天气学原理

1、什么是零级近似和一级近似？写出零级近似和一级近似的运动方程？答：零级：只保留方程中数量级最大的各项，其他各项都忽略不计。方程:fvxp10fuyp10gzp10一级：除保留方程中数量级最大的各项外，还保留比最大项小一个量级的各项，而将最小项略去不计。方程：fvxpdtdu1fuypdtdv1gzp102.什么是地转风？梯度风？热成风？地转偏差风？写出表达式（p53）答：地转风：地转偏向力和气压梯度力平衡时的空气水平运动。梯度风：在没有或不考虑摩擦力时，气压梯度力、地转偏向力和惯性力心力三力平衡时的风。热成风：地转风随高度的改变量称为热成风。地转偏差风：实际风与地转风之差称为地转偏差风。地转风：xpfvypfu11梯度风：fTffVnpRV102热成风：1021lnppTgRzz地转偏差风：gVVD3.在北半球大尺度系统运动中，做逆（顺）时针旋转，为什么对应是低（高）压中心？答：顺时针旋转对应高压中心，逆时针旋转对应低压中心。证明：风顺时针旋转，水平地转偏向力指向速度的右侧，惯性离心力也指向速度的左侧，惯性离心力为小量，为使三力平衡，水平气压梯度力必定指向速度的左侧，因为水平气压梯度力有高压指向低压，所以中心气压最高，为高压；风逆时针旋转，水平地转偏向力指向速度的右侧，惯性离心力也指向速度的右侧，为使三力平衡，水平气压梯度力必定指向速度的左侧，因为水平气压梯度力有高压指向低压，所以中心气压最低，为低压。4.什么是气团？如何分类的？（p62）什么是锋？如何分类？（p67）锋面坡度主要取决于什么因素？气团：气象要素分布比较均匀的大范围的空气团。(1)地理分类：冰洋气团、极地气团、热带气团、赤道气团；(2)热力分类：冷气团和暖气团；锋：气团角度考虑，指密度不同的两个气团之间的过渡区。在天气图上表现为等温线密集区。(1)根据锋在移动过程中冷、暖气团所占主次地位，可分为：冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚锋；(2)根据锋的伸展高度可分为：对流层锋、地面锋和高空锋；(3)根据锋面两侧的气团的地理类型分为：冰洋锋、极锋和副热带锋。锋面坡度主要取决的因素：（p66）(1)随纬度的增高而增大；(2)锋面两侧温差愈大坡度愈小；(3)锋面两侧平行于它的地转风分速应具有气旋性切变；(4)锋面两侧平均温度俞高坡度愈大5.等压面上锋区附近的温度场分布有什么特点？地面图上，锋面附近要素场如何分布？答：1、水平温度场特征①地面图：锋附近温度水平梯度大，平均约5-6℃/100公里②高空图：高空锋区为等温线的密集带，该密集带向冷区倾斜，与地面锋线平行。锢囚锋在高空图上有暖舌，暖舌两侧等温线密集。应用：根据高空图锋区内等温线密集度确定锋区强度、地面锋线位置，等压面上冷暖平流确定锋的类型2、垂直方向：锋区内温度垂直梯度小，逆温、等温或递减率小，两侧气团内温度随高度递减，冷暖气团温差越大，锋面逆温越强或过渡区越窄，通过锋区时等温线弯折越厉害3、锋附近的位温特征：位温随高度增大的快，锋区水平等位温线密集气象要素分布特征：温度场：a)锋区内水平温度梯度远比锋区外大，在等压面图上等温线相对密集。等温线密集带随高度向冷空气一侧倾斜。b)锢囚锋在高空图上有暖舌，暖舌两侧等温线密集。c)锋区内有冷平流则为冷锋，有暖平流则为暖锋,无冷暖平流或平流弱，且锋区移动很少，则为准静止锋。d)锋区内温度垂直梯度特别小，温度随高度变化可出现逆温、等温或递减率小三种情况。e)锋区内等位温线较密集且与锋区平行，等位温面同锋面一致随高度向冷空气倾斜。1）以密度的零级不连续模拟锋面时，气压场、风场、变压场特征：气压场：锋线附近气压连续，气压梯度不连续，等压线通过锋面时呈气旋式弯折，且折角指向高压；锋线一般位于地面气压槽中。