天氣學原理課件

大氣環(huán)流大氣環(huán)流是指全球範圍的大尺度大氣運行的基本狀況水準尺度——數千公里以上垂直尺度——10公里以上時間尺度——幾天§1大氣平均流場特徵與季節(jié)轉換一、平均緯向風分量的經向分佈1、低緯度為東風帶——30°N~30°S最大東風風速中心：1（7）月在南（北）半球平流層

7月北半球平流層緯向平均西風分佈2、中高緯為西風帶北半球：1月最大西風風速中心—40m/s,200hpa,30°N7月最大西風風速中心—16m/s,200hpa,40°N即西風帶冬強夏弱，隨季節(jié)南北位移南半球：西風中心強度冬夏變化不大，200hpa，隨季節(jié)南北位移3、極區(qū)近地面為弱東風帶

冬季對流層至平流層均為西風夏季極區(qū)平流層為極地東風二、平均徑向風分量的徑向分佈1、徑向風比緯向風小得多地球上基本是環(huán)繞緯圈的大氣運動，有弱的南北向氣流交換2、北半球低緯度冬季—高層南風，低層北風夏季—高層北風，低層南風三、平均的水準環(huán)流（氣壓場）1、北半球500hpa平均環(huán)流特徵①極區(qū)為極渦控制—冬強夏弱冬季2個低渦中心：格陵蘭西部、東西伯利亞夏季1個低渦中心：極區(qū)②中高緯中高緯是以極渦為中心的環(huán)繞緯圈的西風環(huán)流—冬強夏弱，西風帶中有“冬三夏四”的平均長波槽。

冬季三個長波槽：東亞大槽—140°E

北美大槽—

70°w

歐洲淺槽—

40°E

夏季四個長波槽：東亞大槽—

160°-180°E

北美大槽—

60°w

歐洲西海岸槽—0°-10°E

貝加爾湖西部槽—90°E

冬季中低緯有5個西風帶槽：東亞、北美、孟加拉灣、地中海、東太平洋③低緯度低緯度為副熱帶高壓控制—冬弱夏強，隨季節(jié)南北位移冬季副高弱—其範圍在20°N以南夏季副高強—其範圍在40°N以南2、北半球海平面平均氣壓場特徵①北半球有５個半永久性的大氣活動中心—海洋系統(tǒng)太平洋副高和大西洋副高：夏強冬弱，南北位移阿留申低壓和冰島低壓：冬強夏弱格陵蘭高壓②北半球有４個季節(jié)性大氣活動中心—大陸系統(tǒng)冬季：亞洲冷高壓和北美冷高壓夏季：亞洲熱低壓和北美熱低壓四、大氣環(huán)流的季節(jié)轉換1、北半球大氣環(huán)流的季節(jié)特點①11月～５月為冬季環(huán)流型：西風帶三個長波槽，西風急流強位置偏南，東亞南北兩支西風急流②７月～９月為夏季環(huán)流型：西風帶四個長波槽，西風急流弱偏位置北，東亞一支西風急流２、兩次季節(jié)突變①6月突變——冬季環(huán)流型轉為夏季環(huán)流型②10月突變——夏季環(huán)流型轉為冬季環(huán)流型大氣運動方程一.標準坐標系的運動方程(局地直角坐標系)分量形式：1.尺度簡化大氣運動系統(tǒng)的分類水準尺度(水準範圍所佔有的空間)時間尺度行星尺度104km周大尺度103km幾天中尺度102km1天小尺度10km幾小時2.大尺度系統(tǒng)的簡化方程

一級簡化方程(最大項,次大項)

零級簡化方程(最大項)大尺度運動系統(tǒng)的特徵(中高緯): 1.準水準ω→0 2.準靜力平衡

3.準地轉地轉偏向力與氣壓梯度力相平衡

4.自由大氣F→0

二、P坐標系的運動方程

z坐標系：(x,y,z,t)來表示空間點的位置

p坐標系：(x,y,p,t)來表示空間點的位置

1.等高面圖的概念

a.等高面：空間高度相同的點組成的面等高面為平面,面上高度處處相等,但氣壓不等

b.等壓面：氣壓相等的點組成的面等壓面為曲面,氣壓相等,但海拔高度不等

所以等壓面圖分析高度場——高空圖等高面圖分析氣壓場——地面圖顯示氣壓場形勢等壓面圖的優(yōu)點：氣壓面是個常數，公式得到簡化例如狀態(tài)方程

P、T為單值函數，可以討論兩者間的變化關係又如位溫2,等壓面圖的高度單位(位勢高度)幾何米、位勢米、位勢能mgh重力勢能(位勢)——單位品質空氣由海平面上升到z高 度時,克服重力所做的功運算式:單位：焦耳/千克

