《天气学分析》复习总结

天气图天气图是把同一时刻各地气象台（站）观测记录填写在特种地图上的图，描述了某一瞬间某一区域的天气状况。分类：地面图，高空图（等压面图），辅助图表（剖面，探空……），数值天气预报图地图投影将地球上的经纬线及海岸线在平面上展示出来的方法叫地图投影分类：正形：保持原有形状不变等面积：保持任何地图面积与对应实际面积的比例不变正向：保持方向一致，经纬相交成直角形状和面积的正确不能共存天气图分析要保持形状和方向的正确，即正向、正形常用正形投影法：极射赤面投影法，兰伯特圆锥投影法麦卡托圆柱投影法兰伯特投影：光源为地球中心，投影平面与30°、60°纬圈相割，一般用于中高纬极射赤面投影：光源位于南极，投影平面相交于60°N，一般用作极地天气图麦卡托投影：光源地球中心，投影平面割于南北纬22.5°，一般用于赤道或低纬地面天气图分析地面天气图是填写气象观测项目最多的一种天气图，风温湿压、云高云状、三小时变压等风速杆，长划4m/s，短划2m/s，三角旗20m/s等压线遵循地转风关系，北半球背风而立低压在左高压在右根据地转风原则：风速大等压线密集；根据梯度风原则：小则稀疏，低压密集高压稀疏亚洲东亚中国等压线每隔2.5hpa，北半球亚欧5hpa等压线中心红低蓝高，符号下写数值高空图分析某一等压面所在位势高度值相等各点连线绘出等高线，从而分析等压面850hpa，1500gpm；700hpa，3000gpm；500hpa，5500gpm等压面图的分析等高线每隔40gpm，有整百数值等温线，高位势区对应暖区，低位势区对应冷区；冷槽暖脊；每隔4℃500hPa高空图上分析槽线850hPa或以下图上分析切变线700hPa图上可以是槽线也可以是切变线温度平流和湿度平流温度平流：由于冷暖空气的水平运动引起的某些地区增暖和变冷的现象温度场落后高度场，槽前脊后冷平流，槽后脊前暖平流温度平流的强弱：等高线的疏密程度，越密风速越大，强度越强等温线的疏密程度：越密温度梯度越大，强度越强等高线和等温线的交角大小：越接近90度，强度越强温度高，空气密度小，温度下降慢，气压降低也慢温压配置深厚对称的冷低压和暖高压，越到高空越强，从地面到500hpa以上的等压面性质都不改变，东北冷涡冷低压，西太副高暖高压浅薄对称的暖低压和冷高压，在地面明显，500hpa以上后消失或变为相反系统，西北高原暖低压，南下寒潮冷高压温压场不对称的系统，冷暖中心与高低压中心不重合，由于温压场不对称，气压系统中心轴线倾斜，中纬地区多不对称锋面分析锋面——冷暖气团交界面锋区内气象要素的梯度很大，风温湿压密度地面天气图判断气压场：锋面位于气压槽中，等压线通过锋面成气旋式弯曲，折角指向高压风场：冷锋后等压线密集，大风明显，锋面附近有较大的风向和风速切变，水平和垂直都有，变压场：冷锋后有三小时正变压，暖锋相反，静止锋气压变化小云和降水：锋面有较强的斜压性，诱发垂直环流，锋面天气恶劣；层结稳定和水汽含量多的暖空气沿锋面爬升时，则形成层状云和连续性降水。若暖空气水汽含量大和层结不稳定则可形成对流性云和阵性降水。探空资料判别温度场：锋区内水平温度梯度大，地面图温差大，等压面图等温线密集冷暖平流：高空锋前暖平流，锋后暖平流位温场：垂直剖面等θ线在锋层最为密集，与锋层上下界几乎平行锋面逆温：封层内垂直温度梯度很小，有微弱降温、等温或逆温垂直切变：锋区水平温度梯度大，热成风很大则垂直风切变很大冷锋风向随高度逆时针转，对应冷平流；暖锋风向随高度顺时针转，对应暖平流单站高空风图相邻两点连线为热成风，逆转冷锋，顺转暖锋热成风和平均等温线平行，热成风方向大致代表锋线走向背对热成风，左冷右暖，上冷下暖则为不稳定流线分析箭头表示气流方向如何改进数值模拟集合预测更可靠的观察发明更快的计算机创建高级物理模型和参数化什么是集合预报？