南大天氣學(xué)原理第八章學(xué)習(xí)資料

第八章天氣形勢和氣象要素(qìxiànɡyàosù)預(yù)報

天氣預(yù)報天氣預(yù)報是根據(jù)氣象觀(探)測資料(zīliào)，應(yīng)用天氣學(xué)、動力學(xué)、統(tǒng)計學(xué)的原理和方法，對某區(qū)域或某地點未來一定時段的天氣狀況作出定性或定量的預(yù)測。第一頁，共93頁。常用的天氣預(yù)報(tiānqìyùbào)技術(shù)方法天氣學(xué)預(yù)報方法(fāngfǎ)統(tǒng)計學(xué)預(yù)報方法(fāngfǎ)動力學(xué)預(yù)報方法(fāngfǎ)天氣-統(tǒng)計預(yù)報方法(fāngfǎ)動力-統(tǒng)計預(yù)報方法(fāngfǎ)(MOS法和PP法)天氣-動力預(yù)報方法(fāngfǎ)第二頁，共93頁。天氣預(yù)報(tiānqìyùbào)的種類按預(yù)報時效:臨近預(yù)報(0-2小時)甚短期預(yù)報(2-12小時)短期預(yù)報(12-48小時)中期預(yù)報(3-10天)長期預(yù)報(10天以上)等;按服務(wù)(fúwù)對象:日常天氣預(yù)報專業(yè)天氣預(yù)報(如航空天氣預(yù)報);按預(yù)報范圍區(qū)域預(yù)報站點預(yù)報等。第三頁，共93頁。一個地區(qū)的天氣變化主要由天氣系統(tǒng)變化所決定。天氣預(yù)報(tiānqìyùbào)實際上分為兩個步驟：第一步是天氣形勢預(yù)報，預(yù)報各種天氣系統(tǒng)的生消、移動和強度的變化，它是氣象要素預(yù)報的基礎(chǔ)。第二步是氣象要素和天氣現(xiàn)象預(yù)報，是對氣溫、濕度、風(fēng)、云、降水和其它天氣現(xiàn)象變化的預(yù)報。第四頁，共93頁?！?.1天氣形勢預(yù)報(yùbào)的基本方法天氣形勢預(yù)報主要是氣壓場和流場的預(yù)報。氣壓場和流場相互適應(yīng)而接近于地轉(zhuǎn)平衡形勢預(yù)報的兩種處理方式：從氣壓場變化入手，找出氣壓變化的規(guī)律。如：減壓地區(qū)(dìqū)可能形成低壓或使原有低壓加強，即有氣旋發(fā)生發(fā)展。從流場變化入手，通常得用渦度方程進(jìn)行分析。如：正渦度增加地區(qū)(dìqū)，有氣旋的發(fā)生發(fā)展；負(fù)渦度增加地區(qū)(dìqū)，則可能有反氣旋的發(fā)生發(fā)展。第五頁，共93頁。形勢預(yù)報(yùbào)的方法可分為兩大類:數(shù)值預(yù)報(yùbào)方法，天氣學(xué)方法。本節(jié)主要討論利用天氣學(xué)方法制作天氣形勢預(yù)報(yùbào)的常用方法。第六頁，共93頁?！?.1.1趨勢(qūshì)法根據(jù)最近一段時間內(nèi)天氣系統(tǒng)演變的趨勢，預(yù)報未來短時間內(nèi)天氣系統(tǒng)強度(qiángdù)變化及移動，這種方法叫做趨勢法。趨勢法通常分為外推法和運動學(xué)方法兩種。第七頁，共93頁。1.外推法根據(jù)最近一段時間內(nèi)天氣系統(tǒng)的移動(yídòng)速度和強度變化的規(guī)律，順時外延，預(yù)報出系統(tǒng)未來的移動(yídòng)速度和強度變化，這種方法叫做外推法。第八頁，共93頁。外推法又可分為兩種情況：一種是系統(tǒng)的移動速度或強度變化基本上不隨時間而改變，按這種規(guī)律外推，叫做直線外推，也稱為等速外推。另一種是當(dāng)系統(tǒng)的移動速度或強度變化接近“等加速(jiāsù)”狀態(tài)時，外推時要考慮它們的“加速(jiāsù)”情況，按這種規(guī)律外推，叫做曲線外推。第九頁，共93頁。應(yīng)用(yìngyòng)外推法可以對高、低壓系統(tǒng)和槽、脊的移動和強度作出預(yù)報。直線外推時只需要根據(jù)當(dāng)時和上一時次的兩張?zhí)鞖鈭D即可進(jìn)行，而曲線外推需要利用三張(或以上)天氣圖進(jìn)行比較。第十頁，共93頁。（1）高低壓系統(tǒng)(xìtǒng)的外推直線外推移動距離(jùlí)：S2=S1移動方向：不變強度：P＋P＝P2+(P2-P1)=1006+(1006-1008)=1004第十一頁，共93頁。