天氣學(xué)原理根底

16天氣學(xué)原理根底一、大氣運(yùn)動(dòng)的根本特征1、真實(shí)力：氣壓梯度力、地心引力、摩擦力氣壓梯度力：作用于單位質(zhì)量氣塊上的凈壓力，由于氣壓分布不均勻而產(chǎn)生地心引力：地球?qū)挝毁|(zhì)量空氣的萬(wàn)有引力 心。摩擦力：?jiǎn)挝毁|(zhì)量空氣受到的凈粘滯力 界層〔摩擦層〕考慮摩擦作用，自由大氣中則無(wú)視摩擦作用。2、視示力：慣性離心力、地轉(zhuǎn)偏向力慣性離心力方向相反地轉(zhuǎn)偏向力(科氏力〕：觀測(cè)者站在旋轉(zhuǎn)地球上觀測(cè)單位質(zhì)量空氣塊運(yùn)動(dòng)，覺察在北半球有一個(gè)向右偏的力，在南半球向左偏的力。稱此由于坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致物體沒有受力卻消滅加速度，違反牛頓其次定律，從而引入，以使牛頓運(yùn)動(dòng)定律在旋轉(zhuǎn)參考系中成立地轉(zhuǎn)偏向力的特點(diǎn)：在北半球，左側(cè)；地轉(zhuǎn)偏向力的大小與相對(duì)速度成正比重力垂直于水平面極地最大重力是垂直方向上的，而大氣運(yùn)動(dòng)是準(zhǔn)水平的；科氏力始終垂直于速度方向，故只轉(zhuǎn)變方向，不作功；所以，引起大氣運(yùn)動(dòng)的最重要作用是：由于壓力分布不均勻而產(chǎn)生的壓力梯度力〔熱力作用引起的〕3、掌握大氣運(yùn)動(dòng)的根本規(guī)律：能量守恒、質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒牛頓其次運(yùn)動(dòng)定律——運(yùn)動(dòng)方程質(zhì)量守恒定律——連續(xù)方程氣體試驗(yàn)定律——?dú)怏w狀態(tài)方程4、地轉(zhuǎn)風(fēng)相平衡時(shí)的空氣的水平運(yùn)動(dòng)。風(fēng)沿等壓線〔等高線、等位勢(shì)線〕吹，背風(fēng)而立低壓在左高壓在右地轉(zhuǎn)風(fēng)性質(zhì)：1〕地轉(zhuǎn)關(guān)系是在無(wú)摩擦，不考慮加速度和垂直方向的地轉(zhuǎn)偏向力的狀況下近似成立的地轉(zhuǎn)風(fēng)的大小與水平氣壓梯度力成正比地轉(zhuǎn)風(fēng)與等壓線平行，在北半球，背風(fēng)而立，低壓在左高壓在右，南半球，背風(fēng)而立，低壓在右高壓在左〔風(fēng)壓定律〕4〕地轉(zhuǎn)風(fēng)速大小與緯度成反比，但在赤道上=0地轉(zhuǎn)平衡不成立。無(wú)科氏力存在，所以低緯度不能用地轉(zhuǎn)風(fēng)近似。5、梯度風(fēng)水平氣〔逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)〕或反氣旋性彎曲〔順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這種風(fēng)稱為梯度風(fēng)。適用范圍：北半球中高緯地區(qū)，大尺度系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，曲線運(yùn)動(dòng)，三力平衡。氣壓場(chǎng)風(fēng)場(chǎng)高壓四周的風(fēng)場(chǎng)是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，低壓四周的風(fēng)場(chǎng)是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。流線與軌跡：定義流線：是指在某一固定時(shí)刻，處處與風(fēng)向相切并指向氣流方向的曲線。軌跡：是指在某一段時(shí)間內(nèi)個(gè)別空氣塊運(yùn)動(dòng)的路徑。流線能表現(xiàn)在某一時(shí)刻的天氣圖上，而軌跡卻不能。所以日常中，等壓線、等高線近似為流線，不能當(dāng)作軌跡線。