天氣學(xué)原理復(fù)習(xí)重點(diǎn)上

1、 天氣學(xué)原理 Char1 大氣運(yùn)動(dòng)的基本特征 1、真實(shí)力：氣壓梯度力、地心引力、摩擦力 （1）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（2）地心引力：地球?qū)挝毁|(zhì)量空氣的萬(wàn)有引力 （3）摩擦力：?jiǎn)挝毁|(zhì)量空氣受到的凈粘滯力 2、視示力：慣性離心力、地轉(zhuǎn)偏向力 慣性離心力：地球受到了向心力的作用卻不作加速運(yùn)動(dòng)，違背牛頓第二定律，為了解釋這種現(xiàn)象引入慣性離心力，其大小與向心力相等而方向相反。C=2R 地轉(zhuǎn)偏向力：由于坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致物體沒(méi)有受力卻出現(xiàn)加速度，違背牛頓第二定律，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)：A= -2V （1）地轉(zhuǎn)偏向力 A

2、 與 相垂直，在緯圈平面內(nèi) （2）地轉(zhuǎn)偏向力 A 與風(fēng)速 V 垂直，只改變氣塊運(yùn)動(dòng)方向，不改變其速度大小 （3）在北半球 A 在水平速度的右側(cè)，在南半球 A 在水平速度的左側(cè) （4）地轉(zhuǎn)偏向力的大小與相對(duì)速度成正比，V=0 時(shí)，A=0；只有在做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí) A 才存在重力：地心引力與慣性離心力的合力。重力垂直于水平面，赤道最小，極地最大。 3、地轉(zhuǎn)偏向力與水平地轉(zhuǎn)偏向力有何相同與不同？ 水平地轉(zhuǎn)偏向力：大氣中垂直運(yùn)動(dòng)一般比較小，氣塊的運(yùn)動(dòng)主要受x 方向和 y 方向的影響。 1 / 9 通常情況下 w 很小，因而近似有 Ax=2v 和 Ay= -2u。對(duì)水平運(yùn)動(dòng)而言，北半球 Ax、Ay 使運(yùn)動(dòng)向左

3、偏，南半球右偏。 地轉(zhuǎn)偏向力：包括垂直運(yùn)動(dòng)。 4、控制大氣運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律：能量守恒、質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒 牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律運(yùn)動(dòng)方程 質(zhì)量守恒定律連續(xù)方程 能量守恒定律熱力學(xué)能量方程 氣體實(shí)驗(yàn)定律氣體狀態(tài)方程 5、溫度平流變化 -VhT 是氣塊在溫度水平分布不均勻的區(qū)域內(nèi)保持原有的溫度作水平運(yùn)動(dòng)而對(duì)局地溫度變化所提供的貢獻(xiàn)，稱為溫度平流變化。-T溫度梯度由高溫指向低溫。 當(dāng)-VhT0 時(shí)，有暖平流，夾角為銳角，風(fēng)從暖區(qū)吹向冷區(qū)，使局地溫度升高。 對(duì)流變化：空氣垂直運(yùn)動(dòng)引起的局地溫度變化 6、質(zhì)量散度和速度散度 質(zhì)量散度：(V)單位體積流體的凈流出量。凈流出時(shí)散度為正，凈流入時(shí)散度為負(fù)。 速度散度：

4、V 流體在單位時(shí)間內(nèi)的相對(duì)膨脹率。V0 時(shí)，體積增大輻散。 不可壓縮流體：速度散度為零 2 / 9 水平散度：流體在單位時(shí)間內(nèi)水平面積的相對(duì)膨脹率 實(shí)際風(fēng)與地轉(zhuǎn)風(fēng)之差稱為地轉(zhuǎn)偏差。D=V-Vg 摩擦層中的地轉(zhuǎn)偏差：（1）地轉(zhuǎn)偏差垂直于摩擦力的方向，并指向摩擦力方向的右方。摩擦力越大，實(shí)際風(fēng)越小，左偏越多。 （2）風(fēng)速比應(yīng)有的梯度風(fēng)風(fēng)速小，風(fēng)向偏向低壓。因此在北半球低壓中的空氣逆時(shí)針流動(dòng)，但有向內(nèi)流的分量；高壓中的空氣順時(shí)針流動(dòng)，但有向外流的分量。摩擦作用使低壓輻合上升，高壓輻散下沉。 自由大氣中的地轉(zhuǎn)偏差：梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力不平衡時(shí)，產(chǎn)生加速度。地轉(zhuǎn)偏差垂直于加速度的方向，并指向加速度方向的左