曲線外推移動(yídòng)距離：S3-S2=S2-S1，S3=S2+S=S2+(S2-S1)移動(yídòng)方向：34=23+(23-12)強度：P34-P23=P23-P12P4=P3+(P3-P2)+(P3-P2)-(P2-P1)=995+(-7)+((-7)-(-9))=990S1S2S310111002995第十二頁，共93頁。（2）高空槽脊的外推高空槽線外推。因為槽線各段移動(yídòng)速度不同，可以在槽線上取幾個代表性的點。槽線方向(fāngxiàng)變化第十三頁，共93頁。高空槽脊強度外推（從等高線的形狀來外推）選擇能表示槽、脊的某條等高線，如540線，追蹤該線與槽、脊的交點，對兩交點進(jìn)行外推。當(dāng)槽(脊)過分拉長時，應(yīng)考慮將有切斷低壓或閉合(bìhé)高壓出現(xiàn)。第十四頁，共93頁。注意(zhùyì)（1）外推法主要用于天氣系統(tǒng)呈相對靜止?fàn)顟B(tài)。（2）所用資料的時間間隔不宜過長。（3）氣壓系統(tǒng)的中心(zhōngxīn)位置和中心(zhōngxīn)數(shù)值要盡量準(zhǔn)確。（4）要注意氣壓日變化的影響。（5）外推時，還要根據(jù)天氣系統(tǒng)變化的物理原因以及周圍天氣系統(tǒng)和地形的影響，考慮系統(tǒng)的變化。第十五頁，共93頁。2.運動學(xué)方法(fāngfǎ)利用氣壓(qìyā)系統(tǒng)過去移動和強度變化所造成的變高（或變壓）的分布特點，通過運動學(xué)公式導(dǎo)出的一系列定性預(yù)報規(guī)則，來預(yù)報系統(tǒng)未來的移動速度和強度變化的方法，叫做運動學(xué)方法。第十六頁，共93頁。（1）氣壓(qìyā)系統(tǒng)移動的預(yù)報取x軸與C的方向一致，則在氣壓系統(tǒng)上取一些特性點和特性線，使得在這些(zhèxiē)點和線上有F/t=0，于是，這些(zhèxiē)點和線的移動速度為第十七頁，共93頁。(i)等壓線移動(yídòng)的預(yù)報使運動坐標(biāo)系隨等壓線p一起移動，若等壓線的移動方向為法線方向，則取x軸與等壓線的法線方向一致。這樣，等壓線p的移動速度(sùdù)為若某處有正變壓，等壓線向低壓方向移動；若某處有負(fù)變壓，等壓線向高壓方向移動。移動速度(sùdù)與變壓成正比，與氣壓梯度成反比。第十八頁，共93頁。(ii)槽、脊線移動(yídòng)的預(yù)報使運動坐標(biāo)系隨槽、脊線一起移動，取x軸垂直于槽、脊線，并指向氣流的下游方向，和槽、脊線的移動方向基本一致。由于(yóuyú)在槽、脊線上槽、脊線的移動速度為第十九頁，共93頁。對槽來說，說明槽沿變高梯度方向移動(yídòng)槽前變高＜槽后變高，槽前進(jìn)槽前變高＞槽后變高，槽后退對脊來說，說明脊沿變壓升度方向移動(yídòng)脊前變高＞脊后變高，脊前進(jìn)脊前變高＜脊后變高，脊后退槽脊移動(yídòng)速度與變高梯度成正比，與（槽脊強度）成反比。第二十頁，共93頁。(iii)高、低壓中心移動(yídòng)的預(yù)報在低壓(dīyā)中，可設(shè)有2條相互垂直的線，分別與x軸和y軸重合，低壓(dīyā)中心的移動速度C可看成兩線移動的矢量和。第二十一頁，共93頁。對近于圓形的低壓，由于將沿變壓梯度方向移動；同理，對近于圓形的高壓，將沿變壓升度方向移動。橢圓形高壓(低壓)的移動方向介于變壓升度(梯度)與長軸之間，長軸越長，移動方向越接近于長軸。移動速度的大小與變壓升度(梯度)成正比，與系統(tǒng)中心(zhōngxīn)強度成反比。第二十二頁，共93頁。(iv)氣壓系統(tǒng)強度(qiángdù)變化的預(yù)報在高、低壓中心，p＝0同樣，在槽(脊)線上，取x軸垂直于槽(脊)線，并指向氣流的下游(xiàyóu)方向，第二十三頁，共93頁。當(dāng)?shù)蛪褐行幕虿劬€上出現(xiàn)負(fù)變壓(正變壓)時，低壓或槽將加深(填塞(tiánsāi));當(dāng)高壓中心或脊線上出現(xiàn)正變壓(負(fù)變壓)時，高壓或脊線將加強(減弱)。第二十四頁，共93頁。例外(lìwài)槽線上負(fù)變壓，脊線(jǐxiàn)上正變壓槽脊發(fā)展?槽（脊）上變壓梯度（升度）為零槽脊發(fā)展?不移動？