6、熱成風(fēng)：地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度的轉(zhuǎn)變量適用范圍：北半球中高緯度地區(qū)，自由大氣中大尺度系統(tǒng)。大?。篴．與緯度成反比，與等厚度線的疏密成正比b．與〔3〕〔等平均溫度線〕吹，背風(fēng)而立，厚度〔平均溫度〕高的在右。地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)有暖平流，地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)有冷平流正壓大氣〔等溫面〕重合，沒有熱成風(fēng)斜壓大氣面和等密度面〔或等溫面〕是相交的。等壓面上具有溫度梯度，地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度變化，就有熱成風(fēng)熱成風(fēng)存在于斜壓大氣中7、地轉(zhuǎn)偏差實(shí)際風(fēng)與地轉(zhuǎn)風(fēng)之差稱為地轉(zhuǎn)偏差。地轉(zhuǎn)偏差很小，但很重要的一個(gè)動(dòng)力因子。摩擦層中的地轉(zhuǎn)偏差：垂直于摩擦力的方向，指向摩擦力方向右側(cè)。風(fēng)向比應(yīng)有的梯度風(fēng)風(fēng)速小，指向低壓。摩擦層中由于摩擦作用，低壓輻合上升，高壓輻散下沉。一般來(lái)說，中緯度對(duì)流層中，高層以法向和切向地轉(zhuǎn)偏差造成的地轉(zhuǎn)偏差垂直于加速度的方向，并指向加速度方向的左方一般來(lái)說，中緯度對(duì)流層中，高層以法向和切向地轉(zhuǎn)偏差造成的輻合輻散為主，低層以變壓風(fēng)造成的輻合輻散為主，所以在高層槽前脊后輻散，槽后脊前輻合；在低層槽前脊后輻合，槽后脊前輻散。因此，槽前脊后低層輻合，高層輻散，有上升運(yùn)動(dòng)；槽后脊前低層輻散，高層輻合，有下沉運(yùn)動(dòng)輻合輻散為主，低層以變壓風(fēng)造成的輻合輻散為主，所以在高層槽前脊后輻散，槽后脊前輻合；在低層槽前脊后輻合，槽后脊前輻散。因此，槽前脊后低層輻合，高層輻散，有上升運(yùn)動(dòng)；槽后脊前低層輻散，高層輻合，有下沉運(yùn)動(dòng)二、氣團(tuán)與鋒1、氣團(tuán)水平方向數(shù)千公里，垂直范圍可達(dá)幾公里到十幾公里。氣團(tuán)掌握的天氣：水平方向：天氣現(xiàn)象根本一樣，溫濕分布均勻；垂直方向：氣象要素分布一樣〔包括穩(wěn)定度〕氣團(tuán)源地：具有形成氣團(tuán)溫、濕屬性比較均勻條件的地區(qū)。形成條件：性質(zhì)均勻的寬闊的地球外表，下沉輻散，穩(wěn)定的環(huán)流方式：各種尺度的湍流、系統(tǒng)性垂直運(yùn)動(dòng)、蒸發(fā)、分散和輻射等物理過程分類：地理分類法：北極氣團(tuán)〔冰洋氣團(tuán)〕、極地氣團(tuán)、熱帶氣團(tuán)、赤道氣團(tuán)熱力分類種分類法，氣團(tuán)可以分為暖氣團(tuán)和冷氣團(tuán)兩種類型。冬季：極地大陸氣團(tuán)和熱帶海洋氣團(tuán)、北極氣團(tuán)夏季：西伯利亞氣團(tuán)、熱帶海洋氣團(tuán)、熱帶大陸氣團(tuán)、赤道氣團(tuán)春季：西伯利亞氣團(tuán)、熱帶海洋氣團(tuán)秋季：變性西伯利亞氣團(tuán)主導(dǎo)，熱帶海洋氣團(tuán)。2、鋒鋒：冷暖氣流相遇所形成的狹窄過渡帶鋒區(qū)氣團(tuán)一側(cè)傾鈄，這樣的之間的過渡區(qū)。水平寬度約幾十到幾百公里，一般上寬下窄。鋒面成是空間一個(gè)面鋒線：鋒面與地面的交線鋒面的坡度公式其他條件不變，鋒面坡度隨緯度增高而增大。赤道上，沒有鋒面存在鋒兩側(cè)溫差越大坡度越小，溫差為零則不會(huì)有鋒面鋒兩側(cè)風(fēng)速差為零時(shí)，鋒面不存在；鋒存在時(shí)，兩側(cè)平行于它的地轉(zhuǎn)風(fēng)分速應(yīng)具有氣旋式切變。