5、方。 D1 變壓風(fēng)：hV=h(Vg+D)=hD 地轉(zhuǎn)風(fēng)的散度為 0，所以實(shí)際風(fēng)散度取決于地轉(zhuǎn)偏差的散度。地面圖上，負(fù)變壓中心區(qū)，變壓風(fēng)輻合引起上升運(yùn)動(dòng)；正變壓中心區(qū)，變壓風(fēng)輻散引起下沉運(yùn)動(dòng)。高空?qǐng)D，槽前脊后必有負(fù)變壓，有變壓風(fēng)輻合。槽后脊前有正變壓，變壓風(fēng)輻散。 D2 平流加速度（橫向縱向地轉(zhuǎn)偏差）：槽前脊后有縱向、橫向地轉(zhuǎn)偏差輻散；槽后脊前有縱向橫向地轉(zhuǎn)偏差輻合。 低層以變壓風(fēng)輻散（合）為主，高層以縱向、橫向輻散（合）為主： 槽前脊后：變壓風(fēng)輻合，縱向、橫向輻散 槽后脊前：變壓風(fēng)輻散，縱向、橫向輻合 因此高層槽前脊后輻散槽后脊前輻合，低層槽前脊后輻合槽后脊前輻散。 Char2 氣團(tuán)與鋒 1、

6、氣團(tuán) 氣象要素水平分布比較均勻的大范圍的空氣團(tuán)。 形成條件：性質(zhì)均勻的廣闊的地球表面，下沉輻散，穩(wěn)定的環(huán)流 3 / 9 方式：各種尺度的湍流、系統(tǒng)性垂直運(yùn)動(dòng)、蒸發(fā)、凝結(jié)和輻射等物理過(guò)程 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)，秋高氣爽。 2、鋒 鋒：冷暖氣流相遇所形成的狹窄過(guò)渡帶 鋒區(qū)：天氣圖上溫度水平梯度大而窄的區(qū)域，如果它又隨高度向冷空氣團(tuán)一側(cè)傾鈄，這樣的等溫線密集帶通常稱為鋒區(qū)。實(shí)際上，鋒區(qū)就是密度不同的兩個(gè)氣團(tuán)之間的過(guò)渡區(qū)。 鋒面：由于鋒區(qū)的寬度同氣

7、團(tuán)寬度相比顯得很狹窄，因而常把鋒區(qū)看成是空間一個(gè)面鋒線：鋒面與地面的交線 3、鋒面的坡度公式 （1）其他條件不變，鋒面坡度隨緯度增高而增大 f。赤道上（=0） ，沒(méi)有鋒面存在（2）鋒兩側(cè)溫差越大坡度越小，溫差為零則不會(huì)有鋒面T （3）鋒兩側(cè)風(fēng)速差Vg 為零時(shí)，鋒面不存在；鋒存在時(shí)，tg0,兩側(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 （4）冷暖氣團(tuán)的平均溫度越高坡度越大 Tm 鋒附近氣流曲率很大時(shí)應(yīng)用梯度風(fēng)公式，即氣旋曲率越大的氣流中鋒面平衡坡度越大 4、鋒面附近溫度場(chǎng)的特征 （1）水平方向： 4 / 9 鋒區(qū)內(nèi)溫度水平梯度大，等溫線相對(duì)密集，越密集水平溫度梯度越大