第二十五頁，共93頁。預(yù)報(yùbào)經(jīng)驗(i)如果氣旋中心出現(xiàn)了負(fù)變壓，這個氣旋將要加深；反之(fǎnzhī)，如果出現(xiàn)了正變壓，氣旋就會填塞。如果反氣旋中心出現(xiàn)了正變壓，反氣旋將要加強；反之(fǎnzhī)，如果出現(xiàn)了負(fù)變壓，反氣旋就會減弱。(ii)如果零值變壓線接近于氣旋或反氣旋中心，則表示這個氣旋或反氣旋未來的強度變化不大。如果零值變壓線處在氣旋或反氣旋后部較遠(yuǎn)的地方，則氣旋或反氣旋要加強；如果零值變壓線處在氣旋或反氣旋前部較遠(yuǎn)的地方，則氣旋或反氣旋將很快減弱。(iii)如果在低壓槽或均壓區(qū)中，出現(xiàn)了明顯的3小時負(fù)變壓中心(<-2.0hPa)，則該處可能有低壓生成；如果在高壓脊或均壓區(qū)中，出現(xiàn)了明顯的3小時正變壓中心(>2.0hPa)，則該處可能有高壓生成。(iv)由于鋒面氣旋常沿暖區(qū)等壓線方向移動，故暖區(qū)中變壓不大。如果暖區(qū)中出現(xiàn)了較大的負(fù)變壓，表示氣旋將發(fā)展；反之(fǎnzhī)，氣旋將填塞。第二十六頁，共93頁。高空系統(tǒng)預(yù)報的經(jīng)驗(jīngyàn)(24小時變高)(1)高壓常向正變高中心移動，低壓常向負(fù)變高中心移動。(2)槽線前后分別有一負(fù)、正變高中心時，這種槽一般(yībān)移動較快。變高梯度越大，槽移動越快。(3)當(dāng)槽(脊)線上出現(xiàn)負(fù)(正)變高中心時，則槽(脊)將加強，且移動較慢；反之，槽(脊)將減弱，且移動加快。(4)當(dāng)移動緩慢的高壓脊西北方出現(xiàn)負(fù)變高中心，并不斷加強，則此脊將減弱。第二十七頁，共93頁。注意(zhùyì)當(dāng)天氣系統(tǒng)的移動和強度無突然變化或無天氣系統(tǒng)的新生、消亡時，應(yīng)用上述趨勢法的較果較好；反之(fǎnzhī)，預(yù)報往往與實際不相符合。第二十八頁，共93頁。§8.1.2渦度觀點(guāndiǎn)的應(yīng)用1.地面氣旋（反氣旋）發(fā)展方程2.平均層渦度方程3.引導(dǎo)氣流原理(yuánlǐ)的應(yīng)用第二十九頁，共93頁。1.地面(dìmiàn)氣旋（反氣旋）發(fā)展方程Petterssen發(fā)展(fāzhǎn)方程無輻散層絕對渦度平流項非絕熱加熱項溫度平流項垂直運動項第三十頁，共93頁。渦度平流，地面氣旋(qìxuán)發(fā)展溫度平流，地面氣旋(qìxuán)移動＋＋－－第三十一頁，共93頁。2.平均(píngjūn)層渦度方程平均層上的相對(xiāngduì)渦度平流熱成風(fēng)渦度平流地轉(zhuǎn)渦度平流地形作用

第三十二頁，共93頁。渦度平流(pínɡliú)對稱(duìchèn)槽（脊），渦度平流影響槽（脊）移動。不對稱(duìchèn)的槽（脊），渦度平流影響槽（脊）強度。第三十三頁，共93頁。熱成風(fēng)渦度平流

在溫度(wēndù)槽附近，熱成風(fēng)渦度最大，

在溫度(wēndù)脊附近，熱成風(fēng)渦度最小。溫度槽落后于高度槽，高度槽將加強(jiāqiáng)。高度槽落后于溫度槽，高度槽將減弱。第三十四頁，共93頁。3.引導(dǎo)(yǐndǎo)氣流原理的應(yīng)用地面高、低壓中心的移動速度(sùdù)與系統(tǒng)中心上空平均層上的地轉(zhuǎn)風(fēng)一致。實際工作中可利用700hPa或500hPa等壓面上的地轉(zhuǎn)風(fēng)加以適當(dāng)訂正以預(yù)報地面系統(tǒng)中心的移動，這就是所謂的“引導(dǎo)氣流原理”。第三十五頁，共93頁。第三十六頁，共93頁。地面(dìmiàn)氣壓系統(tǒng)中心的移動速度為其上空500hPa風(fēng)速的0.5-0.7倍，700hPa風(fēng)速的0.8-1倍。夏季常用500hPa作引導(dǎo)層，冬季常用700hPa作引導(dǎo)層。第三十七頁，共93頁。地面氣壓系統(tǒng)的移動方向與引導(dǎo)氣流的方向有一定的偏角，大多數(shù)偏于引導(dǎo)氣流的左側(cè)，引導(dǎo)氣流越大，偏角越小，反之亦然。在實際應(yīng)用引導(dǎo)氣流規(guī)則時，必須充分考慮引導(dǎo)氣流本身的特點和變化。