g=const1位勢米因為當z=1米Φ=9.8焦/千克所以認為定義一位勢米就是9.8焦/千克位勢高度:g=9.8常數

等位勢面的優(yōu)點:等位勢面不平行於等幾何面,只在海平面上重合等位勢面處處與重力方向垂直,無重力分量——相當於是空中水平面

3,z坐標系與p坐標系的關係

a.關係式

垂直方向水準方向

水準氣壓梯度力的大小表示等壓面坡度的大小二層等壓面上：位勢梯度～梯度力～地轉風相等二層等高面上：氣壓梯度梯度力地轉風b.垂直速度:

z系:p系:

關係式

上升運動:w>0ω<0

下沉運動:w<0ω>04,“p”坐標系的運動方程一級簡化:

零級簡化:

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）有利於地面氣壓下降——有利於地面氣旋發(fā)展

當高空負渦度平流區(qū)——地面氣旋上升，有利於地面反 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——有利於氣旋發(fā)展

當，冷平流，冷平流，地面氣壓上升——有利於反氣旋發(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於500hpa氣流的右側地面的高壓中心移動的方向偏於500hpa氣流的左側由於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——有利於氣旋發(fā)展

b)當

非絕熱冷卻，溫度降低，地面氣壓升高——有利於反氣旋發(fā)展

天氣圖上：冷的下墊面有利於地面反氣旋形成，發(fā)展暖的下墊面有利於地面氣旋形成，發(fā)展

地形和摩擦的影響一.地形的作用

1.地形強迫抬升，產生垂直運動——山的坡度越大，風速越大，風速與山脈的走向越垂直，則垂直 運動越強2，預報的規(guī)則

①.在迎風坡，上升運動隨高度減小，氣柱壓縮產生水準輻散， 造成氣旋性渦度減小，有利於反氣旋發(fā)展

②.在背風坡，下沉運動隨高度減小，氣柱壓縮產生水準輻合， 造成氣旋性渦度增加，有利於氣旋發(fā)展天氣圖應用

a.氣旋在山前是減弱的，山後是加強的反氣旋在山前是加強的，山後是減弱的

b.東亞氣旋的源地均在高大山脈東側

薩彥嶺－阿爾泰山以東的蒙古中東部——蒙古氣旋 青藏高原以東的河套地區(qū)——黃河氣旋 南嶺、武夷山以東地區(qū)——江淮氣旋、南方氣旋

c.迎風坡常有地形脊，背風坡常有地形槽二、摩擦作用1.摩擦產生垂直運動摩擦層中，摩擦作用使氣流向低壓一側偏轉，所以氣旋——氣流偏向中心——輻合上升反氣旋——氣流偏向外側——輻散下沉

2.預報規(guī)則氣旋——摩擦上升運動隨高度減小，產生水準輻散， 氣旋性渦度減小——氣旋減弱反氣旋——摩擦下沉運動隨高度減小，產生水準輻合， 氣旋性渦度增加——反氣旋減弱東亞環(huán)流基本特徵一、東亞大氣環(huán)流特徵

冬季極鋒急流分為南北兩支

青藏高原獨特的環(huán)流系統(tǒng)

季風環(huán)流最強1.東亞高空西風急流達到全年最強期，位置最偏南，明顯分為南北兩支（參照P150，圖4.9a）北支西風急流35o~40oN

南支西風急流25o~30oN

2.高空中高緯環(huán)流（500hpa）為一脊一槽青藏高原北部為高脊

90oE

東亞大槽

140oE3.高空的南支急流中孟加拉灣槽活躍二、東亞四季的環(huán)流概況和主要的天氣過程特點（一）冬季：11月~3月“十月”突變後，進入冬季環(huán)流型4.地面為兩個“大氣活動中心”控制：

蒙古冷高壓：範圍可達整個東亞地區(qū)（穩(wěn)定）

阿留申低壓，全年最強期5.冬季風強盛時期低層：北方西北風，南方東北風高層：西風帶6.我國的主要天氣過程強冷空氣一次次入侵——寒潮（降溫，大風）華南，昆明準靜止鋒——陰雨（二）夏季：7月~9月“六月”突變進入夏季環(huán)流型