鋒面坡度與鋒面兩側(cè)風(fēng)速差成正比冷暖氣團(tuán)的平均溫度越高坡度越大分類：按移動(dòng)過程中冷、暖氣團(tuán)所占地位：側(cè)運(yùn)動(dòng)側(cè)運(yùn)動(dòng)靜止鋒：冷暖氣團(tuán)勢(shì)力相當(dāng)，鋒面移動(dòng)很少暖氣團(tuán)、較冷氣團(tuán)、更冷氣團(tuán)相遇時(shí)先構(gòu)成兩個(gè)鋒面，然后其中一個(gè)追上另一個(gè)鋒面即形成錮囚。對(duì)流層鋒、地面鋒、高空鋒〔北極鋒〕、極鋒、副熱帶〔熱帶〕鋒鋒面四周氣壓場(chǎng)、溫度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)的特征氣壓場(chǎng)：鋒面兩側(cè)的氣壓梯度不連續(xù)，等壓線通過鋒線時(shí)產(chǎn)生折角，并且折角指向高壓，鋒區(qū)處在低壓槽內(nèi)。氣一側(cè)偏的越多；等溫線越密集，水平溫度梯度越大，鋒區(qū)越強(qiáng)。所以，鋒線兩側(cè)風(fēng)場(chǎng)是氣旋性切變。大而無(wú)明顯平流，可能是靜止鋒地面圖上確定鋒面：溫度、露點(diǎn)、氣壓和風(fēng)、變壓、云和降水。鋒面天氣的輸送帶模式雨區(qū)的主要?dú)饬鳌７譃榕斔蛶В合蚝笊匣斔蛶?、向前上滑暖輸送帶和冷輸送帶鋒生、鋒消度或位溫水平梯度加大的過程。鋒消：指作用相反的過程北方鋒生帶：河西走廊到東北鋒生時(shí)的溫壓場(chǎng)形勢(shì)高空溫壓場(chǎng)——鋒生區(qū)的上空有低槽移入和進(jìn)展地面氣壓場(chǎng)——地面天氣圖上，鋒生常發(fā)生在低壓或低槽中鋒生時(shí)氣象要素的變化3h變壓消滅；暖鋒鋒生3h變壓消滅風(fēng)場(chǎng)——江南地區(qū)，暖鋒鋒生前常有明顯的氣旋性風(fēng)切變天氣狀況——鋒生前天氣有明顯變化30-40oN三、氣旋與反氣旋1〔反氣旋〔高〕于四周的流場(chǎng)中的渦旋。氣旋在北半球逆〔順〕時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在南半球相反。反氣旋強(qiáng)于海上的氣旋按地理分為熱帶氣旋和溫帶氣旋鋒面氣旋和無(wú)鋒氣旋反氣旋地理分為冷性和暖性反氣旋2、渦度方程、位勢(shì)傾向方程、ω方程渦度：表示流體質(zhì)塊的旋轉(zhuǎn)程度和旋轉(zhuǎn)方向水平無(wú)輻散大氣中確定渦度守恒地轉(zhuǎn)風(fēng)確定渦度平流可分為地轉(zhuǎn)渦度的地轉(zhuǎn)風(fēng)平流和相對(duì)渦度的地轉(zhuǎn)風(fēng)平流推斷槽脊移動(dòng)：波長(zhǎng)<3000km的短波，以相對(duì)渦度平流為主有正變、、、、、、、、、、、、、、、槽線、脊線：相對(duì)渦度平流為0，等壓面高度沒有變化，槽脊不會(huì)進(jìn)展，而是向前移動(dòng)。波長(zhǎng)>3000km的長(zhǎng)波，以地轉(zhuǎn)渦度平流為主槽前脊后：有偏南風(fēng)時(shí)，有正變高槽后脊前：有偏北風(fēng)時(shí)，有負(fù)變高槽線、脊線上無(wú)變高，槽無(wú)加深減弱，向后移動(dòng)即向西移動(dòng)。自由大氣中，溫度平流總是隨高度減弱的，假設(shè)有暖平流時(shí)，等壓面上升；假設(shè)有冷平流，等壓面降低。槽前脊后，暖平流，有上升運(yùn)動(dòng)槽后脊前，冷平流，有下沉運(yùn)動(dòng)3、動(dòng)力因子和熱力因子動(dòng)力因子〔渦度因子〕－－相對(duì)渦度平流上下層渦度平流的差異(地面低壓中心渦度平流很弱)促使了地面氣旋的進(jìn)展。我們稱它為氣壓變化的動(dòng)力因子，也稱渦度因子。熱力因子——溫度平流地面氣旋后部，反氣旋前部為冷平流加壓；氣旋前部，反氣旋后部為暖平流減壓，分別使氣旋和反氣旋向前移動(dòng)槽加深脊加強(qiáng)。4、溫帶氣旋的進(jìn)展階段和溫壓場(chǎng)波動(dòng)階段消滅閉合等高線。溫度平流零線穿過氣旋中心，氣旋前部為暖平流，后部為冷平流。