《天氣學(xué)原理》復(fù)習(xí)重點(diǎn)(上)

#/11天氣學(xué)原理Charl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)量空氣的萬有引力（3）摩擦力：單位質(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=Q2R地轉(zhuǎn)偏向力：由于坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致物體沒有受力卻出現(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=-2QxV（1）地轉(zhuǎn)偏向力A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?。?）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。通常情況下w很小，因而近似有Ax=2Qv和Ay=-2Qu。對(duì)水平運(yùn)動(dòng)而言，北半球Ax、Ay使運(yùn)動(dòng)向左偏，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——?dú)怏w狀態(tài)方程5、溫度平流變化%hT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)-V"hT<0時(shí)，有冷平流，夾角為鈍角，風(fēng)從冷區(qū)吹向暖區(qū)，使局地溫度降低。當(dāng)-V"hT>0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：▽?(pV)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：▽?V流體在單位時(shí)間內(nèi)的相對(duì)膨脹率。▽">0時(shí)，體積增大輻散。不可壓縮流體：速度散度為零水平散度：流體在單位時(shí)間內(nèi)水平面積的相對(duì)膨脹率7、熱力學(xué)能量方程空氣塊的熱力學(xué)能量的變化率=加熱率+外力對(duì)空氣塊的作功率8、用熱力學(xué)方程解釋引起固定點(diǎn)溫度變化的原因由熱力學(xué)能量方程的零級(jí)簡化得，大尺度系統(tǒng)中的局地溫度變化是由溫度平流和非絕熱作用造成的結(jié)果。在非絕熱作用很小的情況下，溫度變化主要是由溫度平流引起的。9、等位勢面當(dāng)物體在等位勢面上移動(dòng)時(shí)，位能不發(fā)生變化，不需要克服重力作功，等位勢面處處與重力方向垂直，等位勢面是水平面。10、地轉(zhuǎn)風(fēng)地轉(zhuǎn)風(fēng)是自由大氣中水平氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力相平衡時(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)系是在無摩擦，不考慮加速度和垂直方向的地轉(zhuǎn)偏向力的情況下近似成立的。赤道上（。=0）水平地轉(zhuǎn)偏向力為零，地轉(zhuǎn)風(fēng)不存在。（2）地轉(zhuǎn)風(fēng)的大小與水平氣壓梯度力成正比（3）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11、梯度風(fēng)水平氣壓梯度力、水平地轉(zhuǎn)偏向力、慣性離心力平衡時(shí)，有效分力為零，風(fēng)沿等壓曲線作慣性等速曲線運(yùn)動(dòng)，這就是梯度風(fēng)。應(yīng)用：（1）順時(shí)針旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)高壓中心，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)低壓中心。（2）低壓中心等壓線可分析的密集些，高壓中心附近等壓線應(yīng)分析的稀疏些。（3）氣旋中心氣壓梯度和風(fēng)速可無極限，而在反氣旋中則有極限，梯度風(fēng)有極大值。（4）氣旋性環(huán)流中對(duì)風(fēng)速估計(jì)過高，反氣旋中Vfmax=2Vg對(duì)風(fēng)速估計(jì)過低。12、熱成風(fēng)：地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度的改變量熱成風(fēng)與平均等溫度線（或等厚度線）平行，背風(fēng)而立，低溫在左高溫在右。熱成風(fēng)大小與平均溫度梯度或厚度梯度成正比，與緯度成反比。熱成風(fēng)解釋淺薄&深厚系統(tǒng)：百度溫壓場對(duì)稱系統(tǒng)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。13、正壓大氣和斜壓大氣正壓大氣：大氣中密度的分布僅僅隨著氣壓而變，等壓面和等密度面（等溫面）重合，沒有熱成風(fēng)。斜壓大氣：大氣中密度的分布不僅隨氣壓變化，還隨溫度變化。等壓面和等密度面（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)。14、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。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方。D1變壓風(fēng)：▽h?V"h?（Vg+D）"h-D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)。高空圖，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、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)之間的過渡區(qū)。鋒面：由于鋒區(qū)的寬度同氣團(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4T（3）鋒兩側(cè)風(fēng)速差△Vg為零時(shí)，鋒面不存在；鋒存在時(shí)，tga>0,兩側(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、鋒面附近溫度場的特征（1）水平方向：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，鋒區(qū)越強(qiáng)。錮囚鋒在高空圖上有暖舌，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)或過渡區(qū)越窄，通過鋒區(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、風(fēng)場和變壓場的特征氣壓場：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）等壓線過鋒面有氣旋性彎曲，鋒面處等壓線有折角，指向高壓水平風(fēng)場：鋒面附近風(fēng)場具有氣旋性切變，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)場輻合垂直風(fēng)場：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：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)，鋒面附近氣壓場、風(fēng)場和變壓場的特征鋒區(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：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：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：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)很大而無明顯平流，可能是靜止鋒。變壓場：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、鋒附近濕度場特征：一般暖空氣濕度大，露點(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?。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?、鋒面分析的基本原則歷史連續(xù)性原則結(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風(fēng)資料的應(yīng)用（單站測風(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速度10、鋒生、鋒消鋒生：指密度不連續(xù)性形成的一種過程或指已經(jīng)有的一條鋒面，其溫度或位溫水平梯度加大的過程。鋒消：指作用相反的過程。在等壓面圖上某一帶有一組等溫線，其水平升度為Tn=dT/dn,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增大的過程稱為鋒生過程。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F>0，dF/dn=0，d2F/dn2<0；第二，鋒生線必須是物質(zhì)線。F>0表示有鋒生作用，溫度水平梯度加大F<0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F1=-Tn（dVn/dn）若dVn/dn<0，即沿溫度升度方向水平氣流輻合，而Tn>0，F(xiàn)1>0，有鋒生作用；若dVn/dn>0，即沿溫度升度方向水平氣流輻散，而Tn>0，F(xiàn)1<0，有鋒消作用。(2)垂直運(yùn)動(dòng)作用F2=-(rd-r)dw/dn3<0為上升，3>0為下沉穩(wěn)定大氣rd-r>0,冷鋒上山下山，dw/dn>0,F2<0，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-r<0,冷鋒上山下山，dw/dn>0,F2>0，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?，冷空氣上升絕熱冷卻。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)很弱或無上升運(yùn)動(dòng)，溫度變化不大；而靠近其冷的一側(cè)下沉