为什么我们要做集合预报？集合预报是由一组数值预报组成的预测或技术。其基本思想是利用随机性来解决原则上可能具有确定性的问题。数值天气预报对初始条件非常敏感，在初始条件下，确定性非线性系统的一个状态的微小变化可能导致后期状态的巨大差异。因此，只使用一个预报可能具有挑战性和危险性。一组预报的目的是给出未来大气可能状态的范围。如何制作集合预报的成员？1、初始条件不确定性：扰动初始条件2、模型不确定性：扰动物理方案；扰动参数方案暴雨的发展需要什么样的大气条件？丰富的水汽；强大气不稳定性；强上升运动暴雨特点突发性，局地性，致灾性暴雨预报着眼点200hpa高空辐散：高空槽槽前气流辐散；高空急流入口区右前方负涡度区且风速辐散；500hpa：副高西侧偏南气流输送水汽，中心是经向环流下沉分支，北缘存在上升气流，暴雨易发生在副高的西北部或西侧边缘；西风槽活动；南支槽活动850hpa：低空急流，急流左侧一般有气旋性活动，可动力抬升；切变线，表示有低层辐合抬升和水汽集聚，暴雨在切变线南部；辐合渐近线，输送水汽；低涡局地温度高，热力抬升条件；北方干冷空气南下，动力抬升；温度与露点层结曲线贴近，潮湿，空气饱和雷暴带雷电的风暴，通常伴随暴雨或冰雹形成条件：水汽充足；有抬升作用；大气条件不稳定能形成积雨云干绝热递减率10K/km；湿绝热递减率6K/km；差距是由于水汽凝结或蒸发时的潜热绝对稳定，环境递减率低于湿绝热递减率；绝对不稳定，环境递减率高于干绝热递减率；条件不稳定，环境递减率介于干、湿绝热递减率绝对稳定形成层云，绝对不稳定形成对流云，条件不稳定先形成层云，然后发展对流云雷暴生命史发展阶段：积云被上升气流向上推动。随着上升气流的继续发展，积云很快看起来像一座塔。在此阶段，小雨滴可能开始形成并试图落下，但上升气流中的气流可以将雨滴推到云中更高的位置，而不是让它们落下。成熟阶段：最大降水和（有时）冰雹从风暴中落下。上升气流和下降气流共存。当下沉气流落地时，它开始向四面八方扩散。当这种情况发生时，就会形成阵风锋。只要上升气流能持续供给雷暴温暖潮湿的空气，它就会继续增长和加剧。消亡阶段：在消散过程中，上升气流很弱或不存在，下降气流是雷暴中的主要气流。雷暴慢慢地消失了，只留下一片云作为它存在的证据。超级单体的结构超级单体是一种长寿命（超过1小时）且高度有组织的风暴，由倾斜旋转的上升气流（上升气流）提供能量。雨在风暴前部落下，在上升气流之外，防止风暴本身坍塌。这就是为什么超级细胞的生命周期比正常的雷暴要长的原因超级单体的旋转上升气流称为中气旋。中气旋通过云墙的存在可见。云墙是龙卷风最常见的地方。龙卷风是这个大旋转的一个很小的延伸。大多数大而猛烈的龙卷风来自超级单体。探空图位温：咽干绝热线降到1000hpa对应温度混合比：露点层结曲线在1000hpa对应的混合比饱和混合比：环境温度层结曲线在1000hpa对应的混合比LCL抬升凝结高度：1000hpa，温度沿干绝热线，露点温度沿混合比线的交点高度CCL对流凝结高度：1000hpa露点温度沿混合比线与温度层结的交点高度凝结温度：CCL沿干绝热线下降与1000hpa交点温度LFC自由对流高度：LCL后沿湿绝热线上升与温度层结交点高度EL平衡高度：LFC继续沿湿绝热线与温度层结的交点热带气旋结构风眼：被眼墙包围的风暴中相对平静的中心。