天气学原理问答题汇编5

另一方面，地面的辐合气流（按涡度方程）必有正涡度生成，以适应该处地面降压所需要的流场。通过上述分析可以看出：主要是高空槽前的正涡度平流促使了地面气旋的发展。也可以说，是上下层涡度平流的差异（地面低压中心涡度平流很弱）促使了地面气旋的发展。我们称它为气压变化的涡度因子。从此过程中，还可以看出：气旋发展必然伴有上升运动。在水汽条件适宜情况下，也必伴有云雨天气。也可以看出：上升运动在高层辐散和低层辐合，使流场和气压场趋向于新的地转平衡过程中，有着不可缺少的作用。这是大气中存在着的非常重要的物理过程特点：

同样的道理，在高空槽后脊前区，为负涡度平流区，有着与槽前脊后区完全相反的物理过程。那个地区存在下沉气流，地面高压加强。

问题：请讨论如图3.12所示的温度场位相落后于气压场情况下，温度平流因子对高低系统发展的物理过程。

现在来看看温度平流（我们也称它为热力因子）对高低空气压场变化和流场变化的作用。我们也来看图3.12中高空槽线上冷平流对槽线发展的作用。冷平流使气柱温度降低，按静力学原理，等压面之间的厚度必减小，如果地面气压场不变化，则高层等压面必下降，高空槽加深。这时气压场与流场不适应，在变化的气压梯度力的作用下，高层产生辐合气流。这个辐合气流：一方面按涡度方程规律产生正涡度流场，以与高层下降的等压面产生地转适应；另一方面使气柱质量增加，地面加压，这样也使地面气压场与流场也不适应了，在加压场的作用下，近地面层产生辐散气流。这个辐散气流：一方面按涡度方程规律产生负涡度流场，以与地面的加压场产生地转适应；另一方面使气柱质量因辐散流出，使地面加压程度得以减弱。在高层辐合，低层辐散区，按质量守恒原理，必有下沉运动。而下沉运动又会绝热增温，部分抵消了冷平流的作用。使高层减压不致太快，使上述的整个变化过程在缓慢中进行，在近似地转平衡状态下进行。

由此可得结论：冷平流使高层降压，低槽加深；使地面加压，同时必伴有下沉运动。同理可得结论：暖平流使高层加压，高压脊加强；使地面降压，同时必伴有上升运动。而且，整个变化过程都在近似地转平衡状态下缓慢中进行，这为我们对大尺度天气预报提供了有利的时间条件。

再注意一下：在地面的低压中心或高压中心上空温度平流接近于零，所以温度平流对地面的气压中心的发展不起直接作用。温度平流只对高空的槽脊发展起直接作用。然而，高空的槽脊发展会使高空的涡度平流因子加强，从而也影响了地面的气压中心的发展。所以，温度平流因子对地面的系统发展是通过间接方式表现出来。我们说：大气的斜压结构对天气系统的发生、发展有很重要作用，就是这个道理。

㈡温带气旋的发展

问题：请讨论如图3.13所示的气旋发展阶段的温压场结构特征及其影响？

⒈波动阶段

图3.13（a）是该阶段的高空温压场，图3.13（b）是与其对应的地面图。这时高空锋区也呈现波动特征，温度场落后于高度场，地面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向前移动。从高空等高线看，槽前为正涡度平流区，它使地面气旋中心降压。这两种因子联合作用的结果，使地面气旋一面向前移动，一面加深发展。高空槽也因冷平流而加深，并因涡度平刘作用而向前移动。此时地面摩擦影响很小。⒉成熟阶段

在此阶段（图3.13（c））。高空槽已加深且已出现闭合中心，但温度槽仍然落后于高度槽，不过两者比前一阶段有所接近。地面气旋(图3.13（d）)前部仍为暖平流，后部仍为冷平流。同时，气旋仍在高空槽的前方，故气旋仍然继续发展并向前移动。此阶段高空槽仍有冷平流而继续发展，地面摩擦影响增大，但还不占主导地位。

