第六章大气环流变化与长期天气预报
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什么是大气环流?
大气环流是大气大范围、长时间运动的状态。在某一大范围的地区,如欧亚地区、半球甚至全球,某一大气层次如对流层可以使整个大气圈,在一个长时期内保持大气运动平稳状态,这就形成大气环流。也可以是某一个时段如梅雨期间的大气运动的变化过程。
大气环流既是一个过程,又是一个结果。它能出色地完成从地球到各种能量如热量、水分等的输送和平衡,是各种能量间的相互转换的重要机制,同时它又是这些物理量输送、平衡和转换过程之后的重要结果。因此,研究大气环流的形成、变化的特征,掌握其演变规律不仅可以帮助人类认识自然,而且对我们的社会生活也有很大的作用,它将使我们的天气预报更加准确,它对全球气候变化的探索也有很大的帮助,而且掌握了它我们能更有效地利用气候资源。
大气环流通常包含平均纬向环流、平均水平环流和平均径圈环流3种。
(1)平均纬向环流。这是大气环流的最基本的状态,指大气盛行的以极地为旋转中心的纬向气流。
(2)平均水平环流。它是叠加在平均纬度环流之上的,指盛行的在中高纬度的水平面上的波状气流。通常北半球冬季为3个波,夏季为4个波,三波与四波之间的转换可以象征季节变化。
(3)平均径圈环流。指在南北垂直方向的剖面上所构成的运动状态,由大气经向运动和垂直运动组成。通常,对流层的径圈环流存在3个圈:低纬度又称为哈得来环流,是正环流或直接环流;中纬度又称为费雷尔环流,是反环流或间接环流;而极地是弱的正环流。
大气环流分析方法及应用
大气环流是指大气中的气流在全球范围内的分布和运动。它由多种因素综合影响形成,对于研究气候变化和天气预报具有重要意义。下面将介绍大气环流分析的方法和应用。
大气环流分析方法主要有以下几种:
1. 可视化方法:通过制作等压线图、风场图等图形,直观地展示大气环流的分布和运动。可以利用观测资料、卫星遥感数据和数值模式模拟结果进行可视化分析。通过观察图形的形态和变化规律,可以判断大气环流的类型和特征。
2. 统计分析方法:利用统计学的方法对大气环流进行分析。可以计算平均值、方差、相关系数等统计量,揭示大气环流的一般特征和相互关系。常用的统计方法包括回归分析、谱分析、协方差分析等。
3. 数值模拟方法:通过数值模式对大气的运动进行模拟和预测。数值模式是以大气物理方程为基础,利用计算机进行数值求解的方法。可以通过调整初始条件和边界条件,模拟不同情景下的大气环流变化。数值模拟方法能够提供高时空分辨率的大气环流数据,对于研究特定气候事件和天气现象具有重要意义。
大气环流的应用主要体现在以下几个方面:
1. 气候变化研究:大气环流是气候系统的重要组成部分,通过分析大气环流可以研究气候变化的规律和机制。比如,通过观察赤道大气环流的变化可以推测厄尔尼诺现象的发生概率,进一步预测气候变化的趋势。
2. 天气预报:大气环流分析是天气预报的基础。通过分析大气环流的分布和运动,可以预测天气系统的演变和发展趋势。比如,通过观察高空急流的变化可以预测暴雨和台风的生成和路径。
3. 灾害预警:大气环流的异常变化常常与自然灾害有关。通过对大气环流的分析,可以提前预警强降水、霜冻、沙尘暴等灾害事件,为防灾减灾工作提供科学依据。
4. 资源利用规划:大气环流的分析可以为气象资源的利用和规划提供依据。比如,通过分析风场数据可以确定风能资源的分布和潜力,为风电站选址和产业发展提供参考。
5. 生态环境保护:大气环流的变化对生态环境有重要影响。通过分析大气环流的特点和演变规律,可以评估气候变化对生态系统的影响,为环境保护和生态恢复提供科学依据。
如何进行天气预报
天气预报的概念
