南京大學(xué)-天氣學(xué)原理-期末復(fù)習(xí)提綱

復(fù)習(xí)思考題1.大尺度大氣運動的基本特征1.準(zhǔn)靜力平衡只有當(dāng)運動的水平尺度非常小(L<102m)和運動非常強烈(V>50m/s)的情況下，才不成立。即一般大、中、小尺度都滿足。2.準(zhǔn)定常狀態(tài)在零級簡化中，時間偏導(dǎo)數(shù)項(?/?t)可略去。但若要作預(yù)報，則需保留，如取一級簡化。3.準(zhǔn)水平運動運動方程的零級和一級簡化中不出現(xiàn)含有w的項，故大尺度運動是準(zhǔn)水平的。但垂直運動對天氣形成有重要作用，常需將對流項保留。4.準(zhǔn)地轉(zhuǎn)平衡零級簡化表現(xiàn)為地轉(zhuǎn)平衡。2.尺度分析的概念、地轉(zhuǎn)風(fēng)的定義尺度分析法是依據(jù)表征某類運動系統(tǒng)各場變量的特征值，來估計大氣運動方程中各項量級大小的一種方法。滿足水平氣壓梯度力與科氏力平衡的大氣運動稱為地轉(zhuǎn)風(fēng)3.渦度定義、絕對渦度的表達式，自然坐標(biāo)中渦度的表達式及意義氣象中的渦度是指速度旋度的垂直分量，在z坐標(biāo)系中即為z為相對渦度，f為地轉(zhuǎn)渦度，z+f為絕對渦度。自然坐標(biāo)中的渦度表達式曲率項：由流線(或等高線)彎曲造成的渦度，風(fēng)速愈大，曲率愈小，渦度愈大；當(dāng)流線為氣旋性彎曲時z>0，當(dāng)流線為反氣旋性彎曲時z<0。切變項：當(dāng)有氣旋式切變時z>0，當(dāng)有反氣旋式切變時z<0，4.渦度方程及各項的物理意義在p坐標(biāo)系下鉛直渦度方程1）相對渦度的平流2）相對渦度的的鉛直輸送3）水平散度作用4）b效應(yīng)項5）傾斜項6）摩擦項5.簡化的渦度方程式6.控制大氣環(huán)流的基本因子有哪些？其作用是什么？大氣環(huán)流是指大范圍的大氣運動狀態(tài)。太陽輻射在地表加熱不均勻，使空氣質(zhì)點運動，形成經(jīng)圈環(huán)流；地球自轉(zhuǎn)使氣流發(fā)生偏轉(zhuǎn)，將單圈環(huán)流修正成三圈環(huán)流，產(chǎn)生緯向氣流和高低壓氣壓帶；地面摩擦構(gòu)成角動量輸送的一環(huán)，對大氣環(huán)流的形成和維持起重要作用；地表不均勻使緯向氣流發(fā)生斷裂，造成大氣環(huán)流經(jīng)度間的差異和季節(jié)差異，形成閉合的高低壓中心和高空槽脊，形成季風(fēng)。7.什么是三圈環(huán)流？Hadley環(huán)流理論自赤道向兩極形成了輻射梯度，凈輻射梯度分布引起了地球上高、低緯度間的大氣熱量收支不平衡，形成了向極的溫度梯度。在這種溫度梯度下，為保持靜力平衡，對流層高層必然出現(xiàn)向極地的氣壓梯度，低層出現(xiàn)向低緯的氣壓梯度。氣壓梯度力的作用將使赤道和極地間構(gòu)成一個大的理想的直接熱力環(huán)流圈。大氣是在自轉(zhuǎn)的地球上運動著，地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的地轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)力迫使運動空氣的方向偏離氣壓梯度力方向。