⒊锢囚阶段

在此阶段（图3.13（e）），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。地面气旋（图3.13(f)）发展到最强阶段，开始锢囚。冷平流侵入气旋的南部。因高空出现闭合中心，涡度平流减弱，因而地面气旋中心降压也减弱。此时等高线与等温线的夹角已减小，温度平流变小热力因子做成的气压变化也减小。此时地面气旋已发展到最深阶段而开始减弱，移动缓慢，气旋低层已经基本上为冷空气所控制，地面摩擦影响已相对地增大成为主要因子。

⒋消亡阶段

此阶段，高空温压场（图 3.13（g））已近于重合，成为一个深厚的冷低压。地面气旋也变成一冷低压（图3.13（h）），锋面已移到气旋的外围，造成气压变化的涡度因子和热力因子都迅速减弱，由摩擦辐合使气旋填塞而消亡。

整个过程中，如有降水发生，由于水汽潜热的加热作用，气旋将加速发展，降水愈强，气旋发展也愈快而强烈。

三、温带反气旋的发展（略）

四、气旋再生与气旋族

㈠气旋再生

问题：何谓气旋再生？何谓气旋族？

在趋于消亡或已消亡的气旋，。在一定的条件下又重新发展起来的过程，称为气旋的再生。在东亚地区，气旋再生一般有三种情况。

⒈副冷锋加入后再生，如图3.15所示。

⒉气旋入海后加强。

⒊两个锢囚气旋合并加强，如图3.16所示。

㈡气旋族

在同一条锋系上出现的气旋序列，称为气旋族。如图3.17所示。

1.气旋与反气旋天气特征

问题：说明锋面气旋天气的一般特征？

㈠锋面气旋天气特征

天气特征随锋面气旋发展阶段、季节和地区的不同而有差异。但一般讲：在锋面气旋波动阶段，坏天气（云雨）区域不大；在锋面气旋发展阶段，坏天气区域迅速扩大，风速普遍增大如图3.18所示；在锋面气旋锢囚阶段，坏天气区域较对称地分布在锢囚锋两侧，坏天气强度达最强；在锋面气旋进入消亡阶段，云雨也随之减弱消失。

问题：说明锋面气旋卫星云图的一般特征？

㈡锋面气旋的卫星云图特征

在气旋形成过程中，其云系变化在卫星云图上较为清楚。当高空槽前与之伴随的逗点云系A（图3.19（a））逼近锋面云带E、G时，这时锋面云带变宽，最宽处G也常是地面最大降压中心所在处。云区北界向冷空气一侧凸起，表现出冷锋和暖锋的结构和地面气旋生成的地区。这是锋面气旋初生阶段的云系特征。

图3.19（b）为波动阶段的云系特征，云系还没有出现涡旋状结构。

图3.19（c）为青年气旋锋面云带特征。云区向冷空气一侧凸起更加明显，有一条条向四周辐散的卷云线，表现出对流层上部有辐散气流，同时在气旋中、高云区的后部边界表现有凹向低压中心的曲率。

图3.19（d）为锢囚阶段的云系特征。云系出现螺旋状，并逐渐旋向气旋中心。图3.19（e）为气旋发展到消亡阶段时特征。原螺旋云系断裂成零散分布的小块云区。

问题：说明反气旋天气的一般特征？

㈢反气旋的天气特征

反气旋的中下层，因有明显的下沉运动，一般说来，常是晴朗天气。但当低层夜间有辐射逆温或同时有下沉逆温存在时，在逆温层下面会出现辐射雾、层云、层积云和毛毛雨天气。在逆温层以上能见度很好，碧空无云。

一、热低压

问题：何谓热低压？

它是浅薄而不大移动的暖性气压系统，通常只出现在地面层，一般到三四公里的高度就不明显了。按其形成过程，可分为以下两种：㈠地方性热低压；㈡锋前热低压。

㈠地方性热低压

问题：何谓地方性热低压？

地方性热低压是由于近地面层空气受热不均匀而形成。一般出现在暖季大陆上。由于地形和地表的热力性质的不同，太阳的强烈照射后地面增温不均增温快的地区，气温高于四周，体积膨胀，于是该地区上空的等压面向上凸起（图3.20（a）），产生向外的气压梯度力空气向四周辐散，使该地上空气柱的质量减少，因而地面气压下降形成了热低压（图3.20（b））。这种热低压的强度有着明显的日变化，午后最强，夜间和早晨较弱。

