天氣學(xué)原理筆記未排版

簡(jiǎn)筆記來(lái)自先生的上課內(nèi)容，的課生動(dòng)活潑，引人分析課件圖以期表述更加完善，第四章大氣環(huán)流參考了老師的大氣環(huán)流概論和老師的短期氣候預(yù)測(cè)基礎(chǔ)這兩門課部分內(nèi)容。畢竟上課筆記，難免有些疏忽，不當(dāng)，還望斧正。長(zhǎng)望2014年前天氣學(xué)（梁必騏現(xiàn)代天氣學(xué)原理（第一章氣運(yùn)動(dòng)的基本特p=-表達(dá)式：G=-1p=-

pi+pj+p 推導(dǎo)：對(duì)于一微氣塊而言，v=xyB面所受的壓力為正方向pyz，A（p+xx）yF=-pxyx令x正方向?yàn)閴毫φ较?，則 xF=-pxy

F=-pxy

G=F=F=-1 G=GhG

Gh(水平

垂直r地心引力g*r

*g=- （*FF

FFFxiFyjFzcF2c推導(dǎo)：用一根繩子牽一小球以均勻角速度dv=v=-v

=-v相心加速度：

（

r 2（r0，加一虛假力F=-dv=2 RrRr 科氏 的， 表達(dá)式：A2V(只有氣塊運(yùn)動(dòng)才會(huì)受力)注意Fc與A的同異g=g*g=g*c理由：雖然g不與地心引力一致，但垂直于地面，即水平面上無(wú)g地球自轉(zhuǎn)使水涌向赤道，使地球成橢球，而能量最低原則使地球表面與g垂直使其一般取緯度45o dva~d

t0：t后，人位于Pe，氣塊位于Pa，er是人的位移ar是氣塊的位移，r是人看氣塊的位arerr，當(dāng)t0VV那么 Va絕對(duì)速

Ve牽連速

V相對(duì)速Ve=rVe=r)(ar=(

即a(=(d

d

~dv

Va=(Va=(

deedeedVVd(r)(dV2V2

V)

d d2d2 2絕對(duì)加速 相對(duì)加速度地轉(zhuǎn)偏向加速度向心加速氣象場(chǎng)下，溫度T是場(chǎng)T(x,y,z,t)，dTTTxTyT dTTTxTyT x y zTTuTvT TVd ) )

d

全導(dǎo) 偏導(dǎo)V daVa=F-1pg*

dV=-1

g-2V

加速度壓力梯度重科氏摩擦dV=duidvjdw

p=pipj

-2V(fv-2wcos)ifujgggkFFFxiFyjFzdu1pfv2wcos dv1pfu dw1p2ucosg

d(m)

dv

以x單位時(shí)間單位面積所通過(guò)的空氣的質(zhì)量==A單位面積的空氣質(zhì)量-單位時(shí)間流入B單位面積的空氣質(zhì)量

（

t

v

d dv=0v=0d當(dāng) =0，稱之為不可壓 pdQ

dTART

=0dV=-1pg-2V dvp

6個(gè)變量，6dQ

dTARTdp （Rossby10km以下：朵朵白云

h

z 3~5

u,u,v,v~xyx u,v~z ②p~ T~ u V

③

V，則

uuuvuwu1p2vsin2wcos V V V 1 特征尺

h

0 H0量級(jí)

01p2vsin 10 2usin 量級(jí)的uuuvu1p2vsin uvv

1p2usin

1k f

，即定常一級(jí)近似：保留了t（二）wuwvwww1pg2ucos W

1 特征

z

00

H量級(jí)

001p1dv1

1u

1v

1wuvwVVWVVW LLH

特征尺度

Vh

1Vh

1Vh

1Wz量綱uv

10-

10-

10-

10- 1wuvw vv01w較小，因此可視為 T(u

vT)ART(pupvp)

)

1

C

其中

ARTpAg, Cp T(u

vT)

1零級(jí)近似：

CpT(u

vT)

)