风很轻，天空部分多云，甚至是晴朗的（天空通常没有雨），雷达将其描述为眼壁内的无回声区域。眼墙：一个有组织的积云或高雷暴带，立即包围风暴的中心（眼）。最猛烈的风和最强烈的降雨通常发生在眼墙附近。眼墙和眼墙结构的变化会引起风速的变化，风速是风暴强度的一个指标。眼睛可以增大或缩小，并且可以形成两个（同心的）眼壁。雨带：云和雷暴的弯曲带，以螺旋的方式从眼壁延伸出来。这些带能够产生强烈的雨和风爆发，以及龙卷风。有时螺旋状雨带之间会有间隙，在那里没有雨或风。形成条件热力：高海温，大于26.5℃，提供充足的水汽和热量给强对流发生；条件不稳定大气层结；中低对流层水汽充足动力：弱垂直风切变，对流发展；适当的科氏力，造成扰动；低层辐合高层辐散触发机制：ITCZ；东风波；TUTT生命史形成阶段•TC作为低压系统启动，具有气旋风循环。•中心表面压力降至约1000MB。•风速低于34节。•云和降雨属于无组织风暴类型。•气旋发生是指气旋形成和增强的过程。发展阶段中央表面压力进一步下降（低于1000MB）。•风速增加到大约飓风力。•云和降雨更具组织性，并呈螺旋形向内移动。•风眼开始出现。成熟阶段•强度达到最大。•中心表面压力保持较低但稳定。•风速达到飓风力或以上。•云和螺旋雨带组织良好。•风眼明显且清晰消亡阶段原因：暖核结构被破坏；水汽不足；低层辐合大于高层辐散风眼填充；着陆；强风切变；海温过低强度影响因子海洋上层温度：更多的热量有利于更强的风暴与土地/地形的相互作用：与陆地作用削弱强度对流层上部辐散：更强的辐散有利于更强的风暴垂直风切变：强风切变限制发展暴雨环境中的水分：干燥空气会限制强化结构变化：眼壁置换周期尺度影响因子天气流场：季风和副高脊线导致小规模；垂直风切变：弱，强度大尺寸小，；环境湿度和对流加热：温湿不足，发展不大；初始尺度：水平风力和内核小；行星涡度；外层风：外层风大有利于发展；强度：弱相关，但变强有利于变大；海温：提供能量移动影响因子环境流场引导转向作用；β效应：北半球西北ENSO影响在北太平洋西部：厄尔尼诺年有热带气旋更强、寿命更长的倾向。更多的热带气旋从东形成，并在厄尔尼诺年内复发。在北大西洋上空：拉尼娜年有热带气旋更强、寿命更长的倾向。拉尼娜年形成更多的热带气旋。天气图分析示例从27日地面天气图来看，西北地区有一闭合高压系统，蒙古地区有一闭合的低压系统，由于高压低压存在，气压梯度力大，锋从高压流向低压时形成冷锋，冷锋后有大面积降水，这可能是由于高空暖湿气团向西倾斜爬升，使得降水在锋后形成，又因为冷锋冷区等压线密集，形成大风区与扬尘，锋后对西北气流，锋前西南气流。此外海参崴处有一小的闭合低压系统东移入海，带来小面积降水，长江中下游地区也有小的低压系统，其东南侧存在负变压。28日地面图可以看出地面系统的发展，西北地区高压系统与蒙古地区低压系统东移，有利于冷空气输送，使冷锋前进，高压后有新的高压系统发展，极涡向南延伸，冷锋向东南侧前进，降水带东移，长度加长形成一西南---东北走向雨带，低压系统北侧出现长度较短的暖锋，原先亚洲东岸低压系统东移入海，长江地区低压系统向东南侧发展，给华南地区带来大雾。850hPa上高压与低压系统仍然存在，位置相较于地面图略向西北倾斜，温度场落后于高度场，有利于天气系统发展，槽后冷平流，槽前暖平流，长江中下游地区闭合低压系统仍然存在，西藏地区有一高压系统存在。500hPa天气图上，两槽一脊形式明显，冷槽暖脊，槽线向西倾斜，地面上主要的高压与低压系统消失无闭合等高线，温度场仍落后于高度场，槽后冷平流，槽前暖平流，促进槽脊发展，副高588线在退至海南以南，西北侧以西北风为主。