问题：何谓锋前热低压？

㈡锋前热低压

这种热低压出现在冷锋前晴空的暖区里。其成因除局地受热不均外，还受冷锋前的暖区上空的暖平流的作用，使地面降压而形成的热低压。

热低压在夏季出现最多，冬季最少。在我国出现在西北地区最多，如塔里木盆地和柴达木盆地等。

热低压的天气，一般是晴热的干燥天气。热低压发展较强时，常造成大风和沙尘暴天气。

§3.5 东亚气旋与反气旋

一、东亚气旋的源地、路径和移动

问题：请简述东亚气旋的源地、路径和移动？

㈠源地

主要发生在两个地区（见图3.22）。南面的一个位于北纬25°～35°之间，即我国的江淮流域、东海和日本南部海面的广大地区，习惯上，常称其为南方气旋（江淮气旋、东海气旋）。另一个位于北面45°～55°之间，以黑龙江、吉林与内蒙的交界地区产生最多，习惯上，常称其为北方气旋（蒙古气旋、东北气旋）。

㈡移动路径和移速

如图3.23所示。一般是沿着其上空500或700百帕气流的方向移动。平均移速为30～40公里/小时。

第二章大气环流

问题：何谓大气环流？

一般说，大气环流是指全球范围的大尺度大气运行的基本状况。

§4.1大气平均流场特征与季节转换

一、平均纬向风分量的经向分布

问题：平均纬向风分量的

经向分布主要特征是什么？

主要特征如图4.1所示是：在中高纬

度的对流层中冬、夏季均为西风，冬强

夏弱。在低纬度对流层中冬、夏季基本

上都是东风区，东风夏强冬弱。

二、平均经向风分量的经向分布

问题：平均经向风分量的经向分布主要特征是什么？

主要特征如图4.2和图4.3所示是：平均经向风速最大只有3.5米/秒，比

平均纬向风速小得多。北半球冬季经向环流较强。

三、平均的水平环流

问题：对流层中部平均的水平环流主要特征是什么？

㈠对流层中部

冬季特征：对流层中部(500hPa)极地低压(极涡)(两中心)。西风带有三个大尺度平均槽脊。槽的位臵分别在：1亚洲东岸；2北美东部；3欧洲东部。脊的位臵分别在：1阿拉斯加；2西欧沿岸；3青藏高原。

夏季特征：对流层中部(500hPa)极地低压(极涡)(一中心)。西风带偏北,平均槽脊,中高纬有四个较弱的槽。槽的位臵分别在：1亚洲东岸；2北美东部；3欧洲东部；4青藏高原。其间脊的位臵不清楚。

问题：对流层底部平均的水平环流主要特征是什么？

㈡对流层底部（海平面气压场）

冬季特征：存在两个强大的低压。分别为：1冰岛低压；2阿留申低压。它们也被称为半永久性大气活动中心。此外存在三个冷高压。其中最强的冷高压中心位于蒙古人民共和国；另外两个中心分别位于北美大陆和格陵兰大陆。

夏季特征：亚洲大陆为一个大低压。冰岛低压和阿留申低压都大大地减弱。此外有三个高压。分别为：1太平洋副热带高压(夏威夷高压)；2大西洋副热带高压(亚速尔高压)；3格林兰高压。

问题：引起大范围气压场的季节变化的原因是什么？

引起大范围气压场的季节变化的原因是：由于季节不同，太阳辐射强度分布不同，海陆的热力性质也不同而引起的

问题：何谓季风？

由大范围气压场的季节变化，引起的大规模风系的季节转换称为季风。印度、

印度支那半岛和我国是世界上最为显著的季风气候区。

四、大气环流的季节转换

问题：大气环流的季节转换有何特点？

由图4.8可见槽脊位臵、强度季节转换特点是：冬夏季稳定渐变，6月、10月短暂突变。亚洲、东亚、高原最早、最显著。

由图4.9可见6月、10月东亚西风两支急流与一支急流出现短暂突变。

§4.2 控制大气环流的基本因子与大气环流的基本模型

问题：控制大气环流基本因子是那些？

一、太阳辐射作用

大气环流的直接能源来自下垫的加热、水汽相变的潜热加热和大气对太阳短波辐射的少量吸收。然而其最终的能源还是来自太阳辐射，赤道和极地接受太阳辐射的差异及年变化支配着大气环流及其年变化。大气可视为一部热机，对大气加热的不均匀性，使大气获得了动能。

