。
天气学原理和方法
天气学原理和方法天气学是研究大气现象和气象变化规律的科学，它涉及到大气的物理、化学、动力学等多个领域。
天气学的研究不仅可以帮助人们更好地了解天气现象的成因和规律，还可以为人们的生产生活提供重要的参考和指导。
在现代社会，天气学已经成为不可或缺的一门学科，对于气象预报、灾害防范、农业生产等方面都有着重要的作用。
本文将介绍天气学的基本原理和研究方法，希望能够为读者提供一些帮助。
首先，天气学的基本原理是建立在大气物理学的基础之上的。
大气是地球表面以上的气体层，它受到地球自转、地球公转、地形、水汽等因素的影响，从而产生了各种天气现象。
天气学通过研究大气的物理特性和运动规律，揭示了天气现象的成因和规律。
例如，气压、温度、湿度等因素是影响天气变化的重要因素，它们之间的相互作用决定了天气的变化。
另外，大气运动也是天气形成的重要原因，例如地转偏向力、地形影响等因素都会对大气运动产生影响，进而影响天气的变化。
其次，天气学的研究方法主要包括观测、实验和数值模拟等多种手段。
观测是天气学研究的基础，只有通过对大气各种物理量的观测，才能够了解大气的状态和变化。
目前，人们通过卫星、雷达、气象站等多种观测手段来获取大气信息，从而进行天气预报和气候研究。
实验是天气学研究的重要手段之一，通过实验可以模拟大气中的各种现象，从而验证理论和模型。
数值模拟是天气学研究的重要方法，通过建立数学模型和计算机模拟，可以对大气进行定量分析和预测，为气象预报提供科学依据。
总之，天气学是一门重要的科学，它的研究对于人类的生产生活有着重要的意义。
通过了解天气学的基本原理和研究方法，可以更好地理解天气现象的成因和规律，为气象预报、灾害防范、农业生产等提供科学依据。
希望本文能够帮助读者对天气学有一个初步的了解，激发大家对天气学的兴趣，为天气学的研究和应用做出更大的贡献。
现代天气学原理
现代天气学原理一、引言天气是人类日常生活中不可避免的因素，而现代天气学的出现和发展为人们提供了更加准确的天气预报和更好的应对灾害的能力。
本文将介绍现代天气学的原理。
二、大气层结构1.大气层结构概述大气层是指地球围绕自己旋转时所包含的空气层，其分为四个主要层次：对流层、平流层、中间层和热层。
其中对流层是我们生活所在的区域，其高度约为0-10公里。
2.对流层结构对流层内部温度随着高度增加而逐渐降低，这种逐渐降低的趋势被称为“温度递减率”。
此外，对流层还有一些特殊的结构如稳定层和不稳定层等。
三、大气运动1.大气运动概述大气运动是指在地球表面上空发生的各种物理过程。
其中最重要的两种运动分别是水平风和垂直风。
2.水平风水平风是指沿着地球表面水平方向吹动的风。
它受到地球自转和各种气象要素的影响，如地形、海洋、温度等。
3.垂直风垂直风是指沿着地球表面竖直方向上升降的气流。
它们受到大气中温度和湿度的影响，可以分为对流性和非对流性两类。
四、天气系统1.天气系统概述天气系统是指由大气中不同温度、湿度和压力等因素所形成的各种天气现象，如低压、高压、冷锋、暖锋等。
2.低压和高压低压是指大气中某一区域内空气密度较低的区域，其周围空气会向低压区域流动。
而高压则相反，是指密度较高的区域。
3.冷锋和暖锋冷锋是指在寒冷空气与温暖空气相遇时形成的边界线，通常会伴随着降雪或降雨。
而暖锋则相反，是在温暖空气与寒冷空气相遇时形成的边界线。
五、天气预报1.天气预报概述天气预报是指通过对大气各种因素的研究和分析，来预测未来几天的天气情况。
其主要分为数值模式和经验模式两种。
2.数值模式数值模式是通过计算机程序对大气运动方程进行求解，从而得到未来几天的天气情况。
它需要输入大量的观测数据和初始条件，以及一些物理参数。
3.经验模式经验模式则是基于历史数据和统计学方法进行推算，从而得到未来几天的天气情况。
它主要依赖于专家经验和观测数据。
