南京大学 天气学原理 期末复习提纲.docx

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南京大学天气学原理期末复习提纲

复习思考题

1.大尺度大气运动的基本特征

1.准静力平衡

只有当运动的水平尺度非常小（L<102m）和运动非常强烈（V>50m/s）的情况下，才不成立。

即一般大、中、小尺度都满足。

2.准定常状态

在零级简化中，时间偏导数项（/t）可略去。

但若要作预报，则需保留，如取一级简化。

3.准水平运动

运动方程的零级和一级简化中不出现含有w的项，故大尺度运动是准水平的。

但垂直运动对天气形成有重要作用，常需将对流项保留。

4.准地转平衡

零级简化表现为地转平衡。

2.尺度分析的概念、地转风的定义

尺度分析法是依据表征某类运动系统各场变量的特征值，来估计大气运动方程中各项量级大小的一种方法。

满足水平气压梯度力与科氏力平衡的大气运动称为地转风

3.涡度定义、绝对涡度的表达式，自然坐标中涡度的表达式及意义

气象中的涡度是指速度旋度的垂直分量，在z坐标系中即为

为相对涡度，f为地转涡度，+f为绝对涡度。

自然坐标中的涡度表达式

曲率项　　：

由流线（或等高线）弯曲造成的涡度，风速愈大，曲率愈小，涡度愈大；当流线为气旋性弯曲时>0，当流线为反气旋性弯曲时<0。

切变项　　：

当有气旋式切变时>0，当有反气旋式切变时<0，

4.涡度方程及各项的物理意义

在p坐标系下铅直涡度方程

1）相对涡度的平流

2）相对涡度的的铅直输送

3）水平散度作用

4）效应项

5）倾斜项

6）摩擦项

5.简化的涡度方程式

6.控制大气环流的基本因子有哪些？

其作用是什么？

大气环流是指大范围的大气运动状态。

v太阳辐射在地表加热不均匀，使空气质点运动，形成经圈环流；

v地球自转使气流发生偏转，将单圈环流修正成三圈环流，产生纬向气流和高低压气压带；

v地面摩擦构成角动量输送的一环，对大气环流的形成和维持起重要作用；

v地表不均匀使纬向气流发生断裂，造成大气环流经度间的差异和季节差异，形成闭合的高低压中心和高空槽脊，形成季风。

7.什么是三圈环流？

Hadley环流理论

自赤道向两极形成了辐射梯度，净辐射梯度分布引起了地球上高、低纬度间的大气热量收支不平衡，形成了向极的温度梯度。

在这种温度梯度下，为保持静力平衡，对流层高层必然出现向极地的气压梯度，低层出现向低纬的气压梯度。

气压梯度力的作用将使赤道和极地间构成一个大的理想的直接热力环流圈。

v大气是在自转的地球上运动着，地球自转产生的地转偏转力迫使运动空气的方向偏离气压梯度力方向。

在北半球，气流向右偏转，结果使直接热力环流圈中自极地低空流向赤道的气流偏转成东风，而不能迳直到达赤道；自赤道高空流向极地的气流，随纬度增高，偏转程度增大，逐渐变成与纬圈相平行的西风。

v纬向风带的出现，阻碍了低纬的高空大气继续北流，使大气在那里堆积产生辐合，加上辐射冷却而下沉。

下沉后的空气再在低层分别流向南方和北方。

低层向南的气流受地转偏向力的作用，东风分量逐渐转变为低纬地面层的偏东北风，即“东北信风”。

同样，在南半球地面层有流向赤道的气流为“东南信风”。

两支信风在赤道地区汇合上升，再在高空流向高纬度。

这样在低纬度地区，南北半球各有一个环流圈，这个环流圈称为Hadley环流。

东北信风和东南信风之间的汇合地带叫“赤道辐合带”。

v另一支由30N处下沉后在低层向北流，受地转偏向力的作用到中纬度地面层转为偏西南风。

而在北极地区辐射冷却下沉的冷气流，到地面层向南流的过程中也向右偏转逐渐转变为高纬度地面层的偏东北风，这支冷而干的东北风与来自中纬度的暖而湿的西南风在中高纬地区相遇汇合，这个汇合地带叫“极锋辐合带”。