二、地球自转

第一章已讲过，地球自转对大尺度运动的作用很重要。

三、地球表面的不均匀性（海陆和地形）和地面摩擦

海水热容量较大,冬暖夏冷，海陆对大气产生加热不均匀性，形成了不同的高低压系统，并使大气获得动能。地形可迫使气流绕行、分支和爬坡等作用。地面的摩擦作用，消耗了大气的动能，使大气保持了某种动能平衡关系。

大气环流的基本模型：罗斯贝三圈经向环流模式（图4.12（a））

问题：请说明副热带高压如何形成？

问题：请分别说明极锋锋区与副热带锋区如何形成？

问题：请解释罗斯贝三圈经向环流模式（图4.12（a））的形成。

其形成过程是：在赤道附近低层存在东北信风与东南信风汇合的地带称为赤道辐合带，暖空气在辐合带中上升到对流层上部向南北极地方向流动，由于地转偏向力的作用，到达副热带上空形成质量堆积，从而形成了副热带高压，并产生下沉气流，这支下沉气流到达低空时，分为向北、向南两支气流，一支向南流动到达赤道辐合带，形成了哈特来环流圈；另一支向北流动到达中高纬度，与极地下沉向南流动的冷空气，在中高纬度地区汇合形成

极锋锋区，并沿极锋上升到对流层

上部时，再分成两支向北、向南气

流，其中向南的气流到达副热带地

区下沉，形成了费雷尔环流圈，并

在对流层上部形成副热带锋区；另

一支向北气流到达极地上空下沉形

成了极地环流圈。

第三章天气形势及天气要素的预报

§5.1天气系统及天气形势的天气学预报方法

问题：何谓天气系统和天气形势？

天气系统指的是：如锋面、低压、高压、气旋和反气旋等，因为这些系统与天

气的分布有很大的关系，故称为天气系统。天气形势是指：天气系统的空间分布特征，如气象台每天所分析的天气图上所展现出的高、低压和锋面分布特征。不同的天气形势将有不同的演变规律，也将会引起天气要素（云雨、风、温度等）不同的变化。

问题：为什么说天气系统及天气形势的预报是天气学预报方法的主要着眼点？

实践表明，天气的变化与天气系统（如锋面、低压、高压等）及其空间分布（即天气形势）的变化有密切的关系。天气学认为天气变化是由天气系统变化所引起的。所以，天气系统及天气形势的预报是天气学预报方法的主要着眼点。

问题：天气学预报方法是一种什么性质的预报方法？

它是用天气学基本理论为基础，用天气图为工具，用直观的、定性的并结合经验来做天气预报的一种方法。虽然数值预报方法已取得很大进步，但在很多情况下，天气学方法仍然是十分重要的常用方法。

一、天气系统的外推预报法

问题：何谓外推预报法？

实践证明，天气过程的发展在一定的时间间隔内常具有连续性。因此，我们可以把天气系统过去的演变趋势外延到以后一段时间，以推测其未来的变化。这种方法称为外推预报法，简称外推法。预报各种天气系统的移动及强度变化均可用外推法。

外推法有两种，一种称为等速外推，另一种称为加速外推。

㈠闭合系统的外推预报法

问题：何谓等速外推预报法？

先看等速外推情况。这时假定系统移

速和强度变化是等速的，故只需要根据

当时及过去某一时间的两张图即可以进

行。如图5.1(a)所示用1和2两点特征

，预报未来低压中心移到3点及低压中

心值。

问题：何谓加速外推预报法？

再看加速外推情况。这时假定系统移速和强度变化是等加速的，故需要根据当时及过去某两段时间的三张图进行。如图5.1(b)所示用1、2和3三点特征，预报未来低压中心移到4点及低压中心值。