六、结论现代天气学的发展为人类提供了更加准确的天气预报和更好的灾害应对能力。
天气学原理和方法
R=2.87×102m2/(s2K) 10-2
δp/p～
Cp=1004m2s-2K-1
Δhρ=10 -2103gm-3 1hPa=102103gm-1s-2
R/Cp～0.29 ρ～103gm-3
二、基本方程的简化方法
1.零级简化方程 零级简化：保留方程中数量级最大的各
项，而其他项都略去不计。 2.一级简化方程 一级简化：除保留方程中数量级最大的
-----单位质量空气所受到的净粘滞力
粘滞力是由分子不规则运动引起的动量交换（传递）
粘滞力与风速垂直切变 成正比
单位面积粘滞力（切应 力，雷诺应力）
净
单位质量空气净粘滞力（X分量）
单位质量空气净粘滞力（Y分量）
单位质量空气净粘滞力（Z分量）
总摩擦力为：
FF xF yF z
近似地有
二、视示力
由旋转坐标系的加速作用而 假想的力（惯性离心力、 地转偏向力）
1. 惯性离心力
在旋转坐标系中引入的,与向心力相 平衡(大小相等,方向相反)的力,称为 惯性离心力。
它不是一种真实力,而是由于站在非 惯性坐标系中观察运动,而又企图用 牛顿第二定律解释它的结果
向心力与惯性离心力
C=Ω2R
赤道
( F)
z
( F )p
F p
p
两边同除以 x ：
Z,-P
F x
z
F x
p
F p
p x
( xz ,y,z,t)
取 x 0
(x,y,p,t)
则y：
F x
z
F x
p
FpP= RxpT,
z
x
=P/RT
二. P坐标系与Z坐标系的转换关系
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强雷暴与一般雷暴的主要区别：
① 特定环流场，强的垂直切变和强的不 稳定。
② 特定的铅直环流稳定状态的含义：当 强雷暴发展到一定阶段时，会出现一 个可以维持数小时之久的近乎稳定的 较强较大，以及高度有组 织和不对称垂直环流。
（一）超级单体“风暴
１．定义及特征： ① 含义：具有单一的特大的垂直环流的巨大的
强风暴云，是所有对流风暴云中最壮观和最 强烈的一类风暴云 ② 水平尺度：20-40km，垂直尺度：18km ③ 生命史：几个小时，移动路径可达数百公里 ④ 环流：具有强大的非对称的有组织的垂直环 流，前部有上升气流，后部有下沉气流
2 结构特征
风暴云顶
垂直气流分两部分：斜升气流，下击暴流 无（或弱）回波区（穹窿）在风暴云的右 前方形成一个只有小云滴而没有（或很少 有）大水滴的地区，有时也可能是无云的 空穴。在雷达的RHI照片上便呈现为一个 无（或弱）回波区，它从风暴云右翼伸展 到风暴云内并存在云中向上突入一段距离， 一般称其为“穹窿”。上风侧是云墙，强 回波区下风侧是前伸悬体回波。
2．生命史：几个小时、中β尺度。 3. 水平尺度：可达几百公里。 4．每个单体处于不同的发展阶段。
一个典型的多单体雷暴群的平面图
三、一般雷暴天气的成因
1 雷电 雷电是由积雨云中冰晶“温差起电”以
及其它起电作用所造成的云与地之间或云与 云之间的放电现象。一般当云顶发展到20℃等温线高度以上时，云中便有了足够 多的冰晶，因此，就会出现闪电和雷鸣。
在弱的垂直风切变中 的孤立雷暴模型
四、“稳定状态”的强雷暴的结构
基本概念 飑暴：以强烈阵风为主的强雷暴 雹暴：以严重降雹为主的强雷暴 生命史：较长，几小时--十几小时 在强垂直切变环境下发展起来的
超级单体风暴、多单体风暴、龙卷风暴、飑 线是常见的强风暴
具有以下共同特征： 有一支倾斜的上升气流； 有一支下沉气流从中层进入风暴，从低 层流出，下沉气流与入流气流辐合，使 上升运动更强； 上升气流合下沉气流构成不对称环流和 天气系统。
下击暴流的形成： ① 降水物的拖拽作用 ② 在中层云外围绕流干冷气流被卷入后，在云
体前部逐渐下沉。 ③ 在中层，从云后部直接进入云中的干空气，