在极锋辐合带地区暖湿的西南气流由于密度小位于冷而干的东北气流之上，爬升到高空又分别流向南方和北方。

高空向北的一支向右偏，逐渐转变为西南风，流向极地后降温下沉，补偿极地近地面层向南流的空气。

这样在高纬地区形成了一个直接热力环流圈，叫“极地环流”。

v极锋上空向南流的一支与向北流的低纬空气相遇汇合后下沉，再在地面层分别向南和向北形成辐散地带，称为副热带高压带。

因此，中纬度地区，在“Hadley环流”和“极地环流”之间又形成了一个间接热力反环流圈，即“Ferrel环流”

8.冬、夏大气环流的平均特征

1、平均气压场（海平面）

v冬季，北半球的主要活动中心是两个低压和几个高压。

低压：

一个是阿留申低压，与高空东亚大槽相对应；另一个是冰岛低压，与北美大槽相对应。

高压：

西伯利亚高压、北美高压、太平洋高压和大西洋高压。

前两个为冷高压，后两个为副热带高压。

v夏季与冬季的最突出的差别是冬季大陆上的两个冷高压在夏季变成了两个热低压：

亚洲低压和北美低压。

阿留申低压和冰岛低压在夏季虽仍存在，但比冬季弱得多。

副热带高压夏季显著北移，海上的两个副热带高压变得非常强大。

2、对流层中层平均环流（500hpa）

v主要槽脊系统（冬三、夏四）。

v东亚大槽北美大槽欧洲浅槽

v东亚大槽东移北美大槽欧洲西岸乌拉尔山以东

3、平均风场

纬向风速特征：

①对流层内，无论冬夏，低纬地区为深厚东风。

②中高纬为西风控制，西风的南北宽度随高度增大而增大，强弱随高度增强，200hPa达最大，称为西风急流。

平均经向风速特征：

①无论冬夏，对流层中层是一个弱的风速中心，冬夏风向相反；高层150—200hPa有相反的风速中心。

②经向风速比纬向风速小得多，说明大气运动基本是纬向运动，但也存在南北向的交换。

4、平均纬向垂直环流圈

Walker环流，空气在赤道西太平洋印尼岛辐合上升，一支向动流，在动太平洋下沉辐散，然后又向西流向西太平洋，低层西风，高层东风，为热力正环环流圈。

5、ENSO

三大涛动：

南方涛动（SO）：

东南太平洋与西太平洋、印度洋气压变化呈相反的变化趋势。

北太平洋涛动（NPO）：

阿留申低压与夏威夷高压之间气压变化呈相反趋势。

 北大西洋涛动（NAO）：

冰岛低压与亚速尔高压之间气压呈相反变化趋势。

9.大气活动中心的定义以及分类

v大气活动中心：

由于地面地形及海陆差异的作用，平均海平面气压场环流分布表现为沿纬圈方向的不均匀性，呈现出一个个巨大的闭合高低压中心。

v永久性活动中心：

长年存在的活动中心。

v半永久性活动中心：

季节性变化的活动中心。

10．极涡的定义、急流的定义

极涡：

围绕极地地区的低压中心。

急流：

指强而狭窄的气流带。

是风场上的一个突出特征。

行星锋区：

在中、高纬度地区对流层中、上层的天气图上，等温线密集的带状区域。

11.各类锋面的定义、天气特征、及我国锋生概况

气团是指在一定的范围内，物理属性相对比较均匀的大块空气。

冷暖气团之间的狭窄过渡带，称为锋面，有时也称为锋区。

锋面与地面的交线称锋线。

锋面和锋线统称为锋。

冷锋：

冷气团起主导作用，推动锋面向暖气团一侧移动，称为冷锋。

冷锋所经之处，冷空气代替暖空气，使该地区气温下降。

暖锋：

暖气团起主导作用，推动锋面向冷气团一侧移动，称为暖锋。

暖锋所经之处，暖空气代替冷空气，使该地区气温升高。

准静止锋：

冷暖气团势力相当，锋面移动缓慢或相对静止，称为准静止锋。

（6小时移动在1个纬距之内）

锢囚锋：

由冷锋赶上暖锋或者两条冷锋迎面相遇叠并而成的锋，称为锢囚锋。