1一級(jí)近似：

Cpd穩(wěn)定層結(jié)——上升運(yùn)動(dòng)（w>0） P“pZz0gdzH=——位勢(shì)高度（為了滿足用能量衡量高1的能量來(lái)表達(dá) F）（F）F x

x

（ F）（F）F y

y

（ F）F(dF

（ (dF

dt

dtF0F1：位于同一等壓線上，水平距離為x；F0F2：位于同一等高線上，垂直距離為z；F1F2：垂直距離為z，氣壓差p；（F）（F）Fpx

x

x（F）F2F0=F2F1F1F0=F2F1p+（F）=（F）Fx

x

x

（

0（z）z

x

（z1

p （z )p ) 1pgH

g(Ht

( u(

v(

t

x

y d

(u

(v

x y 0wdp(p)u(p)v(p)w w(T

u(T

v(T )1

x

Cp (T ，

干絕

GA 1

u fuvg hpk——表達(dá)式 f

vv

f

1

fvg

p

——

1（１）

dvg（３）

II.f 60N~900N和60S

ugvg GAC慣性離心力（C）與水平氣壓梯度力（G）與地轉(zhuǎn)偏向力（A）三力平衡，dvG|v|const,方向改n軸s軸s軸n軸s軸s軸snG1G1

1dv dvdvd(vs)dvsvds ss|lttl1Tt01p

1 fv

令vconst

0，ps方向氣壓不變，即等壓線與流線 1梯度風(fēng)方程： fv 慣性離心力氣壓梯度力科氏力記為vn0恒成（１）（２）v2v由于C

因此小，使得為了平衡，n0恒成（３）G，Dvf

fRT22f2 RTf2

RT

反氣旋環(huán)流為負(fù)，氣旋環(huán)流為正且|RT|時(shí)，解合 （１）（RT0）

fRT0為保證vf0取“+f2 RTf2f2 RT

RT0所以vf

2f22f2 RT2（２）（RT0）

fRT0若取負(fù)號(hào)，似乎能保證

0RT時(shí)vffRT，解不合p0

f

，解不合理（無(wú)梯度應(yīng)無(wú)風(fēng)0f2

pf f2R前提是 | R時(shí)vfRT

0 p0時(shí)vfRT

0 vfvffRT22f2 T f2R |max 此時(shí)v fRTfmax vg和vfvg1v

vgv fRR

T

當(dāng)

vGGACGA

龍卷之類，既可以是氣旋，也 GC 旋衡運(yùn)動(dòng)

可以是反氣旋，以氣旋為 AC

慣性（圓）運(yùn)壓場(chǎng)均勻

fvg0

gz0 x

g

( 1 0) (zzg

g

f 1 fxdpgdzzzRTln

R

p0(T g

xyvTvg1vgTvRT

p0(Tp R

p0(T1vRlnp01vRlnp0k(zz)Rlnp0k

(地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度的該變量vgRk ③大?。号c厚度梯度（pT）(v,p,T三者之間的關(guān)系，但也有使用條件。（１）z

RT

p1R

（３）

若地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度逆時(shí)針（４）（５）p

vT即等壓面既是等溫面，又是等密度面，有pT0vT一般而言，兩層大氣是非平行的（見(jiàn)動(dòng)力氣象的有效位能章節(jié)）p,T)，稱為斜壓大氣（baroclinic）DDvDvvgD(uv y(

vg

(u'v

（二）GAF0GAF

10 fu01p

vvkDv

1FkDfv一定指向低壓側(cè)（加速度左側(cè)夾角為10°~20°以內(nèi) du1pfv

f(v

D1D1kdv

1 fuf(uu) 地轉(zhuǎn)偏差垂直于加速度項(xiàng)（該項(xiàng)由于GA不平衡導(dǎo)致）且指向加速D DD D2Dxy1 (dv)2(du1 態(tài)勢(shì)圖 D

kdv

1k(vffDffD1k

vv t（D

kvgg

(H)

(p f

f

D1與變高梯度、變壓梯度方向D2D2fkVs1 n fR1s

法相偏差 1vv D2sD2sfRsfR11sTD2sRs0D2s0

D2sVgD2s 以D2為

1kv

R認(rèn)證認(rèn)證 f2 vgRk 上升運(yùn)動(dòng)，0D3與T致：下沉運(yùn)動(dòng)，0，D3與T梯度方向相 臺(tái)第二章與氣第一節(jié)氣團(tuán)基本概念（略第二節(jié)狹窄——相較于氣團(tuán)而言，水平尺度很?。▽挾壬?01~102傾斜——向冷空氣傾斜地轉(zhuǎn)偏( pNzpN B () Lz L B tantan zpN f( LgL NpNg(

