天氣學原理重點-圖文

天氣學原理重點-圖文天原復習題1、站在轉動的地球上觀測單位質量空氣所受到力有哪些？各作用力定義、表達式及意義如何？答：氣壓梯度力、地心引力、慣性離心力、重力、地轉偏向力及摩擦力的分析因地球為橢球體，重力與地面垂直，無指向赤道的分量。重力在赤道最小，極地最大。緯度45度海平面的重力加速度為：g=9.806m/2重力是垂直方向上的，而大氣運動是準水平的；科氏力始終垂直于速度方向，故只改變方向，不作功；所以，引起大氣運動的最重要作用是：由于壓力分布不均勻而產生的壓力梯度力（熱力作用引起的）2、地轉偏向力與水平地轉偏向力有何相同與不同？地轉偏向力的大小：（1）與相對速度|V|大小成正比（因角速度為常數(shù)）；當|V|=0時，A=0，只有在做相對運動時，A才存在。（2）與速度夾角也成正比。水平地轉偏向力：大氣中垂直運動一般也較小，氣塊主要受某方向和y方向地轉偏向力，即：水平地轉偏向力的影響。地轉偏向力方向：與垂直地軸和速度方向垂直，只能改變氣塊的運動方向，不能改變其大小。在不考慮w和Az的情況下，在北半球，地轉偏向力指向運動方向右側，在南半球，地轉偏向力指向運動方向左側。2、科氏力是怎樣產生的，與速度的關系如何，南北半球有何區(qū)別？觀測者站在旋轉地球上觀測單位質量空氣塊運動（），發(fā)現(xiàn)在北半球有一個向右偏的力，在南半球向左偏的力。稱此力為地轉偏向力，又名科氏力。表達式：A2V（1）與相對速度|V|大小成正比（因角速度為常數(shù)）；當|V|=0時，A=0，只有在做相對運動時，A才存在。（2）與速度夾角也成正比。在不考慮w和Az的情況下，在北半球，地轉偏向力指向運動方向右側，在南半球，地轉偏向力指向運動方向左側。3、大尺度系統(tǒng)運動遵循什么規(guī)律？4、質量通量散度和速度散度定義。質量散度形式的連續(xù)方程:速度散度形式的連續(xù)方程：V0t1dV0dtVuvw不可壓縮流體的連續(xù)方程：0單位時間通過固定的單位體積的質量改變量，稱為質量通量散度。某yz大于零，表示凈流出，質量減少；小于零，表示凈流入，質量增加。V稱為速度散度，表示流體在單位時間內體積的相對膨脹率。大于零，體積膨脹，稱為輻散，表示流出；小于零，體積縮小，稱為輻合，表示流入。流線與軌跡（1）定義流線：是指在某一固定時刻，處處與風向相切并指向氣流方向的曲線。軌跡：是指在某一段時間內個別空氣塊運動的路徑。（2）流線能表現(xiàn)在某一時刻的天氣圖上，而軌跡卻不能。所以日常中，等壓線、等高線近似為流線，不能當作軌跡線。熱成風：a.上下兩層地轉風的矢量差，稱為這兩層之間的熱成風。b.地轉風隨高度的變化，稱為熱成風。（1）適用范圍：北半球中高緯度地區(qū)，自由大氣中大尺度系統(tǒng)。（2）大?。篴．與緯度成反比，與等厚度線的疏密成正比b．與緯度、等壓面差距、溫度有關（3）方向熱成風沿氣層的等厚度線（等平均溫度線）吹，背風而立，厚度（平均溫度）高的在右。8、在北半球大尺度系統(tǒng)運動中，氣壓場有低（高）中心存在，周圍風為什么是逆（順）時針旋轉？高壓周圍的風場是順時針旋轉，低壓周圍的風場是逆時針旋轉。證明：高壓中心存在，水平氣壓梯度力由內向外，慣性離心力由內向外，為使三力平衡，水平地轉偏向力必定由外向內，因為水平地轉偏向力垂直速度右偏，所以風順時針旋轉；低壓中心存在，水平氣壓梯度力由外向內，慣性離心力由內向外，慣性離心力為小量，為使三力平衡，水平地轉偏向力必定由內向外，因為水平地轉偏向力垂直速度右偏，所以風逆時針旋轉。9、為什么可以看到有很強的低壓發(fā)展（如臺風和氣旋），而高壓不能發(fā)展很強？（書上41-43）10、正壓大氣、斜壓大氣含義是什么？熱成風為什么會發(fā)生在斜壓大氣中？正壓大氣：密度僅為氣壓的函數(shù)，ρ=ρ（p）。