同時還要注意地形的影響。另外，引導(dǎo)氣流對淺薄(qiǎnbó)系統(tǒng)的預(yù)報效果較好，當(dāng)?shù)孛嫦到y(tǒng)加深以后，則效果較差。第三十八頁，共93頁?！?.1.3位渦思想(sīxiǎng)的應(yīng)用1.位渦及其分析方法第三十九頁，共93頁。第四十頁，共93頁。第四十一頁，共93頁。位渦分析方法:在等位溫面上分析等位渦線，亦稱等熵位渦分析（IPV分析）；在等位渦面上分析等位溫線，亦稱等位渦位溫分析（iso-PV分析）；分析等位渦面的位勢高度，亦稱動力對流層頂（dynamictropopause）分析。由于PV和θ在絕熱條件下的守恒性，前兩種分析方法對于診斷某一時(yīshí)段內(nèi)大氣的運動狀況是比較理想的。第四十二頁，共93頁。在作IPV分析時，一般選取與極鋒地區(qū)對流層頂相重合的等位溫面，在北半球冬季可取θ=315K，夏季取θ=325K。在這兩個特殊的θ面上，PV=2（或3）的等值線可以被看作是來自低緯地區(qū)對流層低值PV大氣與來自高緯地區(qū)平流層高值PV大氣之間的邊界。通常稱在很高緯度地區(qū)能夠發(fā)現(xiàn)的平流層大氣為平流層大氣庫。顯然，在絕熱、無摩擦條件下，等PV線將在這兩個θ面上作平流運動。等熵位渦分析中經(jīng)常可以見到，高值位渦區(qū)伸向南方的正位渦異常區(qū)和低值位渦區(qū)指向北方的負(fù)位渦異常區(qū)，這些位渦異常區(qū)隨空中氣流作平流運動，其形狀發(fā)生改變，有時甚至從源地被切斷。因此，利用位渦異常區(qū)的這種物質(zhì)(wùzhì)守恒性質(zhì)可以識別和追蹤大氣擾動的演變過程。第四十三頁，共93頁。在作等位渦位溫分析和動力對流層頂分析時，通常選取(xuǎnqǔ)PV=2這個特殊的等位渦面。這是由于PV=2介于平流層大氣PV和對流層大氣PV數(shù)值之間，在副熱帶急流以北地區(qū)PV=2的等位渦面接近于實際大氣的對流層頂，一般稱之為動力對流層頂。在PV=2的面上，θ數(shù)值較低的大氣對應(yīng)于高緯地區(qū)大氣，而θ數(shù)值較高的大氣對應(yīng)于低緯大氣。在絕熱條件下，等θ線也將作平流運動。第四十四頁，共93頁。分析PV面的位勢高度具有兩個優(yōu)點，一是它可以直接反映正的位渦異常對低空大氣的影響程度，當(dāng)對流層頂（局地正的位渦異常）下降時（例如處于一個發(fā)展著的氣旋后部），相應(yīng)地，PV=2的等位渦面的高度下降，對地面系統(tǒng)發(fā)展的影響加大；二是PV=2的等位渦面高度與業(yè)務(wù)工作中常用(chánɡyònɡ)的對流層頂高度圖的關(guān)系密切，兩者的圖形十分相似，而且在PV=2面上的特征更為明顯。第四十五頁，共93頁。2.等熵位渦思想的基本要點及其應(yīng)用位渦具有兩個基本性質(zhì)：一是守恒性，即在絕熱無摩擦條件下，運動大氣的位渦保持不變；二是反演性，在給定位渦的分布及適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件，并假定運動是平衡的（地轉(zhuǎn)平衡，梯度風(fēng)平衡）情況下，可以反演出同一時刻的風(fēng)、溫度、位勢高度(gāodù)、垂直運動的分布。利用等熵面上位渦的守恒性和反演性原理可以解釋準(zhǔn)平衡大氣運動的動力學(xué)特征，Hoskins等人(1985)稱這種方法為“等熵位渦思想（IPVthinking）”。第四十六頁，共93頁?；?jīběn)要點將大氣結(jié)構(gòu)看成是由基本氣流及高空正、負(fù)位渦異常迭加在地面正、負(fù)位溫異常之上所組成。而在渦度觀點中，將大氣結(jié)構(gòu)看成是由高空移動性的槽、脊迭加在地面氣旋、反氣旋之上所組成的。圍繞高空正位渦異常中心及周圍地區(qū)出現(xiàn)氣旋性風(fēng)場，圍繞高空負(fù)位渦異常中心及周圍地區(qū)出現(xiàn)反氣旋性風(fēng)場；對于(duìyú)近地面層而言，當(dāng)有正溫度異常出現(xiàn)時，對應(yīng)一個氣旋性風(fēng)場，而負(fù)溫度異常對應(yīng)一個反氣旋性風(fēng)場。上述各異常所誘生的風(fēng)場之和組成了總的風(fēng)場。