在北半球，氣流向右偏轉(zhuǎn)，結(jié)果使直接熱力環(huán)流圈中自極地低空流向赤道的氣流偏轉(zhuǎn)成東風(fēng)，而不能逕直到達赤道；自赤道高空流向極地的氣流，隨緯度增高，偏轉(zhuǎn)程度增大，逐漸變成與緯圈相平行的西風(fēng)。緯向風(fēng)帶的出現(xiàn)，阻礙了低緯的高空大氣繼續(xù)北流，使大氣在那里堆積產(chǎn)生輻合，加上輻射冷卻而下沉。下沉后的空氣再在低層分別流向南方和北方。低層向南的氣流受地轉(zhuǎn)偏向力的作用，東風(fēng)分量逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榈途暤孛鎸拥钠珫|北風(fēng)，即“東北信風(fēng)”。同樣，在南半球地面層有流向赤道的氣流為“東南信風(fēng)”。兩支信風(fēng)在赤道地區(qū)匯合上升，再在高空流向高緯度。這樣在低緯度地區(qū)，南北半球各有一個環(huán)流圈，這個環(huán)流圈稱為Hadley環(huán)流。東北信風(fēng)和東南信風(fēng)之間的匯合地帶叫“赤道輻合帶”。另一支由30°N處下沉后在低層向北流，受地轉(zhuǎn)偏向力的作用到中緯度地面層轉(zhuǎn)為偏西南風(fēng)。而在北極地區(qū)輻射冷卻下沉的冷氣流，到地面層向南流的過程中也向右偏轉(zhuǎn)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦呔暥鹊孛鎸拥钠珫|北風(fēng)，這支冷而干的東北風(fēng)與來自中緯度的暖而濕的西南風(fēng)在中高緯地區(qū)相遇匯合，這個匯合地帶叫“極鋒輻合帶”。在極鋒輻合帶地區(qū)暖濕的西南氣流由于密度小位于冷而干的東北氣流之上，爬升到高空又分別流向南方和北方。高空向北的一支向右偏，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲髂巷L(fēng)，流向極地后降溫下沉，補償極地近地面層向南流的空氣。這樣在高緯地區(qū)形成了一個直接熱力環(huán)流圈，叫“極地環(huán)流”。極鋒上空向南流的一支與向北流的低緯空氣相遇匯合后下沉，再在地面層分別向南和向北形成輻散地帶，稱為副熱帶高壓帶。因此，中緯度地區(qū)，在“Hadley環(huán)流”和“極地環(huán)流”之間又形成了一個間接熱力反環(huán)流圈，即“Ferrel環(huán)流”8.冬、夏大氣環(huán)流的平均特征1、平均氣壓場（海平面）冬季，北半球的主要活動中心是兩個低壓和幾個高壓。低壓：一個是阿留申低壓，與高空東亞大槽相對應(yīng)；另一個是冰島低壓，與北美大槽相對應(yīng)。高壓：西伯利亞高壓、北美高壓、太平洋高壓和大西洋高壓。前兩個為冷高壓，后兩個為副熱帶高壓。夏季與冬季的最突出的差別是冬季大陸上的兩個冷高壓在夏季變成了兩個熱低壓：亞洲低壓和北美低壓。阿留申低壓和冰島低壓在夏季雖仍存在，但比冬季弱得多。副熱帶高壓夏季顯著北移，海上的兩個副熱帶高壓變得非常強大。2、對流層中層平均環(huán)流（500hpa）主要槽脊系統(tǒng)（冬三、夏四）。東亞大槽北美大槽歐洲淺槽東亞大槽東移北美大槽歐洲西岸烏拉爾山以東3、平均風(fēng)場緯向風(fēng)速特征：①對流層內(nèi)，無論冬夏，低緯地區(qū)為深厚東風(fēng)。