第五章 1天气系统的外推预报法

天气形势的天气学预报方法天气学预报方法是一种定性的、经验性的传统预报方法。

虽然，目前天气形势与气象要素预报已愈来愈依靠数值预报方法，但在很多情况下，特别是局地天气、航线天气等的预报中，天气学方法仍然是十分重要的方法。

下面简单介绍几种应用天气图进行天气形势预报的基本方法。

一、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的规律，顺时外延，预报出系统未来的移动速度和强度变化，这种方法叫做外推法。

外推法又可分为两种情况：一种是等速外推。

等速外推就是假定系统的移动速度或强度变化基本上不随时间而改变，即与时间成直线关系，外推按这种规律进行，故等速外推又叫做直线外推；另一种是变速外推。

变速外推假定系统的移动速度或强度变化接近“匀变速”状态，即与时间成曲线关系，这时外推时要考虑它们的“变速”情况，故变速外推又叫做曲线外推。

直线外推只需要根据当时和上一时次的两张天气图即可进行，而曲线外推需要利用三张（或以上）天气图进行比较才能进行。

显然，曲线外推要比直线外推更全面些，但是由于实际天气过程的复杂性，曲线外推并不一定比直线外推更准确，因此，使用外推法时必须结合其他预报方法。

应用外推法可以对高、低压系统和槽、脊的移动和强度作出预报。

下面以闭合系统为例说明外推法的应用。

直线外推。

设12 h前低压中心位于点“1”(图11.2 (a))，其中心气压为1008 hPa，作预报时的低压中心位于点“2”，其中心气压为1006 hPa，加深了2 hPa，移动距离为S1。

按直线外推可以预报，12 h后该低压中心将移至点“3”，移动的距离S2=S1；中心气压将继续降低2 hPa，达1004 hPa。

曲线外推。

设24 h前低压中心的位置在点“1”(图11.2 (b))，中心气压为1 011 hPa；1 2 h前中心位置在点“2”，移动距离为S1，中心气压为1002 hPa，加深了9 hPa；作预报时的中心位置在点“3”，中心气压为995 hPa，过去12 h移向向左偏了一个角度，移动距离为S2，加深了7 hPa。

天气形势的天气学预报方法天气学预报方法是一种定性的、经验性的传统预报方法。

虽然，目前天气形势与气象要素预报已愈来愈依靠数值预报方法，但在很多情况下，特别是局地天气、航线天气等的预报中，天气学方法仍然是十分重要的方法。

下面简单介绍几种应用天气图进行天气形势预报的基本方法。

一、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的规律，顺时外延，预报出系统未来的移动速度和强度变化，这种方法叫做外推法。

外推法又可分为两种情况：一种是等速外推。

等速外推就是假定系统的移动速度或强度变化基本上不随时间而改变，即与时间成直线关系，外推按这种规律进行，故等速外推又叫做直线外推；另一种是变速外推。

变速外推假定系统的移动速度或强度变化接近“匀变速”状态，即与时间成曲线关系，这时外推时要考虑它们的“变速”情况，故变速外推又叫做曲线外推。

直线外推只需要根据当时和上一时次的两张天气图即可进行，而曲线外推需要利用三张（或以上）天气图进行比较才能进行。

显然，曲线外推要比直线外推更全面些，但是由于实际天气过程的复杂性，曲线外推并不一定比直线外推更准确，因此，使用外推法时必须结合其他预报方法。

应用外推法可以对高、低压系统和槽、脊的移动和强度作出预报。

下面以闭合系统为例说明外推法的应用。

直线外推。

设12 h前低压中心位于点“1”(图11.2 (a))，其中心气压为1008 hPa，作预报时的低压中心位于点“2”，其中心气压为1006 hPa，加深了2 hPa，移动距离为S1。

按直线外推可以预报，12 h后该低压中心将移至点“3”，移动的距离S2=S1；中心气压将继续降低2 hPa，达1004 hPa。

曲线外推。

设24 h前低压中心的位置在点“1”(图11.2 (b))，中心气压为1 011 hPa；1 2 h前中心位置在点“2”，移动距离为S1，中心气压为1002 hPa，加深了9 hPa；作预报时的中心位置在点“3”，中心气压为995 hPa，过去12 h移向向左偏了一个角度，移动距离为S2，加深了7 hPa。

