成信工天氣學原理課件05天氣系統(tǒng)與天氣形勢的天氣學預報方法

第五章天氣系統(tǒng)與天氣形勢的天氣學預報方法第一節(jié)天氣系統(tǒng)的外推預報法外推法——將天氣系統(tǒng)過去的演變趨勢外延以推測未 來的狀況一、閉合系統(tǒng)的外推法

1、等速外推：

2、變速外推二、槽脊線的外推

1、移動外推——分段外推2、強度外推——等高線振幅三、說明：

1、在天氣形勢穩(wěn)定的時候可用外推

2、但在天氣出現(xiàn)轉折時不可用

3、外推的時間是短期的，長期不能用第2節(jié)天氣系統(tǒng)的運動學預報方法運動學法——利用變壓、變高的分布特點，通過運動學公 式，預測系統(tǒng)未來的移動的變化一、系統(tǒng)移動的運動學公式取固定坐標系——固定于地表，以速度運動的質點

———①取運動坐標系——隨天氣系統(tǒng)移動，設天氣系統(tǒng)移動速度為，空氣質點移速為空氣質點相對于運動坐標系的移速為（-）

——②①－②得到：=

——③如果取x軸與系統(tǒng)移動方向一致，=0運動系統(tǒng)中的特性點，線上某物理量為零則③式改寫為0=

——④③

、④式即為系統(tǒng)移動的運動學公式二、槽脊線的移動預報

1、移動公式：取運動坐標系隨槽脊線移動，x軸與運動槽脊方向一致

則槽脊線上，

帶入③式得到

——⑤槽脊線移速公式

~變壓

＞0

變壓升度＞0低壓槽

<0變壓梯度

<0

高壓脊變壓在X方向上的變化率等高線的彎曲程度

當,槽前的變壓>0,槽后<0，C<0槽西退

當,槽前的變壓<0,槽后>0,C>0槽東進

2、預報規(guī)則

1）槽脊線移動方向

a)槽線>0:b)脊線<0:

當，C>0，脊東進

當，C<0，脊西退

所以槽線沿變壓梯度方向移動，脊線沿變壓升度方向移動

2）槽（脊）線的移動速度與變壓梯（升）度成正比與槽（脊）強度成反比。三.氣旋和反氣旋中心的移動預報

1.移動公式設高低壓為橢圓，x軸為長軸，y軸為短軸

取運動坐標系原點隨高、低壓中心移動，移速為則高、低壓中心，分別帶入③式∴

同理有系統(tǒng)中心移速公式：系統(tǒng)移動方向與x軸夾角其中，為變壓升度I沿x軸、y軸的分量，

為變壓升度與x軸的夾角2.預報規(guī)則

①正圓形系統(tǒng)：

正圓形的高（低）壓沿變壓的升度（梯度）方向移動，其移動速度與變壓升度（梯度）成正比，與系統(tǒng)強度成反比②橢圓形系統(tǒng)：

橢圓形高壓（低壓）的移動方向介于變壓升度（梯度）與長軸之間，長軸越長，越接近于長軸，其移動速度與變壓升度（梯度）成正比，與系統(tǒng)強度成反比。四、氣壓系統(tǒng)強度預報由③式有低壓中心或槽線上出現(xiàn)負變壓，系統(tǒng)加強；反之減弱高壓中心或脊線上出現(xiàn)正變壓，系統(tǒng)加強；反之減弱