1.南支西風急流北移，與北支西風急流合併40oN以北

，熱帶東風急流北移至青藏高原南側

2.高空環(huán)流500hpa為一槽一脊貝加爾湖淺槽

90oE

東亞沿海為高脊3.地面為兩個“大氣活動中心”副熱帶高壓，最強期亞洲熱低壓，最強期4.夏季風強盛時期低層——東南季風和西南季風高層——30oN以北為西風控制，30oN以南為熱 帶東風控制5.我國天氣全國雨季——雷暴，陣雨連陰雨帶——華南雨期，江淮梅雨，華北雨季

風場和氣壓場的關係一、地轉風

地轉風是水準地轉偏向力和水準地轉梯度力平衡條件下，空氣沿著平行等壓線的水準直線運動。由Z坐標系下的零級簡化水準運動方程：得：

——地轉風分量形式

——地轉風向量形式“P”坐標系的地轉風：

——分量形式

——向量形式討論：1、地轉風條件：自由大氣；中高緯度範圍；準水準大尺度運動；水準直線運動2、地轉風的方向：平行於等壓線，在北半球背風而立左低右高3、地轉風風速大小與水準氣壓梯度成正比，等壓線越密集，地轉風越大；與緯度成反比，相同的水準氣壓梯度力，高緯風大，低緯風小4、地轉風散度為零二、梯度風

1.自然坐標系（曲線座標）S軸：指向空氣運動方向N軸：垂直於S軸，指向空氣運動左側規(guī)定：S軸上單位向量為n軸上單位向量為說明：

①S軸上有速度的分量（恒正)n軸上無速度的分量

②S軸上的加速度——切向加速度

n軸上的加速度——法向加速度（向心加速度）

其中R為曲率半徑（1/R為曲率）並規(guī)定:氣旋的曲率半徑（逆時針）R>0

反氣旋的曲率半徑（順時針）R<0③S軸上的氣壓梯度力

n軸上的氣壓梯度力④S軸上的偏向力為0n軸上的偏向力恒為，在n軸的負方向⑤自然坐標系中，一級簡化水準運動方程

2，梯度風梯度風是氣壓梯度力，地轉偏向力，慣性離心力三力平衡時，空氣沿等壓線的曲線運動或氣壓梯度力與地轉偏向力不平衡時沿彎曲等壓線的運動

等壓線與流線重合：

——梯度風方程討論：1.氣旋與反氣旋環(huán)流

a).空氣體氣旋式運動

n軸負方向n軸負方向

n軸正方向中心為低壓,氣旋式環(huán)流的中心必然是低壓環(huán)流的中心b).空氣體反氣旋式運動

n軸正方向

n軸負方向

c).天氣圖應用 高壓中心位置標注在反氣旋環(huán)流中心 低壓中心位置標注在氣旋環(huán)流中心

2.梯度風速——梯度風速a).氣旋性環(huán)流——風速和氣壓梯度可無限增大根號前取正號,合理根號前取負號,不合理b).反氣旋性環(huán)流——風速和氣壓梯度不可無限增大根號前取負號根號前取正號由於根號內必為正，得出風速極大值