T1

T),TT

f(TNvgLTLvgN

g(TNTL

1 ),V TT1T;TT1

則 V g g g g tantanfg fgtan與緯度（Vg）成正比，與TT0,Tm0f0g00,是銳Vg0VgL（３）LN，或[[f]F2[f]F2 ——若f0，零級(jí)不連續(xù)，f0x0（6小時(shí)天氣圖，看鋒面位置變化）第三節(jié)（一）|HT|鋒|HT||T

|Tz z（二）（三）（500hPa的引導(dǎo)氣流）（四）T(p0)Cp，那么lnlnTARlnp0 鋒區(qū)小，大，等位溫線密

)0

二

海平面氣壓場(chǎng)海平面變壓場(chǎng)風(fēng)場(chǎng)（一）（SPLpLpN x tgg(

) N N N0LpN P密度零級(jí)不連續(xù)氣壓一級(jí)不②pN=0pL（二

風(fēng)場(chǎng)在鋒面具有氣旋性切變，即VgLVgN（見(jiàn)鋒面坡度討論v特v特 移動(dòng)坐標(biāo)的局地變化一般坐標(biāo)的局地變 CdttvC

C

t個(gè)別變 鋒面速vv （dtty軸（Cy0） 鋒面上，雖然鋒面移動(dòng)（tpLpN)0tpLpN)C

(pp)=pLpN

pL

pNx

x

xpL

(pLpN

C0,pLx0(坐標(biāo)選取決定) x鋒面兩側(cè)變壓 鋒面兩側(cè)氣壓梯度

C0, N

冷鋒下，暖區(qū)全是暖氣團(tuán) 0 L N

t 暖鋒下，冷區(qū)全是冷氣團(tuán) 0 冷鋒下 暖鋒冷鋒下 暖鋒下

0 （四）00

dp

gdz，那么p0

gdzg(u+v)dzgw z0

g(u+v)dzg(u+v)dzgw0z 0z

0(00 zgvhdz

gvhdz 正平流p00冷平流負(fù)平流p00暖平流

熱力因 動(dòng)力因

L

&

NpLtan

g(LNpL

0 pLtan

LFLL:(pLx

(pLx

(pL)x

(pL) FL:(pFL

(pFL

(pFL)x(pFL)

由于 L N由于 L N0，

L

x

g(LFL 2 2 FN

x

g(FNN v特v特|2

T|

T|

T

在鋒區(qū)內(nèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋒區(qū)外，要求鋒區(qū)內(nèi)

。。變壓場(chǎng)SPL(pLpFL) (pLpFL)C(pLpFL)

2

2 L FL)Cx L FL

(pL)

(pF)

(pN 第二型冷鋒第四節(jié)鋒面分析（略，詳見(jiàn)天氣學(xué)分析第五節(jié) t(hT鋒生函數(shù)（F0，鋒生；F<0，鋒消 2FFn0n2 nF

t(hT)dt(hT dtnF

(T)

(T)

(T)w

(T

nn

ss

(T)[

T)Vn(T)]

0

(wT)w

n

z(T

TwT)Vn(T)w

n

n (Q)

Vn )Cp

n

由于坐標(biāo)系取法，T0，因此鋒生則要求V n

VnVn因此Vn

VnVn因此Vn

(

w

1C1Cp

第三章旋與反氣位勢(shì)傾向方程與方程

v 、、-_-

VV

sin

Vcos

cos

VsinXOY0，則有xsynV

曲率變渦

A,B,C:RsA切變渦度B切變渦度C切變渦度vgug

g

(x2

y2H 2——拉斯算子，反映梯度的散vavavvcvava牽連渦度行星渦a2

~

~u

ugz

(2)

(u

v)(u

vf)

(uv

y

x(

)(uv d(fuv

)(uv y

x

1.(uv

y x(

)(uv

0(大尺度下

1 (u

v)

渦度分布不均勻風(fēng)輸送渦度

(u

vf

f

v

南風(fēng) y，而

北風(fēng)d方程

(

f)

)(

v10-6 y10-6

x

量綱

10-

10-

10-10(0d(ff)(uv0 fd(ff(uv d (f)0，絕對(duì)渦度守恒第二節(jié)位勢(shì)傾向方程與 d(f)f(uv)d

f

p 22

)f2vgvg(f

vvRg Cpp p是高度場(chǎng)，

（一）（二）獨(dú)立變量是、Q、和 f②p

①，得：v(f)v(f)f f ggpg ) C(p (

p2)

地轉(zhuǎn)風(fēng)平流溫度/厚度平流的垂直變化非絕熱加熱位勢(shì)傾向(2

f2

)

tt)Asinkxsinlysinmp，原式()[(kt

l2f

sinkxsinlysinmp即(k

l2f

)地轉(zhuǎn)風(fēng)平流f

vgfvgvgfvgg

相對(duì)渦度的地轉(zhuǎn)風(fēng)平

0fv

0

0fvg

0

下降，長(zhǎng)波變得主要。短期天氣系統(tǒng)下基本是前移為主（300km以下）

=（v f=g=0f

f=0，fv

f

p(vgp

f2

f2Rp=

p

p)

p

T

f

Cp

四．推導(dǎo)方①2②，則(2f

)

p2

(

g)]