天气预报就是对未来时期内天气变化的预先估计和预告。“天有不测风云”,这句话充分说明了天气 预报的难度。随着科学技术的发展,天气预报的准确率在不断提高,人们根据天气预报,可以适时安排生 产和生活,使气象为国民经济建设服务,减少气象灾害的损失。现代的天气预报是根据大气科学的基本理 论和技术对某一地区未来的天气作岀分析和预测,这是大气科学为国民经济建设和人民生活服务的重要手 段,准确及时的天气预报有利于在经济建设、国防建设工作中趋利避害,在保障人民生命财产安全方面有 很大的社会、环境和经济效益。
天气预报的发展
我国古代,人们通过观测天象、物象的变化,编成天气谚语,以此预测当地未来几天的天气。直至 17
世纪以前,这种经验预报方法尤其是“看云识天气”的常识仍在广泛应用。 17世纪以后,温度表和气压表
等气象观测仪器相继岀现,地面气象站陆续建立,这时主要根据气压、气温、风、云等要素的变化来预报 天气。但用天气图来预报天气则只有 100多年的历史。
1820年,德国莱比锡大学教授布兰德斯绘制岀世界上最早的天气图,它为切实可行的天气预报创造了 条件。19世纪中期,英法两国与沙皇俄国为了争夺黑海海峡而发生了克里木战争,英法两国派岀了大批舰 队前往参战。1854年11月14日,黑海上刮起了狂风,卷起巨浪,把停泊在海上的英法联合舰队军舰猛烈 摔向礁石、海岸,使联合舰队蒙受到巨大的损失。法国皇帝拿破仑三世很震惊,立即命令巴黎天文台调查 这场风暴的起因。天文学家勒威耶通过搜集、分析欧洲各地 11月14日前后几天的气象资料,终于弄清了
这场风暴的来龙去脉,并写岀了调查报告。勒威耶认为,只要各地的气象观测网用电报迅速传递气象情况, 便可及时绘制出天气图,并用于天气预报。根据勒威耶的建议,法国、英国先后开始了天气预报,并很快 普及到世界各地。后来,观测天气的手段不断增多,尤其是气象卫星的发射,大大提高了天气预报的准确 度。
天气预报原理气象知识点解读
天气预报,作为现代社会人们生活中常见的一项服务,对于人们的出行安排、农业生产、航空航海等各行各业都有着重要的指导作用。本文将从气象知识点出发,解读天气预报的原理。
一、地球的大气环流系统
地球的大气环流系统是天气形成和演变的基础。可以将地球大气环流系统简单地分为低层大气循环和高层大气环流。
1. 低层大气循环:主要包括气团的水平运动和垂直运动。气团的水平运动可分为平行于纬度圈的纬向运动和沿经线的经向运动。纬向运动决定了气团移动的方向,而经向运动则对气温分布起着重要的调节作用。垂直运动则主要体现为升沉运动,其中的上升运动使得大气中的水蒸气凝结成云,形成降水。
2. 高层大气环流:主要由高空急流和气旋系统组成。高空急流具有快速且连续的风速,对于天气的发展变化具有重要影响。气旋系统则会引发大规模的气压变化和风向风速的变化,从而影响到天气的形成。
二、天气要素的观测
天气要素的观测是天气预报的基本前提。常见的天气要素包括温度、湿度、气压、风速、降水等。这些要素的观测可以通过各类气象观测设备获得,例如气温计、湿度计、气压计、气象雷达等。
三、气象资料的收集和分析 气象资料的收集是天气预报的基础。气象部门通过各类气象观测站点、卫星、雷达等手段获取大量的气象数据,包括温度、湿度、气压、风速、降水等。这些数据随后会进行分析处理,形成气象图表和气象图像。
四、天气模型的建立和模拟
天气模型是天气预报的核心工具之一。基于物理和数学原理,天气模型可以模拟大气中各种物理过程的发展和演变,包括热力学过程、动力学过程、水汽过程等。通过输入实时观测数据,天气模型可以预测未来一段时间内的天气状况。
五、天气预报的输出和传播
天气预报的结果会以文字、图表等形式输出,并通过各类媒体和信息平台传播给用户。用户可以通过电视、手机APP、互联网等渠道获取天气预报信息,并根据预报结果进行相应的安排和决策。
六、天气预报的准确性和局限性