c).天氣圖應用

低壓：越向中心，風越大，氣旋中心等壓線密集高壓：越向邊緣，風越大，高壓中心等壓線稀疏3、梯度風與地轉風的比較

梯度風：地轉風：

兩式聯(lián)立得到：

討論：⑴氣旋式運動，梯度風速小於地轉風速

⑵反氣旋式運動，梯度風速>地轉風速

⑶氣壓梯度相同，反氣旋的梯度風>氣旋的梯度風高空的槽前脊後——空氣輻散區(qū)——低層輻合上升

陰雨

高空的槽後脊前——空氣輻合區(qū)——底層輻散下沉

晴天天氣圖上：三、熱成風地轉風隨高度的改變量稱熱成風，即上下兩層地轉風之差由“P”坐標系的地轉風方程

得到熱成風方程分量形式：得：——熱成風的另一運算式分量形式：

代入靜力學方程差分形式：討論：

1、熱成風與等平均溫度線平行，背熱成風而立，低溫在左，高溫在右。

2、熱成風風速大小與平均溫度梯度成正比，與緯度成反比，等溫線越密集熱成風越大。3、熱成風與冷暖平流

自上而下地轉風隨高度逆轉時——氣層中有冷平流

自上而下地轉風隨高度順轉時——氣層中有暖平流補充：天氣圖上判斷冷暖平流

24小時變溫：冷平流暖平流

水準溫度平流等高線與等溫線有交角處，有溫度平流等高線與等溫線平行處，無溫度平流

4、中緯度系統(tǒng)的溫壓結構

1）中緯度對流層中，溫度分佈南暖北冷所以高層為西風氣流，且高度越高，西風越大

2）地面閉合高壓和低壓系統(tǒng)在高空轉變?yōu)槲黠L氣流 的波狀槽脊。3）中緯度系統(tǒng)的溫壓場結構的基本特徵。地面低壓中心位於高空槽前脊後地面高壓中心位於高空槽後脊前高空溫度槽脊落後於氣壓槽脊四、地轉偏差實際風與地轉風的偏差稱為地轉偏差。1.摩擦層中的地轉偏差摩擦層中的實際風是：氣壓梯度力，地轉偏向力和摩擦力三力平衡的空氣運動

即代入地轉風方程：得到

討論:①地轉偏差與摩擦力垂直並指向摩擦力右側

②摩擦力的作用使實際風速減小，風向向低壓一側偏轉。

統(tǒng)計結果風向偏角陸地35—45%35—45度海上60—70%15—20度

③在北半球的摩擦層中，低壓氣流成氣旋式輻合（上升運動，雲雨天氣），高壓氣流呈反氣旋式輻散（下沉運動，晴天）。

2.自由大氣中的地轉偏差氣壓梯度力與地轉偏向力不平衡，必然產生加速度，引起地轉偏差。由一級簡化運動方程代入地轉風方程得到：

改寫上式：討論：①代入地轉風方程：

得：變壓風垂直於等變壓線，指向變壓代數值小的方向變壓風的大小與變壓梯度大小成正比，等變壓線越密，變壓風越大負變壓中心有變壓風的輻合正變壓中心有變壓風的輻散②寫成自然座標

代入得：

Ⅰ、

地轉風在前進方向上逐漸增大，則產生指向低壓一側的地轉偏差Ⅱ、地轉風在前進方向上逐漸減小，則產生指向高壓一側的地轉偏差Ⅲ、橫向地轉偏差大小與風速成正比a).——法向（橫向）地轉偏差b）——縱向（切向）地轉偏差

Ⅰ、氣流氣旋式旋轉

產生指向地轉風相同方向地轉偏差——實際風大於地轉風Ⅱ、氣流反氣旋式旋轉

產生指向地轉風相同方向地轉偏差——實際風大於地轉風Ⅲ、高空槽前脊後有縱向地轉偏差的輻散.

高空槽後脊前有縱向地轉偏差的輻合.

縱向地轉偏差即是梯度風與地轉風之差

Ⅵ、縱向地轉偏差的大小與風速的平方成正比③太小略與梯度風比較舉例(p50圖1.39)

西風帶中，有限寬低槽自西向東運動，產生的地轉偏差

a.

槽前脊後負變化——變壓風輻合

槽後脊前正變化——變壓風輻散b.

槽前脊後——輻散

槽後脊前——輻合

c.大氣中的西風風速隨高度增大高層和佔優(yōu)勢低層變壓風佔優(yōu)勢+摩擦

槽前脊後——低層輻合，高層輻散——上升——雲雨

槽後脊前——低層輻散、高層輻合——下沉——晴鋒的概念與鋒面坡度一、鋒的概念

1.定義：兩個熱力性質不同的氣團之間的狹窄過度帶稱為鋒?；蛘邇蓚€密度性質不同的氣團之間的狹窄過度帶稱為鋒?；蛘呃渑瘹鈭F之間的狹窄的過渡帶，稱為鋒。2.鋒的空間結構

a.冷暖氣團的交界面，稱為鋒面。

b.鋒面在空間呈向冷區(qū)傾斜狀態(tài)，冷空氣在下，暖空氣在上。，

c.鋒面與地面的交線稱為鋒線。

d.鋒面與空中某平面相交的區(qū)域稱為鋒區(qū)——天氣圖上溫度梯度大的窄區(qū)域。

e.地面鋒線總在高空鋒區(qū)暖區(qū)一側。二、鋒的分類

1.按移動分類

a.冷鋒：冷氣團起主導作用，推動鋒面向暖氣團 一側移動，稱為冷鋒。

b.暖鋒：暖氣團起主導作用，推動鋒面向冷氣團一側 移動，稱為暖鋒。c.準靜止鋒：冷暖氣團勢力相當，鋒面很少移動的鋒， 稱為準靜止鋒。（6小時無移動，24小時 移動在2個緯度之內）

