第2章天气学基础知识和基本研究方法

第二章天气学基础知识和基本研究方 基本天气图的分析方 大气运动的基本方程 习 参考文 基本天气图的分析方基本天气图的分析方天气学预报方法，且数值预报也离不开天气图，已有150多年历史的天气图仍然是国内外大天气图的基本知天气图底用来填写各地气象台（站）不可能不发生裂隙和。也就是说，地球上的物体投影到平面上时，必然要产生误差，投正向：指地图上从投影中心到其它任何地点的方向都与地球表面的实际方向一致，但根据正形投影性质，如地球上距离为，地图上为，则总有；极射赤面投影是将光源V放在地球的南极(北极)，把地球表面上各点投影在北极(南极)TGT'G'2.1a)。、和、的关系为：图的部分较真实，边缘部分较为放大。一般高纬地区以及南、北半球的天气底图多采用2.1（a）极射赤面投影法（b）麦卡托投影法（c）标准纬圈，光源置于地球中心，将地表各点投影到圆锥面上（2.1b），即可得到圆锥圈，光源置于地球中心，将球面各点投影到圆柱面上（2.1c）。然后，将圆柱面展开22.560°处纬圈长度和经线的长度已扩60°80°任何地方的实际距离，这是就需要用复合图解尺。图2.2为千万分之一的兰勃脱正形圆锥投2.2。00、06、12、18世界时（时间)进行地面定时观测，即每六小时一次时间(120°E的时间）比世界时间早８个小时，因此地面天气定时观测时间是、、、时。而在00、12世界时(08、20时)还进行二次高空观测。所以一天中应该有四张地面图，二套高空。、、图，称为绝对形势图。标准等压面图通常有、、、、、、100hPa层。气象台最常用的标准等压面图有、、hPa等值线的分析方1．等值面和等值线的概的。这些规则是：(1)(2)个测站之间通过。(3)等值线不能相交、分支和在图断。(4)值区和低值区相邻的（一个规定的数值间隔（2.3等，要么差一个间隔。2.3等值线分析的基本方法和几种常见的等值4°C0在实际分析中常看到有实际风与等压线交角很大甚至有风压定律的现象这种（指向高压一侧。（2.4）2.4）2.4我国天山、祁连山、长白山和等地常出现此种地形等压线高度的增高而迅速地减弱或低压中心随高度向冷区倾斜高压中心随高度向暖区倾斜700hPa压槽（脊）往往对应温度槽（脊）。在一般情况下，温度槽（脊）常于气压槽（脊）。700hPa（脊）对应着气压脊（槽），变情况，利用热成风原理判定冷、暖区的分布，确定等温线的大致。850hPa700hPa夏季昼间地面增温强烈时，20辅助图的制作与剖面向左（右）推进（2.5）。这样，在剖面图上分析出来的系统，可与等压面图上的系统对图2.5是高空风时间垂直剖面图。从图上各层随时间的变化，可以分析出2.5可将剖线二侧是距离较近（300）的测站投影到剖线上。投影时常用垂直投冷空气堆中心时，等温线在冷中心处向下凹，而等位温线向上凸，如图2.6所示；暖空气团2.6（或等假相当位温线后确定锋区并不在锋区处等温线接近垂直而等位温线或等假相当位温线（2.7完全平行，这是由于空气的非绝热过程使位温或等假相当位温失去保守性所致。2.7（图中粗实线表示锋面温线或假相当位温线大致平行（2.8）。2.8在天气分析中，常用流线和等风速分析流场。所谓流线就是某一时渐近线、波和奇点三种基本流型，其中奇异点又可分为尖点、涡旋和中性点（2.9）。2.9的是，由于垂直风速比水平风速小得多，因此常常将垂直风速放大150倍，或视需要而大气运动的基本方程大气运动的基本方程尺度分析与基本方程组的简尺度概念和大气运动的尺度分度一经确定，运动的其他主要特征量也就随之而定，表2.1列出了中纬度地区大尺度系统各SI(m﹒kg﹒s)制的单位。2.1大尺度运动方程组的关系，只有在运动的水平尺度非常小和运动非常情况下，这种关系才不成立。例如，L<102米，U>50大尺度的运动的时间偏导数方程中的主要一个量级以上，运动方程的零级简化不出现含有w的项，这表明大尺度运动一般可它表示水平气压梯度力和科氏力平衡，满足这种关系的运动称为地转风。当E<<1时，表示科氏力的作用远大于粘性力的作用，粘性力的作用可以不计；当E>>1时，表示粘性力的作用远大于科氏力的作用，科氏力的作用可以不计；当E～1连续方程和热力学方代替垂直坐标z，来确定垂直气柱点的位置，从而把场变量看成是独立自变量x、y、p、tx、y、p、tp坐标系（等压面坐标系。系、坐标系、地形坐标系等等。在本节中仅讨论等压面坐标系和自然坐标系。pz，p2.10(a)（b）2.10b中，过A的实线为t时刻等p过B虚线为t+Δt时刻等pA点的虚线为t+Δt时刻等p+ΔpA、B点的坐标都为x、y、p，所以不同应当，为了避免繁琐的坐标变换，在p坐标系下我们可以直接根据连自然坐标2.11单位矢量s涡度方2.13x资料的处理分析和基本运动学量的计资料的误差来源及错误记录判由仪器类型差异、安装、鉴定、拔海高度等原因引起的误差。后一种误差容易订正，一计算网格和差分格计算的前后两个（或三个）计算网格有正方形网格和网格两种。在计算范围不是很大时（例如限200-300③．拉斯算来近网格点周围区域观测的气象要素值,最简单的是选取三个站（也可选取的站）就客观分析方案较多，如线性内插法、逐步订、最优内插法等，下面仅介dd2-10d6个观测点，则：d=(r6+r5)/2，这种方法应不同网格影响半径不同而带来内插误差。但前一基本运动学量的散度和涡度的计需要两点ω2.2E(p)200hPa2.5按（2.50）式得到的修正系数①准地转ωωω22ω200hPa（2.16），图中k100、300、500、700、900hPa的资料（900hPa），200、400、600、800hPaω2.16垂直分层（ⅰ）（显热） Poisson习参考文[1]，，适.动力气象学.：气象BluestainHB.SynoticDynamicMeteorologyinMidlatitudes.Vol.(1),PrinciplesofKinematicsandDynamics.OxfordUniversityCottonWRandRAAnthes.StormandCloudDynamics.AcademicPress,HoltonJR.AnIntroductiontoDynamicMeteorology,3ed.Ac