第四十七頁，共93頁。基本(jīběn)要點（續(xù)）假設(shè)大氣(dàqì)運動是絕熱無摩擦的，位渦在等熵面上作平流運動，由此引起位渦的局地變化。各異常區(qū)所誘生的風(fēng)場將改變IPV的分布。由此造成的新的IPV分布又與新的誘生風(fēng)場相聯(lián)系。第四十八頁，共93頁。天氣系統(tǒng)的強烈發(fā)展(fāzhǎn)過程往往發(fā)生在當(dāng)對流層頂附近正的位渦異常區(qū)東移迭加在低空原先已經(jīng)存在的鋒區(qū)之上，氣壓、風(fēng)、質(zhì)量之間原來的平衡關(guān)系遭到破壞以后。由高空正位渦異常區(qū)誘生的氣旋性環(huán)流，造成在高空正位渦異常區(qū)前方有暖空氣向北平流，結(jié)果在地面形成明顯的正位溫異常區(qū)（它稍位于高空異常區(qū)的前方），該異常區(qū)亦將相應(yīng)地誘生出一個氣旋性環(huán)流。上述兩個高、低空異常區(qū)的同位相迭加，使得它們各自所誘生的氣旋性環(huán)流將進(jìn)一步發(fā)展(fāzhǎn)。只要低空異常區(qū)保持位于高空異常區(qū)之前，與高空異常區(qū)相聯(lián)系的、位于其后方的、向赤道方向運動的氣流將使高值IPV空氣向南方平流，從而加強了高空正位渦異常。這就是一種所謂的“自我發(fā)展(fāzhǎn)（self-development）”過程。這種過程直至上下兩個異常區(qū)的軸線垂直，新的平衡建立為止。上述過程恰好就是天氣系統(tǒng)（地面氣旋）發(fā)生、發(fā)展(fāzhǎn)的過程。第四十九頁，共93頁。利用IPV思想，還可以解釋地面氣旋的移動，高空系統(tǒng)的形成和移動，地形對地面氣旋和反氣旋移動的影響，以及高空波動的側(cè)向和垂直傳播等,有興趣的讀者可參閱Bluestein(1993)所著的《中緯度天氣動力氣象學(xué)》中的有關(guān)章節(jié)。IPV思想的主要優(yōu)點是，它能夠識別出具有重要動力學(xué)意義的，且比等壓面上所顯示的更為精細(xì)的高空形勢特征，估計潛在(qiánzài)的發(fā)展趨勢，追蹤高空系統(tǒng)的演變等。第五十頁，共93頁。在自由大氣中，非絕熱加熱的作用是十分重要的。前面已經(jīng)提到(tídào)，在凝結(jié)加熱區(qū)下方，大氣的位渦增大，而在其上方位渦減小，變化量可達(dá)到每天一個PVU。因此，中緯度地區(qū)低壓系統(tǒng)中的潛熱釋放將導(dǎo)致低空氣旋性環(huán)流的顯著增強，并且使位于其前方的高空高壓脊得到顯著的發(fā)展。第五十一頁，共93頁。另外，在實際業(yè)務(wù)預(yù)報工作實踐中，人們發(fā)現(xiàn)，在中緯度地區(qū)（特別是在極鋒附近及其以北地區(qū)），位渦特征與衛(wèi)星水汽圖像特征之間存在著一種良好的對應(yīng)(duìyìng)關(guān)系，即水汽圖像上狹長的干區(qū)（dryslot）往往與位渦“槽”底和位渦大值區(qū)前緣相對應(yīng)(duìyìng)，最干區(qū)域一般對應(yīng)(duìyìng)于位渦梯度最強區(qū)或等位渦線最大的彎曲處。利用這種對應(yīng)(duìyìng)關(guān)系，可以檢測數(shù)值預(yù)報模式預(yù)報結(jié)果的誤差，特別是在衛(wèi)星紅外云圖或可見光云圖上的無云區(qū)或當(dāng)云層尚未出現(xiàn)時，通過比較位渦圖和水汽圖像上的特征，可以發(fā)現(xiàn)模式結(jié)果的誤差。同樣，當(dāng)位渦特征與水汽圖特征配合良好時，表明模式結(jié)果是好的，可信的，至少在對流層高層是這樣。位渦的形狀分布特征對于天氣系統(tǒng)發(fā)展是極為重要的，如果模式出現(xiàn)差錯，水汽圖像上的特征形狀往往是反映實際大氣運動狀況的，因而對預(yù)報有指示意義。最后需要指出的是，遠(yuǎn)離極鋒，特別是在其暖區(qū)，上述對應(yīng)(duìyìng)關(guān)系不成立。第五十二頁，共93頁。