锋生：

锋的形成或增强。

锋消：

锋的消失或减弱

锋生概况

南方锋生带：

华南到长江流域

北方锋生带：

河西走廊到东北

•这两个锋生带是和南北两支高空锋区相对应的。

•锋生带随高空锋区的季节变化而相应地发生位移。

自春到夏，锋生带逐渐北移，自夏到冬，则逐渐南移。

12.Margules锋面坡度公式及其物理意义

1）锋面的坡度与f成正比，高纬锋面坡度大于低纬。

冷锋南下时，锋面坡度逐渐减小。

赤道上,即无锋面

2）锋面的坡度与锋两侧的温度差成反比，温度差越大，坡度越小。

即无锋面

3）锋面的坡度与锋两侧平行于锋的地转风分量差成正比

风呈气旋性切变（vc-vw>0）

风速差（风速切变）越大，坡度越大

4）锋面坡度与平均温度成正比

T*越高，坡度越大，冬季坡度小于夏季

13.锋附近的热力场特征。

说明温度场、位温场、假相当位温场的主要分布特征及原因，并能作示意图

（1）温度场特征

•锋区内水平温度梯度很大，通常5-10ºC/100km，而一般气团内为1-2ºC/100km。

–地面图上，温差大的地区

–等压面图上，等温线密集的区域

•锋区随高度增加向冷空气一侧倾斜。

•高空等温线的走向与地面锋线的走向近于平行。

•锋区内垂直温度梯度很小（逆温、等温和微弱降温）。

（2）位温场特征

在垂直剖面上，等θ线

•在锋层内最为密集；

•与锋区的上下界近于平行。

•在对流层中，一般0﹤﹤d，即θ随高度增加而增大，但在锋区内，≤0或﹥0但很小，所以（d-）比一般气团内大很多，使锋区内θ/z比周围大得多，所以等θ线密集。

假定锋面是物质面，即其两侧的冷、暖空气只能沿锋面上下滑动。

而在干绝热条件下，θ是守恒的，于是沿锋面滑动的空气的位温将保持不变，因而锋面必将是等θ面。

假相当位温场（θse）

在实际大气中，考虑水汽凝结的影响，可用θse代替θ进行分析，同样可得：

锋区中等θse线密集，锋区与等θse线平行，θse随高度迅速增大，在锋区附近，中低层冷锋前有舌状高值区，冷锋后有舌状低值区。

14.锋附近的气压场和风场特征。

气压场特征、风场特征，并能用Margules锋面坡度公式加以说明，能作示意图

①气压场

由锋面坡度公式

故锋面两侧气压梯度不连续。

锋面位于气压槽中，等压线通过锋面

时呈气旋式弯曲，其折角指向高压。

②风场

•水平切变

地面锋位于气压槽中，锋线附近的风场有气旋式切变，地面摩擦使风与等压线成一交角，在锋面附近形成辐合区。

•垂直切变

风速的垂直切变：

因为锋区内水平温度梯度很大，所以热成风很大，故风的垂直方向切变很大。

风向的垂直切变：

地面冷锋之后的测站，自低层至高空，通过锋层时风向作逆时针旋转，对应有冷平流；地面暖锋之前的测站，自低层至高空通过锋层，风向作顺时针旋转，对应有暖平流。

15.锋附近的变压场特征。

变压场分布特征及原因

冷锋后有三小时正变压，暖锋前有三小时负变压。

特征：

总的来说，不论冷暖锋，锋后的变压代数值一定大于锋前的变压代数值。

16.什么叫气旋、反气旋？

概述气旋分类。

气旋是在同一高度上中心气压低于四周的、占有三度空间的大尺度涡旋。

17.准地转ω方程及各项的物理意义

涡度平流随高度变化

温度平流

非绝热加热

18.地面气旋发展公式（Petterssen发展方程）及其推导思路，各项因子对气旋的发展、减弱有何影响？

19.叙述锋面气旋发展的四个阶段（波动阶段，发展阶段，锢囚阶段，消亡阶段）温压场的变化

（一）初生（波动）阶段