]Cp

2(dQ2 溫度平流的2五．方程的物理意義（與位勢(shì)傾向方程類似，簡(jiǎn)單概括）20,上升，0,

非絕熱加熱的p的下降（z的上升）該項(xiàng)變大，則熱力因子：1.溫度平流的2非絕熱加熱的2：加熱，上升；冷卻，下第二．五節(jié)小結(jié)(本節(jié)取自ω二.第三節(jié)溫帶氣旋與反氣旋(本節(jié)取自假設(shè)：高空溫度場(chǎng)位相于高度場(chǎng)；高空槽前為地面氣旋；槽后為地面反氣旋（二）第四章氣環(huán)直尺度——10公里以上，時(shí)間尺度——幾天。200hPa200hPa高度上南風(fēng)，地面北200hPa高度上北風(fēng)，地面南風(fēng)。極區(qū)為極渦控制—21個(gè)—大槽—?dú)W洲淺槽—大槽（ACAACA稱為半永久型，季節(jié)性存在的稱為季節(jié)型。、：、： ~4月、阿留申低壓（9月~5月、冰島低壓（9月~4月 低壓（4月~10月、非洲壓（壓（10月~4月、澳大利 尼西亞低壓（10月~3月、南美低壓（11月~2月①11月～５一般來(lái)說(shuō)，1~5為主要因子，6的作用體現(xiàn)在大氣低頻變化上水平尺度L~106m，垂直尺度H~104m，因此垂直運(yùn)動(dòng)<<水平運(yùn)動(dòng)二．輻射隨緯度分布不均勻——單圈環(huán)流1、輻射能是大氣環(huán)流形成的基本能源，輻射能在整個(gè)地球表面分布不均勻，（4.10）

三風(fēng)：極地東風(fēng)（東北風(fēng))、中緯西風(fēng)（西南風(fēng))、低緯東風(fēng)（東北信風(fēng)）四帶：極地高壓帶、副極地低壓帶、副熱帶高壓帶、赤道低壓帶（一）ACA（二）高原北部脊區(qū)我國(guó)北方晴天孟加拉灣低槽我國(guó)南方陰雨② ①夏季為熱源南亞高壓形成低層低壓 ②冬季為相對(duì)冷源降水稀少；南支槽有低壓和洋水汽輸送，使得地形導(dǎo)致的低壓氣旋向我國(guó)輸送水M(az)cos[u(a（source匯（sink：低緯u<0,大氣遇山得到西風(fēng)角動(dòng)量。 影響因子地形：青藏 vRk

uR fpA點(diǎn)u0,且u0，即為副高脊面。副高實(shí)際上是起到 東風(fēng)帶與西風(fēng)帶的第五章天氣形勢(shì)及天氣要素的預(yù)勻速：2張?zhí)鞖鈭D（過(guò)去+現(xiàn)在）前提（變壓法

C(p)

C為天氣系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速 yx為研究對(duì)象，槽線

(p)得到

(p 22（２）x2反映等高/（３）XX2ppp pp2p0X槽前

2

2=

0tantanX

2

2>

0tantanX軸之間的方向移動(dòng)，橢圓越扁，越接近于X（方向(p)t(p)t (p x22

2

(p

2 y

tan22

2 Cy

x

2

Pp

注

g2(H)g d(f)f(uv)=f

(f)fp0dpp0V(f)dpp0f0

p0時(shí)0，大氣頂（p0）時(shí)，（一）V(f

（二）VV VV

平均層熱成風(fēng)渦p0

dpp0V(f

=p0(VAV)(f

認(rèn)為：V、pA=1A1A=0A20.6 其中A是垂直方向上的平均=V(f)- （２）（３）（0.6）（一）地轉(zhuǎn)渦度平流的判 AVfV500hPaf f ，=f 500hPa

Af<0

Af>0AfAfAfAfAfAf=0

Af

H

（二）相對(duì)渦度平流的判 A

(Vs)(

s

V由于

KVVVV，

s sA

(KV

)V

VVKs

)

s

H

2HA

V ) s

ss

n

s

9.8V

(H)

(H

ss

ssK0H (H

sH

0 (Hn

(Hn

(Hn(H)0

0H

s tK0H 對(duì)稱 疏散 匯合

H

gn由于H0恒成立，因此由Ks

疏密（離）A3

Vg