②中高緯為西風(fēng)控制，西風(fēng)的南北寬度隨高度增大而增大，強弱隨高度增強，200hPa達最大，稱為西風(fēng)急流。平均經(jīng)向風(fēng)速特征：①無論冬夏，對流層中層是一個弱的風(fēng)速中心，冬夏風(fēng)向相反；高層150—200hPa有相反的風(fēng)速中心。②經(jīng)向風(fēng)速比緯向風(fēng)速小得多，說明大氣運動基本是緯向運動，但也存在南北向的交換。4、平均緯向垂直環(huán)流圈Walker環(huán)流，空氣在赤道西太平洋印尼島輻合上升，一支向動流，在動太平洋下沉輻散，然后又向西流向西太平洋，低層西風(fēng)，高層?xùn)|風(fēng)，為熱力正環(huán)環(huán)流圈。5、ENSO三大濤動：

南方濤動（SO）：東南太平洋與西太平洋、印度洋氣壓變化呈相反的變化趨勢。北太平洋濤動（NPO）：阿留申低壓與夏威夷高壓之間氣壓變化呈相反趨勢。

北大西洋濤動（NAO）：冰島低壓與亞速爾高壓之間氣壓呈相反變化趨勢。9.大氣活動中心的定義以及分類大氣活動中心：由于地面地形及海陸差異的作用，平均海平面氣壓場環(huán)流分布表現(xiàn)為沿緯圈方向的不均勻性，呈現(xiàn)出一個個巨大的閉合高低壓中心。永久性活動中心：長年存在的活動中心。半永久性活動中心：季節(jié)性變化的活動中心。10．極渦的定義、急流的定義極渦：圍繞極地地區(qū)的低壓中心。急流：指強而狹窄的氣流帶。是風(fēng)場上的一個突出特征。行星鋒區(qū)：在中、高緯度地區(qū)對流層中、上層的天氣圖上，等溫線密集的帶狀區(qū)域。11.各類鋒面的定義、天氣特征、及我國鋒生概況氣團是指在一定的范圍內(nèi)，物理屬性相對比較均勻的大塊空氣。冷暖氣團之間的狹窄過渡帶，稱為鋒面，有時也稱為鋒區(qū)。鋒面與地面的交線稱鋒線。鋒面和鋒線統(tǒng)稱為鋒。冷鋒：冷氣團起主導(dǎo)作用，推動鋒面向暖氣團一側(cè)移動，稱為冷鋒。冷鋒所經(jīng)之處，冷空氣代替暖空氣，使該地區(qū)氣溫下降。暖鋒：暖氣團起主導(dǎo)作用，推動鋒面向冷氣團一側(cè) 移動，稱為暖鋒。暖鋒所經(jīng)之處，暖空氣代替冷空氣，使該地區(qū)氣溫升高。準(zhǔn)靜止鋒：冷暖氣團勢力相當(dāng)，鋒面移動緩慢或相對靜止，稱為準(zhǔn)靜止鋒。（6小時移動在1個緯距之內(nèi)）錮囚鋒：由冷鋒趕上暖鋒或者兩條冷鋒迎面相遇疊并而成的鋒，稱為錮囚鋒。鋒生：鋒的形成或增強。鋒消：鋒的消失或減弱鋒生概況南方鋒生帶：華南到長江流域北方鋒生帶：河西走廊到東北這兩個鋒生帶是和南北兩支高空鋒區(qū)相對應(yīng)的。鋒生帶隨高空鋒區(qū)的季節(jié)變化而相應(yīng)地發(fā)生位移。自春到夏，鋒生帶逐漸北移，自夏到冬，則逐漸南移。12.Margules鋒面坡度公式及其物理意義1)鋒面的坡度與f成正比，高緯鋒面坡度大于低緯。冷鋒南下時，鋒面坡度逐漸減小。赤道上,即無鋒面2)鋒面的坡度與鋒兩側(cè)的溫度差成反比，溫度差越大，坡度越小。即無鋒面3)鋒面的坡度與鋒兩側(cè)平行于鋒的地轉(zhuǎn)風(fēng)分量差成正比風(fēng)呈氣旋性切變(vc-vw>0)風(fēng)速差（風(fēng)速切變）越大，坡度越大4)鋒面坡度與平均溫度成正比T*越高，坡度越大，冬季坡度小于夏季13.鋒附近的熱力場特征。