•在气旋发生前（图4.17a），高纬为东风，低纬为西风。

高纬冷，低纬暖，中间有一条锋面（虚线）。

•开始出现扰动时（图4.17b），冷空气向南侵袭，暖空气向北扩展，出现冷暖锋面及锋面降水。

地面图上，开始出现低压中心。

•

（二）发展（成熟）阶段

•冷暖锋进一步发展（图4.17c），锋面降水继续增强，雨区扩大。

地面图上闭合等压线增多，中心气压不断降低。

低压一般仍沿暖区气流方向移动，速度比波动阶段略减。

冷锋比暖锋移动更快（d）。

（三）锢囚阶段

•冷锋追上暖锋，从气旋中心开始形成锢囚锋（e），起初气旋仍可继续加深，发展到最盛。

•然后，锢囚的范围扩大，气旋的范围也扩大，并转变成对流层下部的一个大冷涡，但暖空气仍然在其上空（f）。

•（四）衰亡阶段

•气旋成为一个正压涡旋（g），已无锋面特性，并且由于摩擦作用，气旋逐渐消散（h）。

20.举例说明地形对气旋的发展有何影响。

对于南北向的山脉，西风在迎风坡上升产生反气旋涡度，在背风坡下沉产生气旋涡度背风气旋发展

21.我国气旋常在什么高空形势下生成？

试用理论说明该形势下气旋生成的有利条件？

槽前脊后，正涡度平流，气旋发展

22．影响西风带长波槽脊的发展因子有哪些？

平均层上的涡度局地变化主要由4个因子引起，

⏹

平均层上的相对涡度平流

⏹

热成风涡度平流

⏹地转涡度平流

⏹

地形作用

23．经、纬向环流、西风指数、指数循环、长波波速、长波调整、上下游效应、群速度

西风带的波状流型有时表现为大致和纬圈相平行,这种环流状态称为纬向环流,也称为平直西风环流;

有时则表现为具有较大的南北向气流,甚至出现大型的闭合暖高压和冷低压,这种环流状态称为经向环流。

为了定量地表示西风强弱,Rossby提出,把35º~55º之间的平均地转西风定义为西风指数。

西风环流的中期变化主要表现为高低指数交替、循环的变化过程,称为指数循环。

Rossby长波公式

一般仅把长波波数的变化及长波的更替称为长波调整。

大范围上、下游长波系统变化之间的联系,称为上下游效应。

上游某地区长波系统发生某种显著变化之后,接着就以相当快的速度（通常比系统本身移速以及平均西风风速都快）影响到下游地区长波系统发生变化,叫上游效应。

群波的移动速度称为群速度cg

在长波脊中往往可形成闭合的暖高压，称为阻塞高压。

阻塞高压的一般特征定义为

（a）在地面图上和500hPa等压面图上必须同时出现闭合等值线，而且在高空图上，阻塞高压将西风急流分为南北两支；

（b）阻塞高压中心位于30ºN以北；

（c）阻塞高压持续时间至少5天。

在阻塞高压的一侧或两侧可形成孤立的闭合冷低压，称为切断低压。

切断低压是出现于对流层中上层的冷性闭合的低压系统，在高空等压面图上表现为与北方冷空气主体割裂的一堆孤立冷空气，这种系统一般在300～500hPa等压面图上表现最为明显。

西南涡一般是指形成于四川西部地区,700（或850）hPa上的具有气旋性环流的闭合小低压。

其直径一般在300~400公里左右。

从6月到7月初,副热带高压脊位置移到22º~25ºN,这时切变线多位于江淮流域,称之为江淮切变线。

24.两类热低压的形成原因

●热低压是由于大气受热不均匀而在受热最多处近地面大气中形成的水平温度分布均匀、移动性不大的低压或低压槽。

热低压出现的条件：

暖平流、太阳辐射

●在沙漠或盆地，太阳辐射增温

四川低压、塔里木低压或柴达木低压

●平原或较平坦的地区，暖平流和太阳辐射的共同作用

•范围比辐射为主的热低压大

•多形成在我国西南地区、河套地区、华北平原或黄河与淮河的中下游地区

•