中性錮囚d.錮囚鋒：冷鋒後部的冷氣團與暖鋒前的冷氣團的交界 面，稱為錮囚鋒。暖式錮囚冷式錮囚2.按鋒伸展高度分類：對流層鋒：地面——對流層頂

地面鋒：低層鋒——700hap以下

高空鋒：500hap以上，不接地3.按大氣環(huán)流分類P66T2.4

冰洋鋒（地面鋒）極鋒副熱帶鋒三、鋒面坡度1.不連續(xù)面的概念，鋒面近似為物質面——不連續(xù)面

a.鋒面是T，ρ的零級不連續(xù)面（氣象要素本身不連續(xù)）

b.等溫線在鋒面上發(fā)生間斷

c.垂直與鋒線的地轉風（分量）是連續(xù)的

2.鋒面坡度公式設x軸由暖氣團指向冷氣團，y軸平行地面鋒線求鋒面傾角α展開得兩式相減得：∴得到鋒面坡度

——①由靜力學方程和地轉風方程

其中和是平行與鋒線的地轉風分量代入①式得

——②

代入狀態(tài)方程（注意）得

——③②、③式為Margules鋒面坡度公式令代入③式得

∵在實際計算中比較小，可略去

∴——④討論上式：

a).鋒面的坡度與f成正比，高緯鋒面坡度大於低緯赤道上

,即無鋒面

b).鋒面的坡度與鋒兩側的溫度差成反比，溫度差越大，坡度越小。

即無鋒面c).鋒面的坡度與鋒兩側平行與鋒的地轉風分量差成正比風呈氣旋性切變風速差（風速切變）越大，坡度越大

d).鋒面坡度與平均溫度成正比

越高，坡度越大，冬季坡度小於夏季e).實際計算我國統(tǒng)計結果

北方（高緯）鋒面坡度南方（低緯）鋒面坡度注意：冷鋒的坡度大於暖鋒和靜止鋒鋒面附近氣象要素場的特徵一、鋒面附近溫度場的特徵

1.溫度水準分佈特徵：鋒區(qū)內溫度水準梯度比兩側氣團內溫度水準 梯度大

(1).地面鋒線附近有較大溫差

(2).高空等壓面圖上鋒區(qū)內等溫線的密集區(qū)；高空鋒區(qū)走向與地面鋒線基本平行，且隨高度升高向冷空氣傾斜

(3).鋒區(qū)內有冷平流則為冷鋒，有暖平流則為暖鋒，無平流（弱），少移動則為準靜止鋒(4).錮囚鋒溫度場 中性錮囚：高空暖舌在地面鋒線上 冷式錮囚：高空暖舌在地面鋒線後 暖式錮囚：高空暖舌在地面鋒線前實際上，一般只做中性錮囚鋒2.溫度垂直分佈特徵：鋒區(qū)內溫度垂直梯度比兩側氣團小——鋒區(qū)逆溫， 等溫，溫度直減率小3.位溫的分佈P70T2.6(e)1.特點：鋒區(qū)內的位溫線比較密集且與鋒區(qū)平行2.說明：

取對數並對z取偏導得到：

代入狀態(tài)方程和靜力學方程有其中

氣團內

位溫隨著高度的升高而增大鋒區(qū)內

位溫隨著高度的升高而增大 得很快結論：

a），位溫垂直梯度在鋒區(qū)內比氣團內大得多，所以鋒區(qū)內等位溫線密集

b）空氣質點在鋒面上移動，在絕熱條件下位溫守恆，因此等位溫面平行於鋒面，等位溫面同鋒面一致隨高度向空氣傾斜

c）實際工作中不使用位溫而使用假相當位溫

二、鋒面附近氣壓場的特徵

1.特徵：等壓線通過鋒面時有較大的彎折，折角指向高壓，鋒線處於低壓槽中。

2.說明：設x軸垂直於鋒線，由暖指向冷；

y軸平行於鋒線鋒面是密度零級不連續(xù)面由鋒面坡度：代入靜力學方程：得：又且

3.結論：a.鋒線附近氣壓梯度連續(xù)。b.鋒線附近氣壓梯度不連續(xù)，即等壓線穿過鋒線時有彎折。c.滿足，則折角指向高壓，即鋒線落在低壓槽中。三、鋒附近變壓場的特徵。

1.氣壓隨時間變化稱變壓 冷鋒前為負變壓，後為正變壓。 暖鋒前後均為負變壓，但代數值前小後大。特徵：鋒前變壓代數值小於鋒後變壓代數值。2.說明：設座標如前：x垂直鋒線，y平行於鋒線，鋒面為密度不連續(xù)面。