8、，鋒區(qū)越強(qiáng)。錮囚鋒在高空?qǐng)D上有暖舌，暖舌兩側(cè)等溫線密集。 根據(jù)鋒區(qū)內(nèi)等溫線密集度確定鋒區(qū)強(qiáng)度、地面鋒線位置；等壓面上冷暖平流確定鋒的類型。 （2）垂直方向： 鋒區(qū)內(nèi)溫度垂直梯度小，逆溫或溫度直減率小。冷暖氣團(tuán)內(nèi)溫度隨高度遞減。 冷暖氣團(tuán)溫差越大，鋒面逆溫越強(qiáng)或過(guò)渡區(qū)越窄，通過(guò)鋒區(qū)時(shí)等溫線彎折越厲害。 （3）等位溫面隨高度向冷區(qū)傾斜，與鋒面傾斜方向一致，在絕熱條件下雨鋒面平行。 5、以密度的零級(jí)不連續(xù)面模擬鋒面時(shí)，鋒面附近氣壓場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)和變壓場(chǎng)的特征 氣壓場(chǎng)： 鋒面兩側(cè)氣壓連續(xù)，密度不連續(xù)，氣壓梯度不連續(xù)：冷氣團(tuán)中氣壓梯度大于暖氣團(tuán)中氣壓梯度（鋒面必須為物質(zhì)面） 等壓線過(guò)鋒面有氣旋性彎曲，鋒面處等

9、壓線有折角，指向高壓 水平風(fēng)場(chǎng)：鋒面附近風(fēng)場(chǎng)具有氣旋性切變，地面摩擦作用可使風(fēng)向偏離等壓線向低值區(qū)吹，并導(dǎo)致鋒線附近強(qiáng)的風(fēng)場(chǎng)輻合 垂直風(fēng)場(chǎng)：暖鋒附近風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)；冷鋒附近風(fēng)向隨高度逆轉(zhuǎn) 變壓場(chǎng)：空間各點(diǎn)氣壓隨時(shí)間的變化在某位面上的分布情況 氣壓傾向方程： 右邊第一項(xiàng)為地面以上整個(gè)氣柱中密度平流（熱力因子）：暖鋒前地面減壓，冷鋒后地面加壓；冷鋒前暖鋒后、靜止鋒附近變壓不明顯 5 / 9 第二項(xiàng)為地面以上整個(gè)氣柱中速度水平散度總和（動(dòng)力因子）：若整個(gè)氣柱散度總和輻散則地面氣壓下降，散度總和輻合則地面氣壓上升。冷鋒、暖鋒均是鋒前變壓代數(shù)值小于鋒后變壓代數(shù)值 6、以密度的一級(jí)不連續(xù)面模擬鋒面時(shí)，鋒面

10、附近氣壓場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)和變壓場(chǎng)的特征 鋒區(qū)存在，鋒區(qū)附近密度一級(jí)不連續(xù)，氣壓二級(jí)不連續(xù) 氣壓場(chǎng)：鋒區(qū)內(nèi)等壓線氣旋式曲率比鋒區(qū)外大得多，反氣旋式曲率比鋒區(qū)外小得多水平風(fēng)場(chǎng)：鋒區(qū)內(nèi)氣旋式切變比鋒區(qū)外大得多，鋒區(qū)外反氣旋式切變比鋒區(qū)外小得多垂直風(fēng)場(chǎng)：鋒區(qū)中溫度水平梯度大于兩側(cè)，鋒區(qū)中熱成風(fēng)比鋒區(qū)外大得多 風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，暖平流最強(qiáng)且熱成風(fēng)最大的高度為高空暖鋒區(qū)；風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)，冷平流最強(qiáng)且熱成風(fēng)最大的高度為高空冷鋒區(qū)；熱成風(fēng)很大而無(wú)明顯平流，可能是靜止鋒。 變壓場(chǎng)：鋒區(qū)邊界變壓梯度不連續(xù)，變壓風(fēng)也不連續(xù)；地面鋒區(qū)中，等變壓線密集，鋒區(qū)外，等變壓線稀疏，變壓值比較小 7、鋒附近濕度場(chǎng)特征： 一般暖空氣濕度大，露