风场：a)由于地面锋位于气压槽中，由地转风原理，锋线附近风场有气旋式切变，地面摩擦使风与等压线成一交角，吹向低值区，一般在锋面附近形成辐合区。b)锋面附近风场气旋式切变包括风速切变和风向切变。c)地面冷锋之后的测站，自低层至高空，通过锋区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区，风向作顺时针旋转，对应有暖平流。d)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。e)在地面锋的上空，可出现大风速区，甚至可以出现急流变压场：冷锋后有三小时正变压，暖锋前有三小时负变压，锢囚锋前多为三小时负变压，锢囚锋后多为三小时正变压。2）以密度一级不连续模拟锋面时，气压场、风场、变压场特征：气压场：锋区内等压线气旋式曲率比锋区外大得多或反气旋式曲率比锋区外小得多风场：锋区内风场气旋式切变比锋区外大得多或反气旋式切变比锋区外小得多。变压场特征：变压梯度不连续，变压风也不连续；地面锋区中，等变压线密集，锋区外，等变压线稀疏，变压值比较小。湿度场：综合锋区内温度场、气压场、风场和变压场特征来看湿度场。一般暖空气湿度大，露点高，冷空气湿度小露点低，当无降水发生时，锋面附近露点温度差异可比温度差异显著。6.什么是气旋/反气旋？其流场特征在南北半球有何不同？答：气旋是占有三度空间，在同一高度上中心气压低于四周的大尺度涡旋。反气旋是占有三度空间，在同一高度上中心气压高于四周的大尺度涡旋。特征：在北半球，气旋范围内气流作逆时针旋转，南半球相反。在北半球，反气旋范围内气流作顺时针旋转，南半球相反。7.什么是正压大气和斜压大气？答：密度的空间分布只依赖于气压，即＝（p），这种大气状态称为正压大气。密度的空间分布不仅依赖于气压而且依赖于温度，即＝（p,T），系统轴心随高度倾斜，等密度线和等压线有交角这种大气状态称作斜压大气。8.解释ω方程、位势倾向方程中各项的物理意义。(p121)(p118)答：ω方程：dtdQPCRpVfVpfpfpggg222222式中右端第一项ggfVpf为涡度平流随高度变化项。式中右端第二项pVg2是厚度平流（温度平流）的拉普拉斯。式中右端第三项dtdQpcRp2为非绝热加热的拉普拉斯。位势倾向方程：dtdQppcRfpVpfffVtpfpggg222222式中右端第一项与地转风绝对涡度平流gfV成正比，可分为gggggVfVfV这两部分分别表示地转涡度和相对涡度的地转风平流。式中右端第二项pVpfg2是厚度平流（温度平流）随高度变化项。式中右端第三项dtdQppcRfp2是非绝热加热随高度变化项。9.温带气旋的经典模型？（给出示意图，并简单说明）（p122）答：波动阶段：在气旋发生前，高纬为东风，低纬为西风。高纬冷，低纬暖，中间还有一条锋面（虚线）。开始出现波动时，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，比周围气压低2～3hpa左右，有时有一根闭合等压线。低压沿暖气流方向移动，24h可移动十几个经距。成熟阶段：波动振幅增加，冷暖锋进一步发展，锋面降水继续增强，雨区扩大。地面图上闭合等压线增多，中心气压可比外围低10～20hpa左右，低压一般仍沿着暖区气流方向移动，速度比波动阶段略减，24h约移动10个经距。锢囚阶段：锢囚开始时，冷暖锋相遇，使锋面抬升增强，降水强度及范围均增大。由于冷暖锋相互叠加，气旋涡旋在低层成为冷涡，而不像波动阶段，冷暖空气各占一部分。同时暖空气被抬离地面气旋上空仍为冷暖空气交汇处。随着锢囚的加深，冷涡旋的厚度也愈来愈大。这时地面图的低压中心气压较四周低20hpa以上。移速大大减慢。消亡阶段：气旋逐渐与锋面脱离，成为冷涡旋，受地面摩擦作用慢慢填塞消亡。10.温带气旋发展分哪几个阶段？其温压场特征是什么？（p123）答：温带气旋的发展分为：波动阶段、成熟阶段、锢囚阶段和消亡阶段。