即

其中——鋒的移速（1）.暖鋒即：

暖鋒前變壓代數值大於鋒後的變壓代數值。（2）.冷鋒

冷鋒前變壓代數值小於鋒後的變壓代數值。（3）.推論鋒線向著變壓代數值小的一側移動。3.用氣壓傾向方程解釋氣壓變化的物理意義。（1）公式推導。

代入連續(xù)方程:邊界條件：時；

即

第一項第二項

——氣壓傾向方程

（2）.討論第一項為密度平流項，（氣壓變化的熱力因數）

a.若，氣柱為暖平流則地面減壓

b.若，氣柱為冷平流則地面增壓暖鋒前暖平流，負變壓明顯。冷鋒後冷平流，正變壓明顯。

第二項為水準速度散度項（動力因數）。若氣柱輻散為主，品質減少。則地面減壓。若氣柱輻合為主，品質增加。

則地面增壓。四、鋒線附近風場特徵。

1.水準方向特徵：鋒兩側的風具有氣旋式切變和氣流輻合由偏差風可知：低壓中氣流為氣旋式輻合

2.垂直方向

a.冷鋒後有冷平流——自下而上穿過鋒區(qū)，風向逆時針暖鋒前有暖平流——自下而上穿過鋒區(qū)，風向順時針

b.鋒區(qū)上空存在急流：極鋒鋒區(qū)和副熱帶鋒區(qū)存在西風 急流五、鋒線附近濕度場的特徵一般暖氣團濕度大冷氣團濕度小

特殊海洋冷空氣——冷濕大陸暖空氣——幹暖

注意：冷暖氣團的源地。六、鋒面天氣形成雲和降水的條件：水氣條件，垂直運動，大氣穩(wěn)定度

1.冷鋒附近的雲和降水

a.第一類型冷鋒天氣

特徵：鋒線位於高空槽前，坡度小，移動慢；暖空氣下沉，冷空氣爬升，冷空氣下沉；層狀雲為主，雲序由低到高，有序排列；鋒後穩(wěn)定連續(xù)降水（有幾百公里寬）b.第二類型冷鋒天氣

特徵：鋒線位於高空槽後，坡度大，移動快；冷氣團和暖氣團高層為下沉氣流，暖氣團中下層上升氣流積狀雲為主，從高到低垂直排列鋒前不穩(wěn)定降水。2.暖鋒附近的雲和降水。

特徵：鋒線位於高空槽前，坡度小，移速慢冷暖氣團都為上升氣流層狀雲為主，從高到低垂直排列鋒前穩(wěn)定降水，幾百公里3.準靜止鋒附近的雲和降水

特徵：類似於第一類型冷鋒，但坡度更小垂直運動弱層狀雲為主穩(wěn)定的連續(xù)降水，雨量小，風區(qū)寬，時間長，雨區(qū)離鋒線有一段距離。4.錮囚鋒附近雲和降水。特點：兩鋒面雲系的合併，鋒線兩側為對稱性雨區(qū)， （幾百公里寬）

冷暖式見p81圖2.17。5.鋒面天氣的輸送帶模式

——大尺度水準氣流輸送帶

P83T2.18——T2.19鋒生與鋒消一、鋒生與鋒消的概念

鋒生——密度不連續(xù)面的形成過程或水準溫度梯度加大的過程；即鋒的生成或原有鋒強度增強的過程，均稱為鋒生。鋒消——反之

等壓面圖上等溫線密集程度天氣圖地面圖上風兩側要素場差異——鋒生函數

鋒生函數>0，鋒生作用鋒生的必要條件鋒生函數<0，鋒消作用固定地區(qū)F最強——鋒生消的充分條件鋒生條件：鋒消條件：二、鋒生鋒消公式及物理意義

1.公式推導

其中展開：

———①求：和

——

②

——

③而：

——

④

———⑤同理

———⑥

將⑤，⑥代入①式

———⑦2.討論⑦式。（鋒生消公式）設坐標系x軸平行於等位溫線，由冷指向暖；

y軸垂直於等位溫線，指向位溫升的方向。，

——⑧

所以轉為討論⑧式（1）.水準運動的作用∴當時，則，鋒消

當時，則，鋒生

氣流輻合，鋒生

∴在垂直於等位溫線的方向上有氣流輻合利於鋒生，反之則有利於鋒消。氣流輻散，鋒消進一步說明：

一個線性流場可分解為四種簡單的流場 平流場 旋轉場 輻合輻散 變形場前三種對鋒生，鋒消不起作用。變形場：a.若等位溫線與伸展的軸夾角α＜45°，則在輻合氣流下易鋒生b.若α＞45°，則輻散氣流下易鋒消；但等位溫線會逐漸旋轉使α＜45°∴變形場最有利於產生鋒生在天氣圖上鞍型場最易產生鋒生。（2）垂直運動作用

