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《天气学诊断分析》课程教学实践与尝试本文主要讲述了有关《天气学诊断分析》课程教学实践与尝试的情况。
《天气学诊断分析》这门课程在大学开设，被认为是一门有关气象预报和预测的重要专业，非常重要。
因此，它的教学实践和尝试也十分重要，这一实践也能激发学生学习的热情，让他们更加深入地认识和掌握有关天气学的专业知识。
首先，在这门课里，老师会给学生一个关于天气学的理论框架，使学生理解和掌握相关理论。
同时，老师还会用一些图表、标注和模型，让学生对天气学的概念有一个全面的认识，从而增强学生的理论知识。
然后，在学习中，老师会与学生就有关天气学的实践进行一系列活动，这些活动旨在运用理论知识，更加熟悉和灵活运用有关天气学的诊断分析思维方式，还可以通过实验进行发现和解决问题。
这样，学生就可以在发现问题时，直接综合天气学的诊断分析知识，制定良好的解决方案，从而提高学生的实践能力。
最后，老师会安排一些模拟气象诊断分析题目，让学生熟悉思考如何运用天气学的诊断分析思维，以得出准确的结果。
第一章天气分析的内容和方法学习要点本章介绍了常用的天气分析预报的资料、图表、分析方法、预报方法和预报思路。
天气分析是根据天气学和动力气象学的原理，对天气图和各种探测资料进行分析。
通过天气分析，可了解天气系统分布状况、空间结构及其演变的过程，明确天气系统和天气变化的关系，进而判断未来天气变化趋势，为天气预报提供依据。
天气分析的内容随电子计算机和大气探测技术的发展而不断丰富。
本章从天气图分析、物理量诊断、卫星、雷达等探测资料分析以及中尺度分析、数值预报产品、集合预报等方面对天气分析的主要内容和方法作一简要介绍。
1.1 天气图分析天气图是填有各地同一时间气象观测记录的特种地图，它描述了某一瞬间某一区域的天气状况。
天气图能显示各种天气系统和天气现象的分布及其相互关系，是分析判断天气变化、制作天气预报的基本工具。
一般分为地面天气图、高空天气图和辅助天气图三类。
过去天气图的填绘主要由手工完成，现在天气图的绘制都是由计算机完成。
目前业务上使用的MICAPS平台能显示常用的各种天气图。
1.1.1 地面天气图地面天气图反映了某区域某时刻的地面天气系统和天气状况。
一张地面图上用数值或符号填写各个气象观测站在同一时刻的气象要素观测记录。
它填有观测时刻地面各种气象要素和天气现象，如气温、露点温度、风向、风速、海平面气压、能见度和雨、雪、雾等；还填有能反映空中大气现象的一些记录，如总云量、低云量、低云高以及高云、中云和低云的云状等；既有当时的记录，又有一些能反映短期内天气演变实况的记录，如3h变压、过去6h内的天气，过去6h 降水量等。
地面天气图是填写气象观测项目最多的一种天气图，是天气分析和预报中很重要的工具。
详情进入图1.1 MICAPS中地面填图格式地面天气图反映了某区域某时刻的地面天气系统和天气状况。
一张地面图上用数值或符号填写各个气象观测站在同一时刻的气象要素观测记录。
它填有观测时刻地面各种气象要素和天气现象，如气温、露点温度、风向、风速、海平面气压、能见度和雨、雪、雾等；还填有能反映空中大气现象的一些记录，如总云量、低云量、低云高以及高云、中云和低云的云状等；既有当时的记录，又有一些能反映短期内天气演变实况的记录，如3h变压、过去6h内的天气，过去6h降水量等。
天气诊断分析（讲义）尚可政王式功靳立亚兰州大学大气科学学院内容简介本书简明介绍了天气分析和预报中各种常用物理量场特别是涡度、散度、垂直速度、水汽通量散度、能量场、Q矢量、位涡度、条件性对称不稳定、粗Ri数、螺旋度、能量-螺旋度指数、雷暴大风指数等的诊断分析方法和数值预报产品的应用技术。
全书约13万字，共分八章。
可做为高等院校大气科学专业本科生的教材，也可供相关专业的教师、研究生及气象台站预报人员使用。
前言诊断分析方法是大气科学研究中常用的一种方法。
在天气分析中有一些十分重要的物理量，如涡度、散度、垂直速度和水汽通量散度以及各种能量场等等，这些物理量与一般的气象要素(温、压、风、湿)不同，它们通常是无法由观测直接得到的，而必须通过其它要素由计算间接获得。
这些物理量在某时刻的空间分布被称为“诊断场”。
诊断场和预报场是不同的，预报场是对未来时刻某物理量场的预报结果，在反映大气环流演变的流体动力学天气方程组中有一些十分重要的物理量即属于可以通过时间积分作预报的“预报方程”一类；而诊断场是物理量方程中不含有它对时间的微商项。
反映各气象要素场之间关系的不含有对时间微商的方程称为“诊断方程”。
研究这些物理量的计算方法、分析其空间分布特征，以及它们和天气系统发生、发展的关系称为诊断场分析。
诊断分析方法是加深认识天气系统及其发生、发展过程的一种重要途径。
可应用于大气科学中的各个领域，如气候诊断分析，大气环流模式和天气预报模式的诊断分析以及物理量场的诊断分析等等，随着计算机的发展和普及诊断分析方法已在气象台站业务中得到广泛应用，并且越来越受到广大气象工作者的重视。
本书着重介绍天气分析和预报中各种物理量场的诊断分析方法，其中不少是作者近年来在科研中改进应用的新方法。