說明溫度場、位溫場、假相當(dāng)位溫場的主要分布特征及原因，并能作示意圖（1）溫度場特征鋒區(qū)內(nèi)水平溫度梯度很大，通常5-10oC/100km，而一般氣團內(nèi)為1-2oC/100km。地面圖上，溫差大的地區(qū)等壓面圖上，等溫線密集的區(qū)域鋒區(qū)隨高度增加向冷空氣一側(cè)傾斜。高空等溫線的走向與地面鋒線的走向近于平行。鋒區(qū)內(nèi)垂直溫度梯度很小（逆溫、等溫和微弱降溫）。(2)位溫場特征在垂直剖面上，等θ線在鋒層內(nèi)最為密集；與鋒區(qū)的上下界近于平行。在對流層中，一般0﹤g﹤gd，即θ隨高度增加而增大，但在鋒區(qū)內(nèi)，g≤0或g﹥0但很小，所以（gd-g）比一般氣團內(nèi)大很多，使鋒區(qū)內(nèi)?θ/?z比周圍大得多，所以等θ線密集。假定鋒面是物質(zhì)面，即其兩側(cè)的冷、暖空氣只能沿鋒面上下滑動。而在干絕熱條件下，θ是守恒的，于是沿鋒面滑動的空氣的位溫將保持不變，因而鋒面必將是等θ面。假相當(dāng)位溫場（θse）在實際大氣中，考慮水汽凝結(jié)的影響，可用θse代替θ進行分析，同樣可得：鋒區(qū)中等θse線密集，鋒區(qū)與等θse線平行，θse隨高度迅速增大，在鋒區(qū)附近，中低層冷鋒前有舌狀高值區(qū)，冷鋒后有舌狀低值區(qū)。14.鋒附近的氣壓場和風(fēng)場特征。氣壓場特征、風(fēng)場特征，并能用Margules鋒面坡度公式加以說明，能作示意圖①氣壓場由鋒面坡度公式故鋒面兩側(cè)氣壓梯度不連續(xù)。鋒面位于氣壓槽中，等壓線通過鋒面時呈氣旋式彎曲，其折角指向高壓。②風(fēng)場水平切變地面鋒位于氣壓槽中，鋒線附近的風(fēng)場有氣旋式切變，地面摩擦使風(fēng)與等壓線成一交角，在鋒面附近形成輻合區(qū)。垂直切變風(fēng)速的垂直切變：因為鋒區(qū)內(nèi)水平溫度梯度很大，所以熱成風(fēng)很大，故風(fēng)的垂直方向切變很大。風(fēng)向的垂直切變：地面冷鋒之后的測站，自低層至高空，通過鋒層時風(fēng)向作逆時針旋轉(zhuǎn)，對應(yīng)有冷平流；地面暖鋒之前的測站，自低層至高空通過鋒層，風(fēng)向作順時針旋轉(zhuǎn)，對應(yīng)有暖平流。15.鋒附近的變壓場特征。變壓場分布特征及原因冷鋒后有三小時正變壓，暖鋒前有三小時負(fù)變壓。特征：總的來說，不論冷暖鋒，鋒后的變壓代數(shù)值一定大于鋒前的變壓代數(shù)值。16.什么叫氣旋、反氣旋？概述氣旋分類。氣旋是在同一高度上中心氣壓低于四周的、占有三度空間的大尺度渦旋。17.準(zhǔn)地轉(zhuǎn)ω方程及各項的物理意義渦度平流隨高度變化溫度平流非絕熱加熱18.地面氣旋發(fā)展公式（Petterssen發(fā)展方程）及其推導(dǎo)思路，各項因子對氣旋的發(fā)展、減弱有何影響？19.敘述鋒面氣旋發(fā)展的四個階段（波動階段，發(fā)展階段，錮囚階段，消亡階段）溫壓場的變化(一)初生(波動)階段在氣旋發(fā)生前(圖4.17a)，高緯為東風(fēng)，低緯為西風(fēng)。高緯冷，低緯暖，中間有一條鋒面(虛線)。開始出現(xiàn)擾動時(圖4.17b)，冷空氣向南侵襲，暖空氣向北擴展，出現(xiàn)冷暖鋒面及鋒面降水。地面圖上，開始出現(xiàn)低壓中心。