降水预报各种不同类型的降水对国民经济和国防建设会产生不同的影响。

大型降水对国民经济和国防建设有密切关系。

农谚说：“清明要明，谷雨要雨”。

这说明适时适量的降水对农业生产能提供有利的条件，而反常降水则会带来灾害。

我国大部分地区降水都集中在下半年，而这时正是农作物的生长季节，大型降水的多少能造成大面积的涝旱。

尤其是时间长、面积大的暴雨，还能引起洪水泛滥，不仅对生产建设造成极大的危害，而且对人民的生命财产也带来巨大的威胁。

因此，无论工农业生产、航空、航海、交通运输、水利建设、防涝抗旱等都需要及时准确的降水预报。

以下介绍大型降水，即范围广大的降水，降水区可达天气尺度的大小，包括连续性或阵性的大范围雨雪及夏季暴雨。

降水形成过程降水是大气中的水的相变（水汽凝聚成雨雪等）过程。

从其机制来分析，某一地区降水的形成，大致有三个过程。

首先是水汽由源地水平输送到降水地区，这就是水汽条件。

其次是水汽在降水地区辐合上升，在上升中绝热膨胀冷却凝结成云，这就是垂直运动的条件。

最后是云滴增长变为雨滴而下降，这就是云滴增长的条件。

这三个降水条件中，前两个是属于降水的宏观过程，主要决定于天气学条件。

第三个条件是属于降水的微观过程，主要决定于云物理条件。

降水系统首先应从天气图上分析是否有有利于降水的天气系统存在，以下系统有利降水的出现：1、西风带上的高空槽高空槽是引起降水的重要天气系统（这里指的是天气尺度的短波槽）。

高空槽一般与地面锋面气旋相结合，但有时在高空槽前的地面自上只分析到槽和冷锋。

有时连冷锋都分析不出来，仅有一倒槽和负变压区，同样可以观测到降水。

特别是在夏季，水汽条件充分，即使是很小的高空槽，都很可能引起降水。

由于高空槽的结构不同降水也不尽相同。

2、锋面气旋锋面气旋一般位于高空槽前，造成锋面气旋降水的有高空槽；冷、暖锋和锢囚锋等。

锋面性质不同，产生的降水性质也不同，降水常在锋附近、有时在锋前，有时在锋后，锋面气旋中降水的形成，主要是指在稳定大气中的情况。

天气预报的原理和方法是什么天气预报的原理和方法是什么天气预报的原理和方法是什么？天气预报是根据气象站观测的数据来实现的，气象站越多，预报越准确。

今天小编整理了天气预报的原理和方法供大家参考，一起来看看吧!天气预报的原理和方法是什么天气预报是以大气科学理论为依托,以各种气象探测手段为基础,以数值天气预报为核心,依靠预报人员的综合判断分析,最终形成的。

天气预报，又称气象预报（测），是指使用现代科学技术对未来某一地点地球大气层的状态进行预测。

从史前人类就已经开始对天气进行预测来相应地安排其工作与生活（比如农业生产、军事行动等等）。

今天的天气预报主要是使用收集大量的数据（气温、湿度、风向和风速、气压等等），然后使用对大气过程的认识（气象学）来确定未来空气变化。

由于大气过程的混乱以及今天科学并没有最终透彻地了解大气过程，因此天气预报总是有一定误差的。

我国中央气象台的卫星云图，就是从“风云一号”等气象卫星摄取的。

利用卫星云图照片进行分析，能提高天气预报的准确率。

天气预报就时效的长短通常分为三种：短期天气预报（2～3天）、中期天气预报（4～9天），长期天气预报（10～15天以上）。

中国中央电视台每天播放的主要是短期天气预报。

天气预报的具体方法是什么目前气象台使用的天气预报方法，大体分为三类，即天气图法、数值预报法和数理预报法等。

天气图法和数值预报法主要用于短期预报，近年来也在向中期预报方向延伸。

数理统计预报法主要用于长期预报，近年来也向短期预报方面发展。

在实际预报工作中三种方法是相互结合、相互补充使用的。

1、天气图预报法天气图预报法是出现最早的一种天气预报方法，目前仍然是大多数气象台采用的主要的方法。

天气图法是以天气图为基本工具的预报方法。

它从同一时刻的各层天气图上分析出天气系统及其结构和天气状况，又从前后连贯的几个时刻天气图上判断出这些天气系统的生成、移动、发展、消亡等等变化，以及各个天气系统之间的相互关系。