§8.1.4經(jīng)驗(jīngyàn)預(yù)報法相似形勢法，或模式法綜合分析，歸納出典型模式統(tǒng)計資料法平均數(shù)據(jù)作參考預(yù)報指標(biāo)法尋找若干指標(biāo)站還要注意周圍系統(tǒng)(xìtǒng)的變化上下游系統(tǒng)(xìtǒng)中低緯系統(tǒng)(xìtǒng)第五十三頁，共93頁?！?.2氣象要素(qìxiànɡyàosù)預(yù)報氣象要素預(yù)報：主要包括風(fēng)、氣溫、霧、云和降水等氣象要素的預(yù)報。氣象要素預(yù)報方法：天氣學(xué)方法統(tǒng)計(tǒngjì)預(yù)報方法動力統(tǒng)計(tǒngjì)預(yù)報方法（MOS法和PP法）第五十四頁，共93頁?！?.2.1幾種主要(zhǔyào)氣象要素形成的宏觀條件1.風(fēng)風(fēng)的方向：根據(jù)地轉(zhuǎn)風(fēng)原則來確定，在地面圖上要注意由摩擦引起的風(fēng)和等壓線的交角，風(fēng)向(fēngxiàng)偏向低壓一側(cè)。風(fēng)的強度：根據(jù)氣壓梯度或位勢高度梯度的大小來確定。風(fēng)還具有很強的地方性特點。第五十五頁，共93頁。影響地面(dìmiàn)風(fēng)的因子（1）地表(dìbiǎo)的動力作用地表(dìbiǎo)摩擦作用。摩擦層中，實測風(fēng)與等壓線的交角的大小與摩擦力和地轉(zhuǎn)偏向力有關(guān)，也就是與地面粗糙度和緯度有關(guān)。一般情況下，地面粗糙度越大，緯度越低時，風(fēng)向與等壓線的交角越大，風(fēng)速也越?。环粗?，交角小，風(fēng)速大。通常地面比海面粗糙，所以在相同的氣壓梯度力作用下，風(fēng)向的交角在陸地上大于海洋上；而風(fēng)速則是海洋上大于陸地上。地形阻擋作用。由于山脈或地形對氣流的阻擋作用，氣流將被迫改變方向或爬升，并在迎風(fēng)坡減速，使實際風(fēng)向顯著偏離氣壓場。地形狹管作用。當(dāng)氣流從開闊地區(qū)流入峽谷時，風(fēng)速加大，而當(dāng)流出峽谷時，風(fēng)速減小。－－這種地形峽谷對氣流的影響稱為“峽管效應(yīng)”。第五十六頁，共93頁。（2）局地?zé)崃Νh(huán)流在地表熱力性質(zhì)(xìngzhì)差異較明顯的地區(qū)(如海濱地區(qū)、山谷地區(qū)、高地與平原毗鄰地帶)，由于下墊面受熱不均，常有局地?zé)崃Νh(huán)流產(chǎn)生，如山谷風(fēng)、海陸風(fēng)等，這類風(fēng)的風(fēng)向日變化明顯，風(fēng)速一般不大。這類熱力環(huán)流的影響，在大范圍氣壓場微弱時才比較明顯。當(dāng)氣壓系統(tǒng)較強時，如果熱力環(huán)流中的風(fēng)與氣壓系統(tǒng)的一致，則風(fēng)增強，反之減弱。第五十七頁，共93頁。（3）動量傳遞作用在摩擦層中，風(fēng)速一般自地面(dìmiàn)向上增大，垂直方間上有風(fēng)的切變存在。當(dāng)大氣中有湍流或?qū)α鬟\動時，空氣將上下交換，在交換過程中，上層動量較大的空氣傳到下層．使地面(dìmiàn)風(fēng)速增大，下層動量較小的空氣傳到上層，使上層風(fēng)速減小。動量傳遞作用的大小，由大氣的穩(wěn)定度和風(fēng)的垂直切變決定。大氣越不穩(wěn)定，風(fēng)的垂直切變越大，動量傳遞的作用就越大。第五十八頁，共93頁。我國常見(chánɡjiàn)的大風(fēng)冷鋒后的偏北大風(fēng)高壓后部的偏南大風(fēng)低壓發(fā)展時的大風(fēng)：東北低壓、江淮氣旋、東海氣旋臺風(fēng)(táifēng)大風(fēng)雷暴大風(fēng)第五十九頁，共93頁。大風(fēng)(dàfēnɡ)區(qū)和冷平流的關(guān)系第六十頁，共93頁。2.氣溫由熱力學(xué)第一定律可得影響某地氣溫變化的因子主要有溫度(wēndù)平流垂直運動非絕熱因子第六十一頁，共93頁。（1）溫度(wēndù)平流的影響即（）項，溫度平流項是由于氣溫沿氣流方向分布不均勻，由空氣水平運動所引起的局地溫度變化。暖平流(>0)引起局地氣溫上升(>0)，冷平流(<0)引起局地氣溫下降(xiàjiàng)(<0)。氣溫變化的程度取決于溫度平流的強度。第六十二頁，共93頁。（2）垂直運動(yùndòng)的影響即(d-)項，垂直運動對氣溫局地變化的影響，其作用(zuòyòng)大小主要與垂直運動的方向、強度以及大氣穩(wěn)定度有關(guān)。