天气学第五章(丁)解读

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1、5.1 天气系统及天气形势的天气学预报方法 5.2气象要素和天气现象的天气学预报方法 5.3数值预报产品的释用 第五章 天气形势及 天气要素的预报 天气预报：根据气象观测资料，应用天气 学、动力学、统计学的原理和方法，对某 区域或某地点未来一定时段的天气状况做 出定性或定量的预测。分天气形势预报和 气象要素预报两方面。 常用的天气预报技术方法有： 天气学预报方法 统计学预报方法 动力学预报方法 天气-动力预报方法 天气-统计预报方法 动力-统计预报方法 天气预报分类： 根据时效： 0-2小时 临近预报 2-12小时 甚短期预报 12-48小时 短期预报 3-10天 中期预报 10天以上 长期预

2、报 5.1 天气系统及天气形势的 天气学预报方法 天气形势是指大范围流场、气压场、温度场 三度空间的分布形势。它包含了大范围的环 流及环流形势的各个天气系统。 天气形势预报：预报各种天气系统的生消、 移动和强度变化。是气象要素预报的基础。 形势预报方法包括： 数值预报方法 天气学方法 趋势法：根据最近一段时间内天气系 统演变的趋势，预报未来短时间内天 气系统强度变化及移动。分为外推法 和运动学方法。 一、天气系统的外推预报法 外推法：根据最近一段时间内天气系 统的移动速度和强度变化规律，顺时 外延，预报出系统未来的移动速度和 强度变化。 1.等速外推：假定系统的移动速度和强 度变化基本上不随时

3、间而改变，系统的 移动距离或它的强度与时间成线性关系 ，外推依据这种线性关系进行。 2.加速外推：假定系统的移动速度和强度的变化 接近等加速状态，这时系统的移动距离或它的强 度与时间成曲线关系，外推时要考虑加速情况。 加速外推 槽线移速和强度的外推 3.应用外推法应注意的问题 a.大气运动处于相对稳定状态时外推法 比较有效。而天气系统处于变化比较剧 烈时，不可简单使用外推法。 b.使用时尽量将系统的位置和强度定准 确，外推时间不能过长，即图次时间间 隔不能过长 二、天气系统的运动学预报方法（变压法） 运动学方法：利用气压系统过去移动和变化 所造成的变高（或变压）的分布特点，通过 运动学公式，来

4、预报系统未来的移动和变化 的方法。 运动坐标系与固定坐标系中局地变化的关系 固定坐标系：水平面上固定于地表的坐标系。 设质点运动速度为 固定坐标系中空气 运动质点的个别变化为： 质点个别变化固定坐标系中 局地变化 固定坐标系中 平流变化 （5.1） ） 空气运动质点的个别变化等于局地变 化与平流变化之和 运动坐标系中 局地变化 质点个别变化运动坐标系平 流变化 运动坐标系：水平面上，随着运动的天气 系统相对于地表以速度C做水平运动的坐 标系。质点运动速度为 （5.2） l所以：（1）右端=（2）右端 l得运动坐标系与固定坐标系中局地变化 的关系 运动坐标系局地 变化也可以看成 是固定坐标系中

5、以速度C运动的 某点的个别变化 局地变化 负的平流变化 用运动学方法预报气压系统的移动 在运动系统上，选取一些特定点或特定线， 使得在这些点或线上某一物理量在运动坐标 系中的局地变化为零，即 ，并取X 轴与系统运动方向一致，则 系统移动的 运动学公式 天气系统基本特征 槽线 脊线 低压中心 高压中心 锋面 某一物理量为零的系统 （） 槽（脊）线的移动 槽（脊）线上 变高梯度 槽脊强度 槽脊移动的两条定性规则： 槽线 沿变压（变高）梯度方向移动，脊 线沿变压（变高）升度方向移动 槽线（脊线）的移速与变压（变高）梯度 （升度）成正比，与槽（脊）强度成反比 。 变压（变高）梯度相同时，槽（脊）越强

6、，移动越慢。 （2）气旋和反气旋中心的移动 对于圆形高低压中心 对于椭圆形高压中心 系统移动的两条定性规则 a.圆形高(低压)中心的移动方向与变压升度 （梯度）方向一致，高压中心向变压升度方 向移动，低压中心向变压梯度方向移动 b.椭圆形的高压中心移向界于长轴与 变压升度之间方向 椭圆形的低压中心移向界于长轴与变 压梯度之间方向 高低压系统移动的两条定性规则 正圆形低压(高压）中心沿变压梯度（升度 ）方向移动 椭圆形的高压（低压）中心移向界于长轴与 变压升度（梯度）之间方向，长轴越长，越 接近于长轴 高低压系统移动速度与变压升度（梯度）成 正比，与系统中心强度成反比 (3)用运动学方法预报气压