㈡高空槽脊的外推法

问题：如何用外推法做高空槽脊线移动预报？

设有一近于南北向的槽线向东移动，

如图5.2所示。因为槽线各段移动速度

不同，可在槽线上取几个代表性的点，

如a,b,c三点，分别进行等速外推，

如图5.2(a)所示。或进行加速外推，

如图5.2(b)所示。

㈢应用外推法时应注意的问题

问题：用外推法做预报时应注意那些问题（212页）？

外推法是假定天气系统变化是渐进的，具有连续性，一般情况下还是有效的。但是，当天气系统出现突变时，就不能简单地用外推法了。此外，外推时间不能

过长，所用的图次时间间隔也不能过长，一般讲，总的时间长度不能超过所预报的系统的生命期。

二、天气系统的运动学预报法（变压法）（205页）

问题：何谓天气系统的运动学预报法（变压法）？

利用气压系统过去移动和变化所造成的变压（或变高）的分布特点，再通过运动学公式，来预报气压系统未来的移动和变化的方法称为运动学方法。这种方法实质上也是外推法。其一般结论是：低（高）压系统向负变（正）压方向移动。

三、用天气学方法作形势预报的一般方法

一般可归纳为（书245页）：五流；三变；周；史；地；推。

⒈五流指： 问题：形势预报一般方法中的五流是何含义？

⑴涡度平流。即涡度的水平运动。一般结论是：

槽前脊后有降压作用，它使高空低槽向下游移动，使其下方的地面气压下降，地面气旋加深发展。而槽后脊前有加压作用，它使高空高压脊向下游移动，使其下方的地面气压上升，地面高压加强。

⑵温度平流。即暖（冷）平流使地面降（升）压，使高空升（降）压。 ⑶热成风涡度平流。其本质上与温度平流作用相似，因为热成风是表达温度场特征。由于目前不分析厚度图，因此不用这方法。

⑷引导气流。一般指地面系统的移动受其高空气流的引导，沿着其高空气流方向移动。

⑸平均气流。指气压系统的移动受其周围平均气流的引导，沿着其平均气流方向移动。

⒉三变指：变压、变高和变温（本质上是外推）

⒊ 周。指周围系统相互影响。

⒋史。指： 问题：形势预报一般方法中的“史”是何含义？

⑴相似形势法. 找出历史上与其相似的形势及其演变规律做为预报依据. ⑵模式法。与⑴方法原理一样。即找出历史上与其相似的形势及其演变规律，归纳出某种演变模式（如气旋演变模式）做为预报依据.

⑶统计资料法。从历史资料中找（统计）出气象要素时间滞后的相关关系，作为预报依据。

⑷预报指标法。通常是在预报区的上游某些测站，找出某些要素观测值与本地区天气之间关系，用于作为预报之依据。

⑸定性经验法。即个人的感性经验。

⒌地。即考虑地形和摩擦的影响。

⒍外推法。利用最近过去的24小时或48小时的演变趋势，外延到以后一段时间，作为未来预报的依据。

四、用天气学方法作形势预报的一般程序（245页）

问题：讲解用天气学方法作形势预报的一般程序（245页）？

㈠对历史（最近几天）状况进行调查研究

1）看最近几天，500百帕的2424T ,H ??，和地面图2424T ,P ??的连续演变情况。可以了解最近几天高低空气压场和温度场变化情况。

2）看高空图上最近几天中高纬度大形势的演变情况。这一般指乌拉尔山至鄂霍次克海广大范围内的西风带中大槽、大脊的移动、发展情况，以及低纬度的副热带高压的演变情况。大形势的演变对中小系统的演变有着引导作用。

3）根据经验，大致确定未来可能影响本地的天气系统（简称影响系统），形势预报要以影响系统演变为中心来考虑。

㈡根据历史和现状作出未来的预报

1）根据外推法预报高空大槽、大脊未来两三天内的变化。

2）根据外推法预报影响系统未来两三天内的变化。

3）利用过去找到的有关模式、指标等，与上述的预报配合使用。

4）根据对影响系统的预报，再根据水汽条件、稳定度条件、锋区条件和地形条件等，作出本地的气象要素预报。

§5.3数值预报产品的释用

问题：数值预报产品的释用是何含义？（253页）

随着数值预报模式不断改进，对于高空形势的预报，数值预报的准确率已达到具有很好的参考价值，有人认为已到达或超过有经验的预报员水平。因此多年以来，很多人在研究如何把数值预报的产品用于作天气要素预报，这就是数值预报产品的释用含义。目前有两种方法：