2 阵雨 在雷暴云中上升气流最强区附近，一般
有一大水滴累积区，当累积量超过上升气流 承托能力时，便开始降雨。由于累积区中的 水倾盆而下，因而造成阵雨或暴雨。阵雨持 续时间为几分钟到一小时不等，视雷暴云的 强弱及含水量多少而定。
3 阵风
在雷暴云的成熟阶段，云中产生的下 沉气流冲到地表面向四周散开造成阵风。 阵风发生前风力较弱，多偏南风。阵风发 生时，风向常呈气旋式旋转，然后又呈反 气旋式旋转。移动缓慢的雷暴，云下的流 出气流几乎是径向（即向四面八方铺开） 的。然而多数情况下，在雷暴移向的下风 方的风速要大于上风方。
雷暴云：指产生雷暴的积雨云（cb）。 一般雷暴：通常把只伴有阵雨的雷暴称
为“一般雷暴”。 强雷暴：伴有雷雨、大风、冰雹、龙卷
等严重的灾害性天气现象之一 的雷暴称为强雷暴。
积雨云
鬃积雨云
§4.1雷暴的结构及雷暴 天气的成因
一般雷暴的结构 雷暴群或带 一般雷暴天气的成因 “稳定状态”的强雷暴的结构 强雷暴天气的成因
一、一般雷暴的结构 1．生命史的三个阶段 ① 积云阶段（发展阶段） ② 成熟阶段 ③ 消散阶段
பைடு நூலகம்
成熟期
积云期
消散期 雷雨胞生命史，显示胞内垂
直气流和凝结物的分布
2．生命史：每个阶段持续十几分钟至半 小时左右。
３．水平尺度：约十几公里至中γ尺度。 ４．垂直运动：(垂直速ωmax﹤15m/s) ５．垂直运动在对流层中层最强
主要内容
➢概 述 ➢雷暴的结构及雷暴天气的成因 ➢中小尺度天气系统
概述
对流性天气：由大气中的对流不稳定层结造 成的，并伴有阵雨、大风、冰雹、龙卷等天 气现象。
对流性天气的特征： ㈠ 对流性天气都是对流旺盛的积雨云（cb）
的产物 ㈡ 对流性天气具有范围小，发展快的特点。 ㈢ 对流性天气发展剧烈，易形成灾害。
风暴的运动方向一般偏向于对流云中层
的风的右侧。所以这类风暴也叫做“右 移强风暴”，但有的强风暴也可以是左
移的。 环境风因为风暴云十分高大，因此它迫 使环境气流分成两股绕云而过，在环境 气流与云边界之间会发生涡旋混合作用。
超级单体三维环流 模型
斜升气流的形成：下击暴流的辐散气流与进入 云体的暖湿气流汇合产生。
（300hpa-500hpa）
６．降水分布：云中物态特征 0℃等温线 至-20℃等温线之间的区域主要由过冷水滴、 雪花、及冰晶组成，而冰晶是从-10℃附近 开始出现，并随高度逐渐增多。到冻结高 度，云顶突然向上发展，至对流层顶附近 后形成云砧。
二、雷暴群或带
１．含义：有许多雷暴单体随机聚集成群 或带（各单体处于不同阶段），每个单体 都具有独立的云内环流，都经历发展阶段、 成熟阶段和消散阶段，并处于不断新生和 消失的新陈代谢过程中。
暴雨、冰雹、龙卷、雷暴大风等 中尺度强风暴天气能形成严重自然 灾害，给国民经济建设和军事活动 带来重大损失。世界各国频数较高 的自然灾害是气象原因造成的，而 由中尺度天气造成的重大灾害占有 很大比例。
本章重点：
• 雷暴系统的结构特征和活动规律 • 强雷暴云发生发展有利条件
本章难点：
• 强雷暴云结构特征
4 压、温、湿的变化
由于下沉气流中水滴蒸发，使下沉气流 几乎保持饱和状态，因此在雷暴云下形成一 个近乎饱和的冷空气堆，因其密度较大所以 气压较高，这个高压叫“雷暴高压”。当雷 暴云向前移动时，云下的雷暴高压也随之向 前移动，使得测站气压先下降、后上升，温 度下降（冷空气堆），相对湿度上升，绝对 湿度下降（与温度有关，近与饱和）。
雷暴：积雨云中所发生的雷电交作的激 烈放电现象，同时指产生这种天气现象的天 气系统。雷暴是由旺盛积雨云所引起的伴有 闪电、雷鸣和强阵雨的局地风暴。
没有降水的闪电、雷鸣现象，称干雷暴 雷暴过境时，气象要素和天气现象会发 生剧烈变化，如气压猛升，风向急转，风速 大增，气温突降，随后倾盆大雨。强烈的雷 暴甚至带来冰雹、龙卷等严重灾害。