由于作者学术水平的限制，可能会有不少错误和不妥之外，欢迎广大读者批评指正。
作者 2012年03月于兰州大学目录第一章地图投影诊断分析中需要计算某些物理量(如涡度、散度等)的空间导数，如何计算，这就涉及到坐标的选取问题。
第四章 垂直速度的计算垂直速度ω是一个在一般条件下不能直接测量,却又非常重要的物理量。
垂直上升运动可以使空气质点从未饱和状态达到饱和状态,水汽凝结后可产生降水。
它是预报降水,尤其是暴雨、冰雹等灾害性天气的重要因素之一。
因此，近年来人们对计算垂直速度的方法作过多种试验和结果对比。
由于垂直速度计算方面的内容较多，因此单独编为一章进行叙述。
本章介绍几种常用的计算垂直速度的方案，并简述各种方案的优、缺点。
§4.1 个别变化法对任何一种气象要素的个别变化,可以写成ddt t V w Z =+∙∇+∂∂∂∂求解w,可以写成w d dt tV Z=-+∙∇⎛⎝ ⎫⎭⎪⎡⎣⎢⎤⎦⎥∂∂∂∂ (4.1)这种方法中，d/dt 项不易确定。
如果用比湿q 来计算垂直速度时，设大气中没有蒸发、凝结过程,则dq/dt=0，有w dq dt q tV q q Z=-+∙∇⎛⎝ ⎫⎭⎪⎡⎣⎢⎤⎦⎥∂∂∂∂ (4.2)根据上式，已知比湿的局地变化、湿度的平流和比湿的垂直梯度,就可以计算出大气的垂直速度。
湿度变化较大，计算也麻烦，一般常取湿度的个别变化来计算大气中的垂直速度。
根据热力学第一定律，当大气处于绝热状态时，可以写成ωPC RT dtdP P C RT dtdT p p ==(4.3)将ωρ=-gw 代入上式,则dT dtw d=-γ展开可以写成∂∂∂∂γTt V T w T Zw d+∙∇+=- ，移项后∂∂γγT tV T w d+∙∇=--() (4.4)求出 w TtV Td=-+∙∇-∂∂γγ(4.5)上式中Z T C g p d ∂∂γγ-==,/用(4.5)式计算大气垂直速度时,只要知道固定地点的温度局地变化和温度平流，再知道实际温度递减率就可以计算出大气中的垂直速度。
对于干空气来讲，位温具有保守性，它比温度属性更好些、位温的个别变化为d dt t V w Zθ∂θ∂θ∂θ∂=+∙∇+ (4.6) 则有w tV Ztux vyZ=-+∙∇=-++∂θ∂θ∂θ∂∂θ∂∂θ∂∂θ∂∂θ∂(4.7)因为pC Rp T ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=1000θ，在等压面上可以写成θ=∙T k p (),同时考虑∂θ∂θγγZ T d=-()，代入(4.7)得：)())(()()(γγ∂∂∂∂∂∂γγ∂∂∂∂∂∂γγθθ∂∂θ-++-=-++-=-∇∙+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛dyT vxT u tT dp k p k yT vxT utT d TV t w(4.8)从上式可知在等压在上计算垂直速度的公式与(4.5)式是一样的。
1. 地图投影：用投影的方法，把地球表面投影到预先规定的投影面上，然后把投影面沿某一指定的方向切开展成平面2.正形投影：两条交线间角度保持不变的投影。
3.为什么要进行气象资料处理:气象测站分布不规则，但是数值预报中的网格点是规则的，因而资料无法直接使用。
同时，从观测、编码、发报，到传递、转换、接收等环节上，气象资料都存在着出错的可能性。
4.如何进行错误记录的简单判断；利用要素值的上限值和下限值进行判断；利用要素值的空间连续性进行判断（与周围记录比）；利用要素值的时间连续性进行判断（与前后记录比）5.什么是客观分析：为了得到网格上的资料，可根据直接联系格点值与台站值的方程，从数值上进行内插。
方法：有限元、多项式、样条等，数值天气预报中还常使用逐步订正法、最优插值法、谱方法、变分法等。
6.什么叫逐步订证法：将格点周围站记录与终点值进行比较，用格点周围不同半径范围内各测站的观测数值情形与估计值之差的加权平均作修正量逐步对其订正，最终使格点分析值与周围测站记录相比达到完全合理为止。
7.资料同化：把各不同时刻的观测资料纳入统一的分析预报中来，使之自然满足一定的协调条件8.垂直速度的计算方法：个别变化，动力学学方法，运动学方法，由降水量反算。
9.Q矢量判断锋生锋消和垂直运动；Q矢量由冷区指向暖区，锋生；Q矢量由暖区指向冷区，锋消。
Q矢量辐合，引起上升运动；Q矢量辐散，引起下沉运动。
10.惯性不稳定：在地转平衡条件下，水平扰动使气块有远离原有平衡位置的趋向。
条件性对称不稳定：从物理上看，就是在垂直方向上为对流性稳定和在水平方向上为惯性稳定的环境中，空气作倾斜上升运动时可能出现的一种不稳定。
对流性不稳定：原来稳定的上干下湿的整层空气被抬升，其下部先达到饱和，并释放潜热，按湿绝热直减率降温，而上部则未达到饱和，仍按干绝热直减率降温，形成该气层上部降温多，下部降温少，使该气层转化为不稳定。
11.天气的可预报性：未来天气状态是既可以预报，又是不可预报的，即存在一个可预报期限，在此期限内是可预报的，超过这个期限是不可预报的。