第3節(jié)高空天氣形式預報一、基本方程取簡化的渦度方程：

——⑥

——⑦設各層等溫線平行——各層之間熱成風方向相同

——⑧其中為平均層風速；為平均層熱成風

A為系數(shù)平均層上A=0

平均層以下A＜０平均層以上Ａ＞０

取渦度——

⑨將⑧，⑨式代入⑦式，并積分∴

——⑩

說明：a）平均層在600hpa左右，以500hpa代替

b）（經驗值）

c）熱成風渦度平流小于相對渦度平流，更小于地 轉渦度平流，但斜壓性重要取平均

換成地轉風形勢：

——⑩高空形勢預報方程平均層上的渦度局地變化取決于：

1）該層渦度平流

2）熱成風對熱成風渦度平流（簡稱熱成風渦度平流）二.討論⑩式——預報規(guī)則

1.左端項：

2.地轉渦度平流∵f>0,∴天氣圖應用——長波對南北向槽脊，地轉渦度平流使槽脊西退對東西向槽脊，槽脊西部加強，東部減弱3.相對渦度平流（自然坐標系）

渦度表達式—11

地轉風表達式—12相對渦度平流—13

將11，12式代入13式得到：

—14

①散合項——

ks<0

氣旋性曲率

ks<0反氣旋性曲率

——等高線梯度

等高線梯度沿氣流方向增大——等高線沿氣流方向散開等高線梯度沿氣流方向減小——等高線沿氣流方向匯合

等高線呈氣旋性曲率，沿氣流方向散開當?shù)雀呔€呈反氣旋性曲率，沿氣流方向匯合

氣旋性渦度增加即等壓面位勢高度降低

等高線呈氣旋性曲率沿氣流方向匯合當?shù)雀呔€呈反氣旋性曲率，沿氣流方向散開

反氣旋性渦度增加即等壓面位勢高度升高

天氣圖上的應用a)

不對稱疏散槽脊——發(fā)展加強槽脊b)

不對稱匯合槽脊——減弱槽脊c)

對稱槽脊——無發(fā)展（強度不變）槽脊前散開，槽脊后匯合，槽脊移動迅速槽脊前匯合，槽脊后散開，槽脊移動緩慢或西退②曲率項——

——等高線梯度：，曲率渦度沿氣流方向增加

，曲率渦度沿氣流方向減小當，，，曲率渦度沿氣流方向減小，有正曲率渦度平流，高度降低——槽前當，，，曲率渦度沿氣流方向增加，有負曲率渦度平流，高度升高——槽后③疏密項——

——等高線梯度

，等高線密集程度沿n方向減小，產生正切變渦度，等高線密集程度沿n方向增大，產生負切變渦度當，，，切變渦度沿氣流方向減小，有正的切變渦度平流，高度降低

當，，，切變渦度沿氣流方向增加，有負的切變渦度平流，高度升高

4.熱成風渦度平流（溫度場）自然坐標系熱成風

h：1000~500hpa厚度—15

熱成風渦度

—16熱成風渦度平流

—17

將15式代入16

，17式得到

——18

18與14式同理討論，等高線等溫線

溫度場對高度場的影響

天氣圖應用發(fā)展槽脊的溫壓場配置——溫度槽脊落后于高度槽脊相對渦度平流使槽脊東移熱成風渦度平流使槽脊發(fā)展第4節(jié)地面天氣形勢預報一.基本方程設：＝1000hpa位勢高度（地面氣壓）＝高空平均層位勢高度（500hpa）兩層厚度

則

——19代入靜力學方程和狀態(tài)方程得到：

——20

將20式代入19式得到

——21由熱流量方程

——22將22式代入21式得：

——

23

地面形勢預報方程

二、討論23式——地面預報規(guī)則

1.平均層高度變化項當

高空正渦度平流區(qū)（渦度平流+熱成風渦度平流）有利于地面氣壓下降——有利于地面氣旋發(fā)展

當高空負渦度平流區(qū)——地面氣旋上升，有利于地面反 氣旋發(fā)展２.平均溫度平流項

1)當，暖平流,

暖平流，地面氣壓下降——有利于氣旋發(fā)展

當，冷平流，冷平流，地面氣壓上升——有利于反氣旋發(fā)展2)引導氣流地面系統(tǒng)中心一般沿平均層地轉風方向移動，稱平均層氣流為引導氣流統(tǒng)計經驗：地面的低壓中心移動的方向偏于500hpa氣流的右側地面的高壓中心移動的方向偏于500hpa氣流的左側由于絕熱變化項和非絕熱變化項對溫度平流項有抵消作用，地面系統(tǒng)中心移速為500hpa風速的50～70％

３.絕熱變化項

①大氣呈穩(wěn)定狀態(tài)

②大氣不穩(wěn)定狀態(tài)天氣圖上:氣旋發(fā)展條件：1）不穩(wěn)定；2）上升運動；3）水氣充沛４.非絕熱變化項

a)當

非絕熱加熱，溫度升高，地面氣壓下降——有利于氣旋發(fā)展

b)當

非絕熱冷卻，溫度降低，地面氣壓升高——有利于反氣旋發(fā)展

天氣圖上：冷的下墊面有利于地面反氣旋形成，發(fā)展暖的下墊面有利于地面氣旋形成，發(fā)展第5節(jié)地形和摩擦的影響一.地