當(dāng)大氣層結(jié)穩(wěn)定(d->0)時,上升運動(<0)，將引起局地降溫（<0）；下沉運動(>0)，將引起局地增溫（>0）；當(dāng)大氣層結(jié)不穩(wěn)定時,則情況相反。第六十三頁，共93頁。（3）非絕熱因子(yīnzǐ)的影響即項，<0引起局地降溫（<0）；>0引起局地氣溫(qìwēn)上升（>0）.非絕熱因子包括輻射、湍流交換、凝結(jié)等過程。主要表現(xiàn)在大氣低層，空氣與外界的熱量交換。第六十四頁，共93頁。氣溫(qìwēn)日變化氣溫日變化的大小，是預(yù)報員制作日最高和最低氣溫預(yù)報時要考慮的一個十分重要的問題。這里主要討論在同一(tóngyī)氣團(tuán)控制下，由某些氣象氣素，通過非絕熱因子引起的氣溫日變化的問題。這些要素是：云風(fēng)低層大氣穩(wěn)定度地表濕度城市熱島效應(yīng)第六十五頁，共93頁。3.霧（1）輻射(fúshè)霧（2）平流霧第六十六頁，共93頁。（1）輻射霧：由于輻射冷卻而形成的霧由于近地面(dìmiàn)層強烈的輻射冷卻，使潮濕空氣溫度降到露點溫度而形成。形成輻射霧的四個有利條件：晴夜微風(fēng)近地面(dìmiàn)層水汽充沛氣層比較穩(wěn)定或有逆溫存在。第六十七頁，共93頁。（2）平流霧：暖而濕的空氣流經(jīng)冷的地表面，貼近下墊面的空氣冷卻凝結(jié)而形成的霧。平流霧形成的條件平流條件：風(fēng)速適中。冷卻條件：平流過來(guò〃lái)的暖濕空氣與冷下墊面之間的溫差越大，低層冷卻越大，平流逆溫越強，越有利于平流霧的形成。濕度條件：平流過來(guò〃lái)的暖空氣，濕度大。層結(jié)條件：低層有比較穩(wěn)定的層結(jié)。平流霧出現(xiàn)的常見天氣形勢：入海變性高壓西部太平洋暖高西伸脊西部氣旋和低槽東部第六十八頁，共93頁。4.云形成云的基本條件有兩個：一是空中要有足夠的水汽，二是要有使空氣中的水汽發(fā)生凝結(jié)的冷卻過程，主要是由上升運動(yùndòng)引起的絕熱冷卻。第六十九頁，共93頁。低云(dīyún)低云由大氣(dàqì)低層的水汽凝結(jié)或凝華而形成。預(yù)報低云時著重分析大氣(dàqì)低層（地面和850hPa）的水汽條件和冷卻過程。第七十頁，共93頁。中高云(ɡāoyún)中高云是在中高層（主要是700hPa,500hPa）上升運動作用下，使空氣冷卻凝結(jié)或凝華而形成。中高空水汽主要靠水平輸送(shūsònɡ)，冷卻主要靠系統(tǒng)性的上升運動和波動。中高云的演變與中高空天氣形勢關(guān)系密切。在高空槽和低渦的前部，暖平流和鋒區(qū)附近，有利于中高云發(fā)展；在低槽和低渦的后部，冷平流區(qū)，深厚的暖高壓和淺薄的熱低壓，不利于中高云生成。第七十一頁，共93頁。5.降水要形成降水，必須具備(jùbèi)二個必要的條件，一是要有比形成云更充足的水汽供應(yīng)（輸送），二是要有強的上升運動。第七十二頁，共93頁。常用各層天氣圖上的露點溫度的大小表示水汽含量的多少(duōshǎo)。用溫度露點差表示空氣的飽和程度，將T-Td2C（或3C）的區(qū)域作為飽和區(qū)，可取T-Td4-5C作為濕區(qū)。濕層（或飽和層）越厚，越有利于降水。第七十三頁，共93頁。上升(shàngshēng)運動分為兩類：一類是大范圍的、系統(tǒng)的上升(shàngshēng)運動，另一類是與大氣層結(jié)不穩(wěn)定相聯(lián)系的對流上升(shàngshēng)運動。第七十四頁，共93頁。§8.2.3用天氣學(xué)方法制作(zhìzuò)氣象要素預(yù)報的一般思路和方法1.氣象要素預(yù)報的一般思路依據(jù)對未來天氣(tiānqì)形勢的預(yù)報，正確估計在這種天氣(tiānqì)形勢下本地區(qū)可能出現(xiàn)的天氣(tiānqì)，然后再結(jié)合本地區(qū)的自然地理條件以及氣象要素的日變化規(guī)律和預(yù)報員的經(jīng)驗，來具體確定預(yù)報時效內(nèi)各種氣象要素的變化。第七十五頁，共93頁。例：地面(dìmiàn)風(fēng)預(yù)報(1)先制作形勢預(yù)報。