等壓面、等密度面和等溫面重合在一起，等壓面上Vg0p溫度梯度為零，地轉風不隨高度變化，無熱成風.斜壓大氣：密度是氣壓和溫度的函數(shù)ρ=ρ（p，T）等壓面與等密度面或等溫面相交，等壓面上溫度Vg0p梯度不為零地轉風隨高度變化，有熱成風熱成風存在于斜壓大氣中11、畫圖說明在自由大氣中某個氣層中，當風隨高度增加呈逆時針旋轉，該氣層有冷平流，當風隨高度增加呈順時針旋轉，該氣層有暖平流？風隨高度順時針變化-----暖平流風隨高度逆時針變化-----冷平流根據(jù)P0、P1層上地轉風的方向定出熱成風方向，根據(jù)背風而立高溫在右，畫出等溫度線。根據(jù)地轉風方向和等溫度配置情況可知氣層間溫度平流是冷是暖。12、上層風逆轉，下層風順轉，氣層是穩(wěn)定還是不穩(wěn)定？上層風順轉，下層風逆轉，氣層是穩(wěn)定還是不穩(wěn)定？為什么？上層風逆轉，下層風順轉，氣層不穩(wěn)定，因為上層風逆轉有冷平流，上層溫度降低，而下層風順轉有暖平流，下層溫度升高，下暖上冷，暖空氣上升，冷空氣下沉，所以不穩(wěn)定。上層風順轉，下層風逆轉，氣層穩(wěn)定，因為上層風順轉有暖平流，上層溫度升高，下層風逆轉有冷平流，下層溫度降低，下冷上熱，所以穩(wěn)定。13、地轉偏差對水平速度散度及垂直運動有何作用14、地轉偏差重要性表現(xiàn)在何處？解釋摩擦層和自由大氣中地轉偏差物理意義地轉偏差定：:實際風與地轉風的矢量差稱為地轉偏差，地轉偏差很小，但很重要：（1）引起h的變化Vt地轉偏差對大氣運動的演變有極為重要的作用。地轉偏差使空氣微團穿越等壓線引起質量的重新分布，造成風壓場的變化，是天氣系統(tǒng)演變的一個動力因子。（2）可以引起輻散和輻合hVg0VhDVghVhhDhVghVhhD地轉偏差的輻散或輻合實際是水平風的輻散或輻合。1DVVgkFf摩擦層中的地轉偏差地轉偏差指向摩擦力方向右側。摩擦層中由于摩擦作用，低壓輻合上升，高壓輻散下沉。北半球,摩擦層中,風向指向低壓自由大氣中的地轉偏差，加速度引起的地轉偏差D地轉偏差垂直于加速度的方向，并指向加速度方向的左方(圖1.35)，其大小為：15、在討論地轉偏差時，反映在自由大氣中的低層和高層各以什么為主？16、解釋處在高空槽前脊后這塊區(qū)域高低層輻合輻散情況（要求用地轉偏差概念解釋）由于槽脊自西向東移動，槽前脊后必有負變壓發(fā)生，有變壓風的輻合；槽后脊前有正變壓發(fā)生，有變壓風的輻散。槽前脊后區(qū)有切向地轉偏差輻散，槽后脊前區(qū)有切向地轉偏差輻合。由于槽前脊后的上部等高線輻合有指向低壓的法向地轉偏差，下部等高線輻散有指向高壓的法向地轉偏差，所以槽前脊后有法向地轉偏差的輻散，而槽后脊前有法向地轉偏差的輻合。一般來說，中緯度對流層中，高層以法向和切向地轉偏差造成的輻合輻散為主，低層以變壓風造成的輻合輻散為主，所以在高層槽前脊后輻散，槽后脊前輻合；在低層槽前脊后輻合，槽后脊前輻散。因此，槽前脊后低層輻合，高層輻散，有上升運動；槽后脊前低層輻散，高層輻合，有下沉運動1、氣團的概念。鋒，鋒面，鋒線，鋒區(qū)含義是什么？1.定義：氣象要素分布比較均勻的大范圍的空氣團。2.尺度：水平方向數(shù)千公里，垂直范圍可達幾公里到十幾公里，3.氣團控制的天氣：水平方向：天氣現(xiàn)象基本相同，溫濕分布均勻；垂直方向：氣象要素分布相同（包括穩(wěn)定度）1、鋒：冷暖氣團相遇，存在一個狹窄的過渡帶，此過渡帶隨高度向冷區(qū)傾斜，稱此過渡帶為鋒。2、鋒面：在近地面層中過渡帶寬約數(shù)十公里，在高層可達200-400公里。寬度與其水平長度相比(長達數(shù)百-數(shù)千公里)是很小的。人們常把它近似地看成一個面，即鋒面?？拷瘹鈭F一側的界面叫鋒的上界，靠近冷氣團一側的界面叫鋒的下界。上界和下界的水平距離稱為鋒的寬度。