成熟階段：高空槽加深并已消滅閉合中心，溫度場(chǎng)仍落后于高度場(chǎng)，但兩者比前一階段接近。錮囚階段和冷中心更加接近。地面氣旋進(jìn)展到最強(qiáng)階段，開頭錮囚。消亡階段也變成一冷低壓，鋒面移到氣旋的外圍。反氣旋：初生階段、進(jìn)展階段、消亡階段5、氣旋再生、氣旋族、熱低壓和爆發(fā)性氣旋的含義氣旋再生來(lái)的過程。加強(qiáng)。氣旋族：在同一條鋒系上消滅的氣旋序列熱低壓：一種無(wú)鋒面氣旋，由于近地面加熱，一般只消滅在近地面層〔700hPa以下〕，3－4km低壓和鋒前熱低壓。爆發(fā)性氣旋24h下24hPa。6、北方氣旋、南方氣旋南方氣旋〔25o-35oN〕：江淮氣旋〔發(fā)生地主要在長(zhǎng)江中下游、淮河移入海后而改稱的，有的是在東海地區(qū)生產(chǎn)的〕北方氣旋〔45o-55oN〕：蒙古氣旋〔多生成在蒙古中部、東部〕、東旋移到東北地區(qū)而改稱的〔生成于河套及黃河下游地區(qū)〕和黃海氣旋〔生成于黃海和由內(nèi)陸移來(lái)的氣旋〕7、倒槽鋒生型氣旋江淮氣旋：靜止鋒上波動(dòng)、倒槽鋒生倒槽鋒生型流將暖空氣向北輸送地面減壓形成倒槽并東伸。這時(shí)在北支鋒區(qū)上有一小槽從西北移來(lái)，在地面上協(xié)作有一條冷鋒和鋒后冷高壓。典型氣旋和倒槽鋒生氣旋有何不同：典型氣旋：的鋒面，高空有擾動(dòng)倒槽鋒生氣旋：發(fā)生在倒槽中；具有西南風(fēng)和東南風(fēng)的切變。形成之初無(wú)明顯鋒區(qū)，以后由于鋒生，鋒區(qū)才開頭明顯起來(lái)，但高空有比較明顯的槽。四、大氣環(huán)流1、大氣環(huán)流：一般來(lái)說，指大氣具有全球范圍的大尺度大氣運(yùn)行的根本狀況，其水平尺度10km1~2天以上。半永久性大氣活動(dòng)中心：冰島低壓，阿留申低壓，太平洋副高〔夏威夷高壓〕，大西洋副熱帶高壓〔亞速爾高壓〕，格陵蘭高壓(蒙古高壓或西伯利亞高壓)低壓、北美冷高壓、2、掌握大氣環(huán)流的根本因子：太陽(yáng)輻射、地球自轉(zhuǎn)、地球外表不均勻性、地面摩擦。海陸分布的影響冬季吹陸風(fēng)。地形影響西風(fēng)繞流作用形成北氣旋性渦度加強(qiáng)。冬季東亞大槽是海陸熱力差異和西藏高原地形動(dòng)力作用的產(chǎn)物。3、三圈環(huán)流0-30°S/N哈得來(lái)環(huán)流圈低層?xùn)|北東南信風(fēng)，高層西風(fēng)30-60°S/N費(fèi)雷爾環(huán)流圈低層西風(fēng)，高層帶狀西風(fēng)60-90°S/N極地環(huán)流圈低層?xùn)|風(fēng)，高層西風(fēng)季風(fēng)——主要是由海陸熱力差異的季節(jié)變化造成的風(fēng)(也有動(dòng)力作用)；海陸風(fēng)稱為海陸風(fēng)。山谷風(fēng)——由山谷熱力差異造成的晝夜風(fēng)向相反的山谷環(huán)流；白天，風(fēng)從山谷吹向山坡，這種風(fēng)稱“谷風(fēng)(valleybreeze)”；到夜晚，風(fēng)從山坡吹向山谷稱“山風(fēng)(mountainbreeze)”。焚風(fēng)——地形造成的一種典型的干熱風(fēng)4、極鋒與副熱帶鋒極鋒定義：來(lái)自極地和高緯的低層?xùn)|北氣流，一般比較干冷，與來(lái)自低緯的暖濕西南氣流相遇形成的鋒區(qū)。間接環(huán)流高空的較干冷北風(fēng)氣流之間形成的鋒區(qū)。5、極渦60oN〔S〕-90oN(S)范圍內(nèi)繞極地逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的大氣環(huán)流。極渦是活動(dòng)于極地四周的冷性渦旋。6、沃克環(huán)流：緯圈環(huán)流最主要的構(gòu)造是在印度尼西亞和西太平洋暖洋面上的上升運(yùn)動(dòng)及其東西兩側(cè)的下沉運(yùn)動(dòng)。拉尼娜——增加沃克環(huán)流；7、急流含義：一股強(qiáng)而窄的氣流帶，主要集中在對(duì)流層的上部或平流層中，急流中心最大風(fēng)速≥30m/s