温压场特征：波动阶段：温度场落后于高度场。气旋位于高空槽前，温度平流零线穿过气旋中心，气旋前部为暖平流，后部为冷平流。所以热力因子使地面气旋前部减压，后部加压，从等高线看，槽前为正涡度平流区，涡度因子使地面气旋中心减压。成熟阶段：温度槽仍落后于高度槽，不过两者比前一阶段有所接近。地面气旋的前部仍为暖平流，后部为冷平流。随着地面气旋的发展，气旋上空的温度因上升运动而逐渐降低。锢囚阶段：高空槽进一步发展，出现闭合中心，高空冷中心与高度场的低中心更加接近。冷平流侵入气旋的南部。等高线与等温线的夹角已减小，温度平流变小，热力因子造成的气压变化也减小。消亡阶段：高空温压场已近于重合，成为一个深厚的冷低压。11.我国境内有哪些气旋？活动范围，相应的天气？（p137）答：南方气旋（25º-35ºN）：活动于江淮流域、东海和日本南部海面的广大地区，包括江淮气旋和东海气旋。江淮气旋和东海气旋会带来大风、雷雨和暴雨天气的出现。北方气旋（45º-55ºN），活动于黄河以北、贝加尔湖以南的广大地区，包括蒙古气旋、东北气旋、黄河气旋、黄海气旋。蒙古气旋常伴有冷空气的侵袭，带来降温、风沙、吹雪和霜冻等天气。黄河气旋在夏季可带来大风和暴雨，其他季节只有零星降水，主要是大风。东海气旋会带来大风、雷雨和暴雨天气。12.东亚气旋的发展中，为什么爆发性气旋主要形成在海上且多形成在日本以东的西北太平洋上，又以冬春季为最多？（p143）答：这与爆发性气旋生成的背景有关,。绝大多数的东亚爆发性气旋形成于高空西风急流出口区的左侧，少数形成于入口区的右侧。出口区的右侧和入口区的左侧没有爆发性气旋形成。东亚海岸附近海域和西北太平洋上的爆发性气旋都是如此。13.什么是大气环流？控制大气环流的基本因子有哪些？（p146）（p152）答：指全球范围的大尺度大气运行的基本状况。控制大气环流的主要因子是太阳辐射、地球自传、地球表面不均匀和地面摩擦。这些外因都要通过大气本身的特征而起作用。14.什么是纬圈环流和经圈环流？三圈环流是怎样建立的？（p175）（p154）答：西风带的波状流行有时表现为大致和维圈相平行，这种环流状态称为维向环流。西风带的波状流行有时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。哈得来环流：暖空气由赤道附近上升到高空形成极地辐散的气流，在它们分别向极地运动的过程中，由于偏向力作用逐渐转为偏西风，在高空就产生气流辐合，同时也产生辐射冷却。在辐合、辐射冷却的作用下，空气产生下沉运动，下沉的空气中，一部分在低空又返回到热带辐合带中去。极地环流圈：极地由于能量亏损，温度低，密度大，从而使气压随高度递减率大，高空有较低纬度指向极地的气压梯度，而低层有极地指向较低纬度的气压梯度。低层空气向较低纬度运动，在科氏力作用下右偏成为东北风，高层南风在柯氏力作用下右偏成为西南风，构成极地环流圈。费雷尔环流：低层哈得来环流中在30ºN下沉辐散的气流中，向北流动的气流，与极地环流圈中上升支汇合，在高空辐散，其中有一支向南运动。这样在哈得来环流圈和极地环流圈之间存在一个与直接环流圈相反的环流，为间接环流圈，也称费雷尔环流圈。15.什么是大气活动中心？东亚冬、夏季有哪些？（p150）答：支配大气运动的大型高、低气压系统的活动，对广大地区的天气和气候都有重大影响称为大气活动中心。东亚冬夏季节有：阿留申低压、太平洋副热带高压、蒙古高压和西伯利亚高压。16.什么是沃克环流？南方涛动？厄尔尼诺现象？（p174）答：赤道太平洋海表温度在纬向方向上的差异导致沿纬圈铅直平面上产生一铅直环流，环流上升支在西太平洋暖水区，下沉支在东赤道太平洋的相对冷水区。这一热力直接环流称作“沃克环流”。南方涛动：热带东太平洋地区和热带印度洋地区气压场反向变化的跷跷板现象。厄尔尼诺：当赤道东太平洋海表温度持续出