3、鋒區(qū)：鋒面與空中某一平面相交的區(qū)域稱為鋒區(qū)(上界和下界之間的區(qū)域)。4、鋒線：鋒面與地面的交線。3、鋒在空間狀態(tài)為什么會隨高度往冷的方向傾斜？t0時刻，冷暖不均，ρ冷〉ρ暖，p冷〉p暖，水平氣壓梯度由冷指向暖，在水平氣壓梯度力的作用下，空氣由冷側向暖側運動，如圖所示，地轉偏向力A垂直速度偏向右。隨著時間的推移，冷空氣逐漸楔入暖氣團下方，抬舉暖氣團的力逐漸減弱，如圖。到某一時刻，抬舉力為零，鋒維持傾斜狀態(tài)，向冷的一側傾斜。4、對鋒面坡度公式進行討論以密度一級不連續(xù)模擬鋒面，鋒面坡度與其附近的氣壓場、風場和變壓場特征1.鋒面坡度公式由密度一級不連續(xù)，則有：鋒區(qū)存在，鋒區(qū)附近密度一級不連續(xù)，氣壓二級不連續(xù)tgN1g1tgLg2PF2PN某2某2FN某某2PL2PF2某某2LF某某2.密度一級不連續(xù)模擬鋒面，鋒面附近氣壓場和風場特征氣壓場：鋒區(qū)內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)外小得多鋒附近水平方向風場特征：風場呈氣旋性彎曲或氣旋性切變鋒附近風場垂直分布特征：鋒區(qū)中溫度水平梯度大于兩側，鋒區(qū)中熱成風比鋒區(qū)外大得多，所以風垂直切變大風隨高度順轉，暖平流最強且熱成風最大高度為高空暖鋒區(qū)；風隨高度逆轉，冷平流最強且熱成風最大高度為高空冷鋒區(qū)；熱成風很大而無明顯平流，可能是靜止鋒。變壓場特征：變壓梯度不連續(xù)，變壓風也不連續(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。5、請用鋒面坡度公式解釋鋒面附近氣壓分布特征氣壓場：鋒區(qū)內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6、鋒面附近要素場的特征是什么？鋒面附近氣壓場、變壓場、風場特征如何？（以密度零級和一級不連續(xù)不連續(xù)模擬鋒面）一、鋒面附近溫度場的特征1、水平溫度場特征①地面圖：鋒附近溫度水平梯度大，平均約5-6℃/100公里②高空圖：高空鋒區(qū)為等溫線的密集帶，該密集帶向冷區(qū)傾斜，與地面鋒線平行。錮囚鋒在高空圖上有暖舌，暖舌兩側等溫線密集。應用：根據(jù)高空圖鋒區(qū)內等溫線密集度確定鋒區(qū)強度、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)內溫度垂直梯度小，逆溫、等溫或遞減率小，兩側氣團內溫度隨高度遞減，冷暖氣團溫差越大，鋒面逆溫越強或過渡區(qū)越窄，通過鋒區(qū)時等溫線彎折越厲害3鋒附近的位溫特征：位溫隨高度增大的快，鋒區(qū)水平等位溫線密集見圖（2.6）2、氣壓場特征：鋒面兩側氣壓連續(xù)，密度不連續(xù)，氣壓梯度不連續(xù)：冷氣團中氣壓梯度大于暖氣團中氣壓梯度應用：等壓線通過鋒線，風呈氣旋彎曲，鋒面處等壓線有折角，折角指向氣壓高的一側3變壓場特征變壓場是某一位面，空間各點氣壓隨時間的變化冷鋒、暖鋒均是鋒前變壓代數(shù)值小于鋒后變壓代數(shù)值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：變壓不明顯即：暖鋒前變壓代數(shù)值小于暖鋒后變壓代數(shù)值，暖鋒前地面減壓同理：有冷鋒前變壓代數(shù)值小于冷鋒后變壓代數(shù)值，冷鋒后地面加壓在平坦的地面上垂直速度為零時，地面氣壓變化由熱力因子和動力因子造成：暖鋒前地面減壓（暖平流）冷鋒后地面加壓（冷平流）冷鋒前暖鋒后，靜止鋒附近：變壓不明顯散度總和輻散，則地面氣壓下降散度總和輻合，則地面氣壓上升3風場特征水平：鋒線附近風場具