a.穩(wěn)定大氣（一般狀態(tài)下）

當時，，鋒生

當時，，鋒消

說明：

ω＞0，（），下沉。

ω＜0，上升。

同理，暖上升，冷下沉（輻散）

∴鋒消∴在穩(wěn)定大氣中，暖空氣一側相對於冷空氣一側是下沉的，則鋒生；反之則鋒消

，暖下沉，冷上升（輻合）

∴鋒生b.在不穩(wěn)定大氣中

當，，鋒生

當，，鋒消

因為暖氣團的凝結潛熱作用抵消了上升作用。（3）.非絕熱加熱項

，暖空氣相對加熱，冷空氣相對冷卻則，鋒生同理，則，鋒消加熱形式凝結潛熱加熱——有利於鋒生下墊面加熱——有利於鋒消

三、我國鋒生、消的概況

1.我國的鋒生區(qū)1）北方鋒生帶：河西走廊——東北，40°~50°N2）南方鋒生帶：華南——長江流域，與副熱帶鋒區(qū)位置一致，

20°~30°N3）南北鋒生帶隨季節(jié)位移，夏季偏北，冬季偏南2.有利於鋒生的天氣形勢

1）冷鋒鋒生高空 冷槽在高空槽後——發(fā)展槽槽後有較強冷平流地面 冷鋒產生在低槽內或冷高壓前部

2）暖鋒鋒生高空 850、700hpa為暖式風切變強的暖平流地面 西南的暖倒槽（開口向南）3.我國的鋒消區(qū) 青藏高原以東，30°~40°N1）高原東側——下坡下沉氣流作用2）冬季處於東亞大槽後部——下沉氣流（槽後西北風）3）夏季副熱帶高壓控制東部，暖空氣強4.我國的鋒面活動

1）冷鋒——最多，全國全年都可產生

2）暖鋒——不單獨產生，與冷鋒一起組成鋒面氣旋

3）準靜止鋒華南準靜止鋒：武夷山、南嶺以北昆明準靜止鋒：在貴陽一帶為陰冷，而在昆明則晴朗

4）錮囚鋒河套錮囚鋒：黃土高原及華北倒回的冷空氣匯合於太行山大巴山錮囚鋒、武夷山錮囚鋒、南疆錮囚鋒東北錮囚鋒：鋒面氣旋發(fā)展到後期高空急流一、急流的一般概念和基本特徵

1.定義：對流層上部強而窄的氣流帶

2.

水準長度：

上萬km

水準寬度：幾百km

厚度：

幾km

3.水準風切變：垂直風切變：4.急流軸左側風速具有氣旋性切變急流軸右側風速具有反氣旋性切變5.急流軸左側有偏差風的輻合急流軸右側有偏差風的輻散二、極鋒急流的結構特點（P194圖4.43）

1.極鋒急流位於極地對流層頂和中緯度對流層頂的斷裂處，極鋒鋒區(qū)上方，平均高度在300hpa（10公里）

2.急流隨著極鋒南北位移，冬強夏弱

冬季平均：40o~60oN，甚至更低緯度

夏季平均：60o~70oN，極圈附近

3.急流下方地面氣旋、反氣旋活躍三、副熱帶西風急流的結構特點

1.副熱帶西風急流位於中緯度對流層頂和熱帶對流層頂斷裂處，副熱帶鋒區(qū)上方。平均高度150~200hpa（12公里左右）

2.隨副熱帶鋒南北位移冬季：20o~30oN

夏季：35o~45oN四、熱帶東風急流

1.冬季在赤道附近夏季位於10o~20oN

2.平均高度在熱帶對流層頂，100~150hpa

3.亞洲——非洲東風急流最強：海陸對比和青藏高原熱源作用

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為係數平均層上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，並積分∴