《天气学原理》课程教学大纲课程名称：天气学原理英文名称：Principle of Synoptic Meteorology学分：4 总学时：57 理论学时：46 实验（上机）学时：11适用专业：大气科学一、课程的性质、目的天气学原理是研究不同尺度的天气系统和天气现象发生发展及其变化的基本规律，并利用这些规律来预测未来天气的科学。

该课程是大气科学专业本科生的重要专业基础课程和主干课之一，属于专业核心课程。

该课程侧重理论教学，主要介绍天气学的经典理论：大气运动的基本特征、锋面理论、气旋与反气旋、大气环流概况、天气系统和天气形势的天气学预报方法。

通过本课程的学习使学生掌握天气学预报的基本原理、基本概念和基本分析方法。

二、教学基本要求通过学习“天气学原理”课程，学生应掌握天气学预报的基本原理和基本概念，掌握天气系统多维结构的建立，以及天气学理论和具体天气过程、天气系统的相互融合，掌握天气学预报的基本分析方法，具有推导基本方程和公式的能力，初步做到利用天气学原理的知识解释和分析基本天气事实，并为后续专业课程的学习和今后的业务与科研工作奠定坚实的理论基础。

三、课程教学基本内容第1章大气运动的基本特征1、教学内容1.1旋转坐标系运动方程及作用力分析熟练掌握大气运动各作用力含义、表达式及理解它的物理意义。

1.2控制大气运动的基本定律理解个别变化、局地变化、平流变化含义，熟练掌握质量散度（质量通量散度）含义、表达式及其物理意义。

1.3大气尺度系统的控制方程理解尺度分析含义、掌握在自由大气中大尺度系统运动，可以作为准地转、准静力处理，理解热力学能量方程中引起固定点温度变化的因子。

1.4“P”系统中的基本方程组掌握P坐标系的优越性，掌握位势、位势高度、位势米、几何米概念，理解等高面上水平气压梯度力可以用等压面上位势梯度或等压面坡度表示。

1.5风场和气压场的关系熟练掌握地转风、梯度风、热成风、地转偏差含义、表达式及有关讨论，并会应用。

第五章天气系统_气象学与气候学第五章天气系统周次：第12-14周教学时数：9一、教学目的与要求：天气系统受不同大气运动方式影响和制约，决定着不同地区的天气分布和天气变化过程。

各种天气系统都具有一定的空间尺度和时间尺度。

许多天气系统的组合，构成大范围的天气形势，构成半球甚至全球的大气环流。

掌握天气系统的形成、结构、运动变化规律以及同地理环境间的相互关系，了解天气、气候的形成、特征、变化和预测地理环境的演变。

二、教学的重点及难点：重点：主要天气系统及活动规律与天气变化特点的关系难点：各类天气系统的垂直结构及随时间的变化三、教学手段与方法：教学方法：教师讲授教具：多媒体四、教学过程设计：低纬度天气系统一、副热带高压在南、北半球副热带地区，经常维持着沿纬圈分布的高压带，称副热带高压带。