11、點(diǎn)高；冷空氣濕度小，露點(diǎn)低。所以鋒面附近露點(diǎn)差異顯著 8、鋒面天氣的輸送帶模式 輸送帶是指以天氣系統(tǒng)為坐標(biāo)系的相對(duì)氣流，它們是系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生云和雨區(qū)的主要?dú)饬鳌?分為暖輸送帶：向后上滑暖輸送帶、向前上滑暖輸送帶和冷輸送帶 9、鋒面分析的基本原則 歷史連續(xù)性原則 6 / 9 結(jié)合高空鋒區(qū)：鋒隨高度向冷區(qū)傾斜，地面鋒線位于高空等壓面上等溫線相對(duì)密集區(qū)的偏暖一側(cè)，根據(jù)冷暖平流確定鋒的性質(zhì)；分析地面天氣圖上各氣象要素以確定鋒的位置高空測(cè)風(fēng)資料的應(yīng)用（單站測(cè)風(fēng)）： 根據(jù)風(fēng)向隨高度的變化確定鋒的性質(zhì)，風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)有冷鋒，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)有暖鋒熱成風(fēng)方向大致代表鋒線的走向 原點(diǎn)與代表鋒面的熱成風(fēng)的垂線代表鋒的移向和

12、速度 10、鋒生、鋒消 鋒生：指密度不連續(xù)性形成的一種過(guò)程或指已經(jīng)有的一條鋒面，其溫度或位溫水平梯度加大的過(guò)程。鋒消：指作用相反的過(guò)程。 在等壓面圖上某一帶有一組等溫線，其水平升度為 Tn=?T/?n，假如大氣運(yùn)動(dòng)使 Tn 沿這一帶比其他部分增大得更迅速，則這個(gè)帶稱為鋒生帶，這種使 Tn 增大的過(guò)程稱為鋒生過(guò)程。 峰生條件：第一，鋒生帶里，必須有一狹窄區(qū)域，其鋒生作用最強(qiáng)烈即 F0，?F/?n=0，?2 F/?n2 0 表示有鋒生作用，溫度水平梯度加大 F0 表示有鋒消作用，溫度水平梯度減小 鋒生函數(shù)討論： （1）水平運(yùn)動(dòng)作用 F 1= -Tn (?Vn/?n) 若?Vn/?n0，F(xiàn)10，有鋒

13、生作用；若?Vn/?n0，即沿溫度升度方向水平氣流輻散，而Tn0，F(xiàn)10，有鋒消作用。 7 / 9 （2）垂直運(yùn)動(dòng)作用 F 2= -(rd-r)?/?n 0 為下沉 穩(wěn)定大氣 rd-r0，冷鋒上山下山，?/?n0，F(xiàn) 20，鋒消。冷鋒上山，因?yàn)榕諝庋厣矫}抬升速度大于槽后冷空氣，上升運(yùn)動(dòng)引起的絕熱冷卻在暖空氣中比冷空氣更甚，鋒兩側(cè)溫度梯度減小，鋒消。冷鋒下山，因?yàn)槔滗h后的暖空氣下沉比鋒前暖空氣快，下沉絕熱增溫在冷空氣中更強(qiáng)，鋒兩側(cè)溫度梯度減小，鋒消。 不穩(wěn)定大氣 rd-r0，F(xiàn) 20，鋒生，即冷鋒上山加強(qiáng)。因?yàn)槔滗h上山（爬坡） ，靠近其暖一側(cè)上升運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，大量水蒸氣凝結(jié)釋放潛熱使暖空氣溫度升高，而鋒后冷空氣因?yàn)楦稍锷仙俣刃。淇諝馍仙^熱冷卻。這樣鋒區(qū)中等溫線密集帶變密，冷鋒上山（爬坡）加強(qiáng)。冷鋒下山，靠暖的一側(cè)，上升運(yùn)動(dòng)很弱或無(wú)上升運(yùn)動(dòng)，溫度變化不大；而靠近其冷的一側(cè)下沉運(yùn)動(dòng)強(qiáng)，以水汽吸收潛熱為主，溫度降低。這樣溫度密度集帶變密。所以鋒生。 11、鋒生鋒消概況 鋒生帶概況：南方鋒生帶：華南到