(二)發(fā)展（成熟）階段冷暖鋒進一步發(fā)展(圖4.17c)，鋒面降水繼續(xù)增強，雨區(qū)擴大。地面圖上閉合等壓線增多，中心氣壓不斷降低。低壓一般仍沿暖區(qū)氣流方向移動，速度比波動階段略減。冷鋒比暖鋒移動更快(d)。(三)錮囚階段冷鋒追上暖鋒，從氣旋中心開始形成錮囚鋒(e)，起初氣旋仍可繼續(xù)加深，發(fā)展到最盛。然后，錮囚的范圍擴大，氣旋的范圍也擴大，并轉(zhuǎn)變成對流層下部的一個大冷渦，但暖空氣仍然在其上空(f)。(四)衰亡階段氣旋成為一個正壓渦旋(g)，已無鋒面特性，并且由于摩擦作用，氣旋逐漸消散(h)。20.舉例說明地形對氣旋的發(fā)展有何影響。對于南北向的山脈，西風(fēng)在迎風(fēng)坡上升產(chǎn)生反氣旋渦度，在背風(fēng)坡下沉產(chǎn)生氣旋渦度èè背風(fēng)氣旋發(fā)展21.我國氣旋常在什么高空形勢下生成？試用理論說明該形勢下氣旋生成的有利條件？槽前脊后，正渦度平流，氣旋發(fā)展22．影響西風(fēng)帶長波槽脊的發(fā)展因子有哪些？平均層上的渦度局地變化主要由4個因子引起，平均層上的相對渦度平流熱成風(fēng)渦度平流地轉(zhuǎn)渦度平流地形作用23．經(jīng)、緯向環(huán)流、西風(fēng)指數(shù)、指數(shù)循環(huán)、長波波速、長波調(diào)整、上下游效應(yīng)、群速度西風(fēng)帶的波狀流型有時表現(xiàn)為大致和緯圈相平行,這種環(huán)流狀態(tài)稱為緯向環(huán)流,也稱為平直西風(fēng)環(huán)流;有時則表現(xiàn)為具有較大的南北向氣流,甚至出現(xiàn)大型的閉合暖高壓和冷低壓,這種環(huán)流狀態(tài)稱為經(jīng)向環(huán)流。為了定量地表示西風(fēng)強弱,Rossby提出,把35o~55o之間的平均地轉(zhuǎn)西風(fēng)定義為西風(fēng)指數(shù)。西風(fēng)環(huán)流的中期變化主要表現(xiàn)為高低指數(shù)交替、循環(huán)的變化過程,稱為指數(shù)循環(huán)。Rossby長波公式一般僅把長波波數(shù)的變化及長波的更替稱為長波調(diào)整。大范圍上、下游長波系統(tǒng)變化之間的聯(lián)系,稱為上下游效應(yīng)。上游某地區(qū)長波系統(tǒng)發(fā)生某種顯著變化之后,接著就以相當(dāng)快的速度(通常比系統(tǒng)本身移速以及平均西風(fēng)風(fēng)速都快)影響到下游地區(qū)長波系統(tǒng)發(fā)生變化,叫上游效應(yīng)。群波的移動速度稱為群速度cg在長波脊中往往可形成閉合的暖高壓，稱為阻塞高壓。阻塞高壓的一般特征定義為(a)在地面圖上和500hPa等壓面圖上必須同時出現(xiàn)閉合等值線，而且在高空圖上，阻塞高壓將西風(fēng)急流分為南北兩支；(b)阻塞高壓中心位于30oN以北；(c)阻塞高壓持續(xù)時間至少5天。在阻塞高壓的一側(cè)或兩側(cè)可形成孤立的閉合冷低壓，稱為切斷低壓。切斷低壓是出現(xiàn)于對流層中上層的冷性閉合的低壓系統(tǒng)，在高空等壓面圖上表現(xiàn)為與北方冷空氣主體割裂的一堆孤立冷空氣，這種系統(tǒng)一般在300～500hPa等壓面圖上表現(xiàn)最為明顯。西南