即根據(jù)天氣學(xué)方法或數(shù)值預(yù)報方法預(yù)報的地面天氣形勢，確定本站未來受什么氣壓系統(tǒng)控制，處于氣壓系統(tǒng)的什么部位，然后根據(jù)摩擦層中的風(fēng)和氣壓場的關(guān)系，判斷未來風(fēng)向與風(fēng)速(fēnɡsù)變化的大致趨勢。第七十六頁，共93頁。如，B站處于低壓南部，吹西南風(fēng)6m/s，根據(jù)形勢預(yù)報，未來(wèilái)低壓將向東北移到虛線所示的位置，即B站未來(wèilái)將處于低壓的后部，相當(dāng)于原來A站所處的位置。若未來(wèilái)該低壓強度變化不大，則可預(yù)報B站未來(wèilái)的風(fēng)向和風(fēng)速為:在冷鋒過境前，為西南風(fēng)6m/s;過境時，風(fēng)向從西南轉(zhuǎn)為西北;過境后，為西北風(fēng)8m/s。若該低壓在移動過程中是逐漸加強的，則風(fēng)速可報大一些;若在移動中減弱，則風(fēng)速可報小一些。第七十七頁，共93頁。(2)制作地面風(fēng)的預(yù)報在上述預(yù)報的基礎(chǔ)上再考慮地形、熱力環(huán)流以及動量的上下交換等因素，結(jié)合預(yù)報經(jīng)驗，進(jìn)行訂正就可作出該站地面風(fēng)的預(yù)報。例如，當(dāng)氣旋由陸地移到海面時，由于摩擦力減小，即使氣旋強度不變，氣旋內(nèi)的風(fēng)速也會加大，風(fēng)向與等壓線的交角則會變小。當(dāng)熱力環(huán)流的低層水平風(fēng)向與由氣壓場所決定的風(fēng)向一致時，風(fēng)速應(yīng)報大一些;反之，則報小一些。若未來大氣層結(jié)和風(fēng)的垂直切變有利于動量傳遞，則白天(báitiān)風(fēng)速應(yīng)報大些，風(fēng)向與上層風(fēng)接近，夜間風(fēng)應(yīng)報小些，等等。第七十八頁，共93頁。地面氣溫(qìwēn)預(yù)報要預(yù)報氣溫(qìwēn)必須對影響氣溫(qìwēn)的各種因子進(jìn)行綜合分析。如果有強的冷暖平流，應(yīng)先考慮平流變化，然后再考慮日變化。氣溫(qìwēn)預(yù)報主要是預(yù)報最高氣溫(qìwēn)和最低氣溫(qìwēn)。第七十九頁，共93頁。（1）最低氣溫預(yù)報方法在天氣形勢預(yù)報的基礎(chǔ)上，應(yīng)用(yìngyòng)經(jīng)驗和指標(biāo)方法進(jìn)行預(yù)報。（i）根據(jù)經(jīng)驗作預(yù)報。若在預(yù)報時效內(nèi)，天氣形勢變化不大，預(yù)報地區(qū)仍受同一氣團(tuán)控制，則可根據(jù)預(yù)報氣團(tuán)內(nèi)部氣溫變化的經(jīng)驗來預(yù)報。若在預(yù)報時效內(nèi)，有鋒面過境，則可根據(jù)高空冷平流強度，綜合分析平流變溫和非絕熱變溫對最低氣溫的影響，然后根據(jù)預(yù)報經(jīng)驗作預(yù)報。第八十頁，共93頁。（ii）外推法作定性預(yù)報。若在預(yù)報時效內(nèi)天氣形勢無大變化(biànhuà)，可根據(jù)當(dāng)天和前一天天空狀況和最低溫度作外推。第八十一頁，共93頁。（iii）利用夜間冷卻量作預(yù)報。Tm=T19-T其中Tm為最低溫度，T19為當(dāng)日19時的干球溫度，T為冷卻量，即19時至次日最低溫度出現(xiàn)時由于冷卻而降溫(jiàngwēn)的數(shù)值。冷卻量根據(jù)天氣條件如云和風(fēng)，利用統(tǒng)計方法求得。第八十二頁，共93頁。（2）最高氣溫預(yù)報方法（i）外推法。在天氣形勢變化不大的條件下，可根據(jù)最近一兩天的最高溫度來預(yù)報。（ii）利用統(tǒng)計資料作預(yù)報。TM=TM0+T，T=T1+T2+TRTM為預(yù)報最高溫度，TM0為當(dāng)日最高溫度，T1為白天云量日際變化所引起的變溫，T2為風(fēng)向日際變化所引起的變溫，TR為降水引起的訂正值。（iii）顯著(xiǎnzhù)冷暖平流的影響。TM=TM0+T－VT可計算850hPa上的平流強度。第八十三頁，共93頁。降水預(yù)報的一般(yībān)思路(1)初步了解本地區(qū)上游已發(fā)生的降水情況，分析其成因，找出影響降水的主要天氣系統(tǒng)。