——⑩

說明：a）平均層在600hpa左右，以500hpa代替

b）（經驗值）

c）熱成風渦度平流小於相對渦度平流，更小於地 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於：

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）

渦度運算式—11

地轉風運算式—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，沿氣流方向散開當等高線呈反氣旋性曲率，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等高線呈反氣旋性曲率，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，槽脊後匯合，槽脊移動迅速槽脊前匯合，槽脊後散開，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——槽後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——溫度槽脊落後於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)展極地環(huán)流概況66.5°N以北為北極地區(qū)（北冰洋為主）66.5°S以南為南極地區(qū)（大陸為主）一、北極環(huán)流的平均情況（P165圖4.20）

1、中高層極地為極渦控制

2、地面上極區(qū)為高壓

1月（左圖）和7月（右圖）北極多年平均氣壓（百帕）二、極地邊緣鋒面氣旋活躍三、極地氣溫分佈

1、地面溫度：冬季~-30°C以下夏季~0°2、近地層（兩公里以下為強逆溫）

3、極地對流層頂最低——300hpa四、極地環(huán)流異常

極地上空有暖性的反氣旋侵入，並持續(xù)較長時間（幾~十幾天），則極渦中心南移——造成中高緯度強冷空氣的侵入，暴發(fā)寒潮。氣團與鋒第一節(jié)氣團一.氣團的概念：

氣團——氣象要素水準分佈比較均勻的大範圍的空氣團

水準尺度：幾百~幾千公里垂直尺度：幾~十幾公里二.氣團的形成和變性

1.氣團形成的兩個條件

(1).大範圍性質均勻的下墊面地球表面的空氣屬性傳給大氣

氣團形成的物理過程：

輻射 傳導和亂流 蒸發(fā)和凝結 大範圍的垂直運動(2).有適當穩(wěn)定的大氣環(huán)流條件，使空氣團長時間穩(wěn)定在下墊面上 高壓系統(tǒng)——穩(wěn)定，且水準範圍大。 低壓系統(tǒng)——不穩(wěn)定，且水準範圍小。具備上述兩條的地區(qū)為氣團源地2.氣團物理屬性的變化稱為氣團的變性——氣團變性 暖氣團變性慢 冷氣團變性快三.氣團的分類

1.熱力分類法

2.地理分類法北極氣團（冰洋氣團，北極圈內70°N~90°N）極地氣團（中高緯度西風帶，40°N~70°N）熱帶氣團（副熱帶地區(qū)，20°N~40°N）赤道氣團（赤道，20°N以南）

３.大氣環(huán)流的分類法極地氣團（高緯度，60°N~90°N） 中緯度氣團（30°N~60°N） 熱帶氣團（30°N以南）又可分為大陸性和海洋性氣團

四.影響我國的氣團

１.極地大陸氣團：乾冷 ２.熱帶海洋氣團：暖濕（副熱帶高壓） ３.熱帶大陸氣團：幹暖（中亞） ４.印度洋的赤道氣團：暖濕（季風氣團）氣旋和反氣旋第一節(jié)氣旋、反氣旋的特徵和分類一、定義：

氣旋——氣旋是佔有三度空間，在同一高度上中心氣壓低於四周的大尺度渦旋。在北半球，氣旋範圍內氣流作逆時針旋轉，南半球相反。

反氣旋——反氣旋是佔有三度空間，在同一高度上中心氣壓高於四周的大尺度渦旋。在北半球，反氣旋範圍內氣流作順時針旋轉，南半球相反。二、氣旋和反氣旋的水準尺度

氣旋水準尺度平均1000公里

反氣旋水準尺度>>氣旋，幾千~上萬公里三、氣旋和反氣旋的強度

1.用系統(tǒng)中心氣壓值來表示強度地面氣旋中心氣壓平均：970~1010hpa

地面反氣旋中心氣壓平均：1020~1030hpa

2.強度變化氣旋：——“加深”，——“添塞”

反氣旋：——“減弱”，——“增強”

3.對溫帶氣旋、反氣旋，冬季比夏季強；氣旋在海上比陸地上強，反氣旋則反之

四、氣旋和反氣旋的分類

1.氣旋地理分類溫帶氣旋熱帶氣旋熱力分類鋒面氣旋熱帶氣旋：颱風、熱帶低壓

無鋒面氣旋地方性氣旋下墊面加熱地形影響鋒前熱低壓：高空暖平流熱力分類

2.反氣旋

地理分類極地反氣旋溫帶反氣旋副熱帶反氣旋

熱力分類冷性反氣旋暖性反氣旋

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、但在天氣出現轉折時不可用

3、外推的時間是短期的，長期不能用天氣系統(tǒng)的運動學預報方法運動學法——利用變壓、變高的分佈特點，通過運動學公