7、系统的发展 a.对于低压（高压）中心： 当 ，气旋将加深 ，反气旋将减弱 当 ，气旋将填塞 ，反气旋将加强 b.对于槽线（脊线） 当 ，槽加深，脊减弱 当 ，槽减弱，脊加强 （4）三小时变压和24小时变压（变高）在 运动学方法中的应用 当系统24小时（或3小时）移动的距离 sL（系统的波长时），使用运动学方法 较好。 （5）用运动学方法预报时应注意的问题 仍然是外推法，只能用于大气处于相对稳 定状态 三小时变压须消除日变化的影响 公式未考虑系统加速度，一般是： 加深的槽（加强的脊）移动是减速的 填塞的槽（减弱的脊）移动是加速的 运用形势预报方程，求出瞬间变压，进行 预报 三 高空天气形势预报

8、思路：利用基本方程，估计瞬时的 、 之后运用上节的运动学规则，估计天气系统的 发生发展和移动。 基本方程： 考虑大气斜压性的平均层涡度方程 基本计算方法与概念 （一） 高空形势预报的基本方程的推导 设有一平均层，平均层上大气是水平无 辐散的 该式表示平均层上的涡度变化与该层的 水平流场有关，与温度无关。 由简化涡度方程： (5.15)不符合实际情况，实际中纬度天气的发生发展与大气斜 压性密切相关，因而要引进一个考虑大气斜压性的基本方程。 设：斜压大气中各层等温线平行，即风随高度无方向变化，只 随高度线性增大。 平均层 整层大气 平均风速 P0到平均层 间的热成风 考虑大气斜压性： 代入简化涡度

9、方程中 从p0到大气层顶积分，后对其求平均 利用 可得 可得 热成风涡度平流，对平 均层涡度守恒的修正 绝对涡度平流 据统计： =0.6 （5.19） （二）基本方程的讨论 1.（5.19）表示平均层上涡度随时间的局地变 化等于平均层上的绝对涡度平流与热成风涡度 平流之和。 2. 方程为近似方程，如假设各层等温线平行 ，实际是大致平行；地转风近似；地面垂直速 度等于零等。 3. 平均层接近600hPa，但用500hPa近似代替 。 4. 热成风涡度平流作用很重要，涡度平流和 热成风涡度平流是天气系统发生发展的主要因 子 （三）涡度平流和热成风涡度平流的定性判断 1.地转涡度平流项 结论 偏南气

10、流，有负地转涡度平流，正变高； 偏北气流，有正地转涡度平流，负变高。 2.相对涡度平流、热成风涡度平流的 定性判断 对短波而言（L3000km），相对涡度平流比地 转涡度平流大得多，所以相对涡度平流对短波 的发生发展和移动的作用比地转涡度平流要大 得多 相对涡度平流项 散合项 曲率项疏密项 （1）疏密项 表示等高线疏密程度沿气流 方向变化的作用，即切变涡 度沿气流方向的作用 在等高线的密度沿气流方向 在高压方向减小或在低压方 向增大处，有正涡度平流， 反之有负涡度平流 A点，V沿n的方 向减小 B点， V沿n的方 向增大 即沿气流方向， 切变涡度从大到 小变化，有正涡 度平流 根据实际计算，此

11、项作用较小，只在高空 急流两侧附近作用较为重要，等高线散合 项和曲率项的作用一般同时存在，两项之 和为疏密项的25倍，在很多情况下，一 般着重讨论其他两项 （2）散合项表示等高线曲率和等 高线沿气流方向散开或汇合的综合 作用 对称 槽脊 槽脊线上无散合 （3）曲率项表示等高线曲 率沿气流方向改变的作用 槽前脊后有正涡度平流，有负变高 槽后脊前有负涡度平流，有正变高 槽将向变高梯度方向移动 在槽脊线上曲率最大（小），故曲率项 为零，其作用只是使槽脊移动，槽脊的 发展主要是由散合项决定的 各项对槽脊发展的贡献 （1）曲率项对槽脊的发展无贡献，只能 引起槽脊的东移； （2）散合项对槽脊的发展有贡献。