问题：数值预报产品释用中的“PP ”法是何含义？（253页）

1、称为“PP ”法.这种方法是：首先从历史天气图资料中，用统计学方法，找

出相同时刻天气形势特征因子（0x ）与预报要素量0y （如降水量）之间相关关

系式

)(020x f y = （5.35）

0x 表示0t 时刻的预报要素量,0y 表示也是0t 时刻的预报因子（如某种形势特征）

。 然后用数值预报的形势特征因子t x ，代入（5.35）式

而求得t 时刻预报要素量t y ， )(2t t x f y = （5.36）

PP 法是假定数值预报结果完全正确的情况。事实上，数值预报结果是有误差。因此，用这个方法作预报也会有误差。不过当数值预报模式得到改进，其预报准确率也

会相应得到提高。

问题：数值预报产品释用中的“MOS ”法是何含义？（254页）

2、“MOS ”法.这种方法是：首先从历史的数值预报资料中，用统计学方法，找出

相同时刻数值预报形势特征因子（t x ）与预报要素量t y 之间相关关系式

)(3t t x f y = （5.37）

在应用时，就把数值预报的结果形势特征因子t x ，代入

（5.37）式 而求得t 时刻预报要素量t y 。

PP 法与MOS 法的区别在于前者是根据长期的历史观测资料得到的预报关系式，与数值预报模式无关，这种关系比较稳定，不受数值模式的影响。在应用时，只

要数值预报结果得到提高，PP法的预报准确率也会提高。而MOS法是用数值预报的产品得到的预报关系式，一般讲数值预报产品的历史年限较短，统计得到的预报关系稳定性较差。但是其优点是：它能自动地与局地天气相匹配，并考虑了数值模式的误差。

天气学原理重点复习题

1大气运动遵守那些定律？

2大气运动受到那些力的作用？那些力属于基本力（牛顿力）？那些属于惯性力？

3地心引力与重力的区别？地转偏向力有那些重要特点？

4控制大气运动的基本定律由那些方程组成？

5旋转坐标系中的大气运动方程表达式？及其各项物理意义？

6何谓零级简化？何谓一级简化？

7大尺度系统垂直运动方程的简化结果说明了什么问题？

8大尺度系统的连续方程零级简化后得到什么结论?

9何谓“P”坐标系?

10何谓位势高度及它与几何高度有何区别?

11分析等压面图较分析等高面图有什么优越性？

12何谓地转风? 地转风有什么特征？

13何谓梯度风?

14两个等压面之间的厚度与其间的平均温度有何关系？

15何谓热成风及其数学表达式？

16热成风与温度场有何关系？热成风与冷暖平流有何关系？

17何谓正压大气？何谓斜压大气？

18何谓地转偏差？它的数学表达式？及其作用？

19何谓气团？何谓锋区？何谓锋面？何谓锋线？

20从马古列斯(Margules)锋面坡度公式可得那些结论？

21以密度的零级不连续面模拟锋面时，锋面附近气压场和风场的特征是什么？22如果某地上空存在锋区，则在该地的高空测风记录上有什么特征？

23锋生和锋消中水平运动和垂直运动的作用如何？

24在北半球中高纬度气旋和反气旋内空气旋转特征是什么？气压场特征是什么？气旋和反气旋有那几些种类？

25涡度表示了什么物理量？气象上通常所讨论的涡度是什么特征？

26请说明涡度平流与气压变化的关系？

27请说明温度平流与气压变化的关系？

28请说明涡度平流与垂直运动的关系？

29请说明温度平流与垂直运动的关系？

30请说明锋面气旋天气的一般特征？

31锋面分析的基本思路是什么？

32说明反气旋天气的一般特征？

33请解释罗斯贝三圈经向环流模式的形成。

34何谓天气系统和天气形势？

35请说明如何用外推法做高空槽脊线移动预报？

36形势预报一般方法中的五流是何含义？

37天气形势的预报方法中的“三变”、“周”、“史”、“地”、“推”是什么含义？

38讲解用天气学方法作形势预报的一般程序？

39数值预报产品释用中的“PP”法是何含义？

41数值预报产品释用中的“MOS”法是何含义？

42请写出你学习了天气学原理这门课后的心得或体会，要求尽可能详细地写出你理解最为深刻的某个内容的理解。