副热带高压带受海陆沿纬圈分布的影响，常断裂成若干个高压单体，称副热带高压，简称副高。

是暖性动力系统。

它主要位于大洋上，常年存在，在北半球主要分布在北太平洋西部、北太平洋东部、北大西洋中部、北大西洋西部墨西哥湾和北非等地。

南半球分布在南太平洋、南大西洋和南印度洋等。

此外，夏季大陆高原上空出现的青藏高压和墨西哥高压，也属副热带高压。

由于副高占据广大空间，稳定少动成为副热带地区最重要的大型天气系统。

它的维持和活动对低纬度地区与中高纬度地区之间的水汽、热量、能量、动量的输送和平衡起着重要的作用，对低纬度环流和天气变化具有重大影响。

1、结构和天气（1）结构副高结构比较复杂，在不同高度以及不同季节、不同地区有所不同。

在对流层的中、下层，副高的强度是随高度升高而增强的，高压的中心位置随高度向暖区偏移，因而高压中心与高温中心并不完全重合，高压脊线也不垂直。

夏季时，陆地增温显著，下层暖中心便移向高压脊线的陆地一侧（在北半球是北侧），冬季时，陆地冷却明显，暖中心便移到高压脊线的南侧。

到对流层中、上层（500hPa以上），地表海陆热力差异的影响已大为减弱，高压中心与暖中心基本重合，高压脊线也大体垂直。

1、什么是外推预报法？天气分析的实践证明，天气过程的发展在一定时间间隔内常具有连续性，所以可以把天气系统过去的演变趋势外延到以后一段时间，以推测天气形势的未来变化,这种方法称为外推预报法。

预报各种天气系统及其强度变化均可用外推法,一种是假设系统的移动速度或强度变化基本上不随时间而改变,系统的发展变化与时间成线性关系,称为等速外推;另一种是假设系统的移速或强度的变化接近“等加速”状态，其移速和强度与时间成曲线关系，称为加速外推.2、运动学预报法：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，来预报系统未来的移动和变化的方法称为运动学方法，其实质也是外推法3、槽线或脊线移动规律:P2104、低压或高压移动规律：p2125、高空形势预报方程:由涡度平流和热成风涡度平流决定1）地转涡度度平流的讨论：p2172）相对涡度平流的讨论：疏密项，散合项（主导作用）、曲率项,引出槽脊发展的定性规则(p219-221)3）热成风涡度平流：如冷舌落后高度槽，槽中有正的热成风涡度平流，槽将发展。

脊中有负热成风涡度平流,脊将加强。

反之，槽（脊)减弱6、地面形势预报方程：1）平均层的高度变化决定（包括涡度平流和热成风涡度平流）2）平均冷暖平流项：冷平流，地面加压；暖平流,地面减压引出引导气流：使气旋、反气旋向前移动；地面系统中心是沿热成风方向移动的，速度大小与热成风相等。

地面低压中心移动比引导气流偏右,反气旋比引导气流偏左。

3）垂直运动产生的温度绝热变化项:稳定大气中：上升运动对反气旋发展有利，而对气旋发展不利；下沉运动对气旋发展有利,而对反气旋发展不利。

不稳定大气中：有凝结现象发生，上升运动有利于气旋的发展.该因子不是气旋发生、发展的主要因子，只是在气旋形成后起作用4)非绝热变化的影响及相关现象解释：p223非绝热作用对锋面气旋的形成不起重要作用，而对冷高压、热低压的形成则是主要因子.7、在下图中，用地面形势预报方程中，平均层以下到地面稳定度变化项解释温 带气旋变化⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+Γ-Γ+∇⋅--∂∂=∂∂dt dQ c T V p p R t H t H p d 1)(ln 8.900ω温带气旋上空若稳定，借助其上升运动，上升绝热膨胀冷却此气柱收缩，气旋包括其近地面气层等压面抬升,温带气旋加压，抑制此气旋加深发展。

《天⽓学原理》复习重点（下）Char3 ⽓旋与反⽓旋1、⽓旋（反⽓旋）是占有三度空间的，在同⼀⾼度上中⼼⽓压低（⾼）于四周的流场中的涡旋。

⽓旋在北半球逆（顺）时针旋转，在南半球相反。

温带的⽓旋和反⽓旋冬季强于夏季，海上的⽓旋强于陆上的，陆上的反⽓旋强于海上的。

⽓旋按地理分为热带⽓旋和温带⽓旋；按热⼒结构分为锋⾯⽓旋和⽆锋⽓旋反⽓旋地理分为极地、温带和副热带反⽓旋；按热⼒结构分为冷性和暖性反⽓旋2、涡度⽅程涡度：表⽰流体质块的旋转程度和旋转⽅向ξ /? t >0表⽰⽓旋性涡度增加，反⽓旋性涡度减⼩ξ /? t <0表⽰反⽓旋性涡度增加，⽓旋性涡度减⼩涡度倾侧项：由于垂直速度在⽔平⽅向分布不均匀，引起涡度的变化⽔平⽆辐散⼤⽓中绝对涡度守恒。