12、 疏散槽（疏散脊）上有正（负）涡度平 流，有负（正）变高，将发展 汇合槽（汇合脊）上有负（正）涡度平 流，有正（负）变高，将减弱 结论1： 对称形槽脊没有发展，疏散槽（脊）是加 深（加强）的，汇合槽（脊）是填塞（减 弱的） 结论2： 槽（脊）前疏散槽后汇合，则槽（脊）移动 迅速； 槽（脊）前汇合槽后疏散，则槽（脊）移动 缓慢 （四）热成风涡度平流 1.热成风涡度平流是对平均层涡度守恒的修 正 2.热成风涡度与等厚度线的关系等同于地 转风涡度与等高线的关系 在温度槽（冷舌）处热成风涡度最大 在温度脊（暖脊）处热成风涡度最小 3.由于在推导方程时假设各层等温线的走向 不随高度变化，则大致可以用50

13、0hPa 或 700hPa等温线近似代替等厚度线 仅从涡度平流还不能完全决定系统的发生 、发展和移动趋势，热成风涡度平流反映 了大气的斜压性作用，因此要考虑热成风 涡度平流的作用。 4.当温度槽落后于高度槽时，温度槽前的 正热成风涡度平流向高度槽中输送，高度 槽将加深。 当温度脊落后于高度脊时，温度脊前的负 热成风涡度平流向高度脊中输送，高度脊 将加强。 正热成风涡度平流输送到高度槽中，槽加深 四 地面天气形势预报 地面天气系统的发生和发展直接影响天气变 化，是形势预报中重要项目。因为地面受到 地形和摩擦的影响，而将涡度方程直接应用 于预报地面形势有一定困难，所以一般是在 高空形势预报方程的基

14、础上订正。 以1000hPa等压面为地面图，设其高度为H0 平均层等压面与1000hPa等压面的厚度为 （一） 地面天气形势预报的基本方程 取平均值，得地面形势预报基本方程 平均层高 度变化项 散合项 平均冷暖 平流项 绝热变化 项 非绝热变 化项 （二）基本方程的讨论 平均层高度局地变化项：涡度平流和热成风 涡度平流 涡度平流和热成风涡度平流对地面天气系统 的作用近似 物理意义：温带气旋上空处在500hPa槽前脊后，借 助西南风将正相对涡度从大往小的方向输送，使得 其上空固定点正相对涡度增加，同时在地转偏向力 作用下伴随水平辐散引起低层地面质量减少，地面 气旋（包括中心）降压，此气旋加深 槽

15、线处借助西南热成风将正热成风涡度从大往小的方 向输送，使槽线上正热成风涡度增加 ，反映正相对 涡度增加 ，槽线处等压面高度降低，气旋性曲率加 大。槽前正相对涡度平流更加大，引起槽前固定点正 相对涡度更增大，同时在地转偏向力作用下伴随水平 辐散更加大，引起低层地面质量减少更多，此气旋降 压更厉害，气旋加深 （三） 非绝热变化的 影响 表示由于冷热源作用 而使地面气压产生局 地变化 大气中非绝热过程主要有： 下垫面作用：辐射、传导、乱流等过程 水汽的凝结、蒸发过程 经验指出，非绝热加热作用对锋面气旋的形 成不起重要作用，而对冷高压和热低压来说 是其形成的主要因子 地面气压下降，利于气 旋发展 地面

16、气压上升，利于反 气旋发展 冬季内陆湖泊处易有气旋生成或加强 冬季西伯利亚、蒙古一带易于冷性反气旋 生成，往往成为冷高压生成或加强的源地 非绝热加热还影响到大气稳定度，因而 也影响到绝热变化的作用，稳定度的变 化对大气本身的乱流热量交换有影响 下垫面加热空气，大气稳定度减小，利 于热量上传 空气由下部受到冷却，大气趋于稳定， 热量交换仅限于低层 （四） 绝热 变化的影响 一般大气处于稳定状态 当 气旋上空有上升运动，由于大气稳定，上升绝热 膨胀冷却。平均层以下气柱降温收缩，地面气旋 等压面抬升，气压升高，抑制它加深发展。 气旋上空有上升运动，由于大气不稳定，有 大量水气凝结释放潜热为主，平均层以下气 柱增温膨胀，地面气旋等压面高度降低，反 映气压降低，气旋加深发展。 气旋上空大气处于不稳定状态 负反馈和正反馈 对于稳定大气，气旋中的上升运动和反气旋中的下 沉运动都对他们的发展不利，也就是在他们的发生 和发展