位势涡度守恒解释⽓柱上⼭下⼭强度变化：⽓柱上⼭，H 减⼩，辐散，f 不变，则⽓旋性涡度减⼩，反⽓旋性涡度增⼤；⽓柱变短，为了保持位势涡度守恒，正涡度减⼩，有正变⾼，所以槽和低压减弱，脊和⾼压增强；青藏⾼原（第五章）：上（下）⼭，⽓柱缩短（伸长），为了保证整层⼤⽓的不可压缩性，必伴有⽔平辐散（合），同时在⽔平地转偏向⼒作⽤下，反⽓旋（⽓旋）涡度⽣成，则⽓旋性涡度减⼩，反⽓旋性涡度增⼤；考虑准地转运动有等压⾯⾼度升⾼（降低），低值系统（⾼空槽、低中⼼）减弱（加强），⾼值系统（⾼空脊、⾼中⼼）加强（减弱）。

3、位势倾向⽅程（1）地转风绝对涡度平流可分为地转涡度的地转风平流和相对涡度的地转风平流解释槽脊移动：波长<3000km 的短波，以相对涡度平流为主槽前脊后：正相对涡度平流，有负变⾼；槽后脊前：负相对涡度平流，有正变⾼槽线、脊线：相对涡度平流为0，等压⾯⾼度没有变化，槽脊不会发展，⽽是向前移动。

物理解释：槽前脊后借助西南风将正相对涡度⼤的向⼩的⽅向输送，使得其固定点正相对涡度增加，在地转偏向⼒作⽤下伴随⽔平辐散，⽓柱质量减少，地⾯减压，有负变压中⼼，地⾯辐合，这样⾼空辐散，地⾯辐合，有上升运动，上升绝热冷却，⽓柱收缩，⾼层等压⾯⾼度降低，有负变⾼；相反，槽后脊前引起⾼层等压⾯⾼度增加，槽线处变⾼为零，所以，槽⽆加深减弱，向东，即向前移动。

天气学原理和方法2005年3月29日第一章大气运动的基本特征地球大气的各种天气现象和天气变化都与大气运动有关。

大气运动在空间和时间上具有很宽的尺度谱，天气学研究的是那些与天气和气候有关的大气运动。

大气运动受质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律所支配。

为了应用这些物理定律讨论在气象上有意义的相对于自转地球的大气运动，本章首先讨论影响大气运动的基本作用力，和在旋转坐标系中所呈现的视示力，然后导出控制大气运动的基本方程组，并在此基础上分析大尺度运动系统的风压场和气压场的关系，并引出天气图分析中应遵循的一向基本指导原则。

第一节旋转坐标系中运动方程及作用力分析一、旋转坐标系中运动方程1. （绝对速度）与（相对速度）t时刻一空气质点位于P点，经t 时间，质块移到Pa点，地球上的固定点假设P移到了Pe位置位移为R，质块相对固定地点的位移为R，图1.1 旋转坐标系显然当 0位移很小时单位时间内的位移为由此得此关系式表明：绝对速度等于相对速度与牵连速度之和2．与的关系地球自转角速度为则于是由此可得微分算子将微分算子用于则有再将代入上式右端得（*）式中为地转偏向力加速度，即柯氏加速度为向心力加速度3．牛顿第二定律单位质量的空气块所受到的力在绝对坐标系中单位质量空气块受到的力有+：地心引力F：摩擦力将此式代入（*）式：二、作用力分析1．气压梯度力①定义：单位质量空气块所受的净空气的压力②表达式G=-(1.1)③推导：图1.1.2 作用于气块上的气压梯度力的X分量x方向：B面 PA面：-（P+净压力：-同理y方向：z方向：净空气总压力④讨论：大小：气压梯度力的大小与气压梯度成正比，与空气密度成反比方向：气压梯度力的方向指向的方向，即由高压指向低压的方向2．地心引力① 定义：地球对单位质量的空气块所施加的万有引力② 表达式(1.2)K：万有引力常量M：地球质量a：到地心的距离③ 推导：图1.1.3 地心引力受力分析图④ 讨论：大小：不变，常数方向：指向地球心3．惯性离心力① 定义：观测者站在旋转地球外观测单位质量空气块所受到一个向心力的作用，但站在转动地球上（观测它的运动，发现它是静止的，这必然引入一个与向心力大小相同，方向相反的力，此力称为惯性离心力。