天气学原理
天气学原理
1、站在转动的地球上观测单位质量空气所受到力有哪些？各作用力定义、表达式及意义如何？
2、地转偏向力与水平地转偏向力有何相同与不同？
3、柯氏力是怎样产生的，与速度的关系如何，南北半球有何区别
4、惯性离心力是如何产生的，如无地球自转，此力存在否？
5、重力方向如何？与等高面是否垂直？海平面上重力如何？
6、解释 ， ， 含义
7、大尺度系统运动遵循什么规律？
8、等位势面与等高面哪一个是水平面？为什么？
9、解释由什么会引起固定点温度变化？
10、“p”坐标系优越性表现在何处？
11、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？
12、在北半球大尺度系统运动中，气压场有低（高）中心存在，周围风为什么是逆（顺）时针旋转？
13、正压大气、斜压大气含义是什么？热成风为什么会发生在斜压大气中？
14、地转偏差重要性表现在何处？解释摩擦层和自由大气中地转偏差物理意义
15、在讨论地转偏差时，反映在自由大气中的低层和高层各以什么为主？
16、解释处在高空槽前脊后这块区域高低层辐合辐散情况（要求用地转偏差概念解释）
17、说明在自由大气中某个气层中，当风随高度增加呈逆时针旋转，该气层有冷平流，当风随高度增加呈顺时针旋转，该气层有暖平流
18、为什么可以看到有很强的低压发展（如台风和气旋），而高压不能发展很强
19、地转偏差对水平速度散度及垂直运动有何作用
∇⋅-V t ∂∂dt d。
天气学原理-第一章
气压梯度力的讨论：
1.气压梯度力是由气压分布不均匀引起的。
2.气压压指G梯向 度 低力压Px的，x方垂yy向直z z指于向等–压1 线P的。方 向1 ，Px即i由 高Py
j
P z
k
3.气压梯度力的大小与气压梯度成正比，与空 气密度成反比，即等压线越密集，气压梯度 越大。 在同样的气压梯度下，高处的风就比低处 的风大，因为高空的密度小。
3.关于静力学方程，连续方程，热力学方程的方程式 和意义；速度散度的表达式和意义
4.大气运动系统的分类与尺度 5.地转风、梯度风、热成风的定义、表达式、意义 6.热成风与冷暖平流的关系 7.中纬度系统的温压场结构特点 8.地转偏差的定义 9.摩擦层中、自由大气中的地转偏差的概念、表达式和意义
0
1
p y
f u
0
1
p g z
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大尺度运动系统的特征(中高纬):
1.准水平
ω→0
2.准静力平衡
3.准地转
地转偏向力与气压梯度力相平衡
4.自由大气
F→0
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第4节 “P”坐标系中的基本方程组
P坐标系的运动方程
z坐标系：(x，y，z，t)来表示空间点的位置 p坐标系：(x，y，p，t)来表示空间点的位置
3、地转风风速大小与水平气压梯度成正比，等压线越密 集，地转风越大；与纬度成反比，相同的水平气压梯 度力，高纬风小，低纬风大。风速相同，在低纬的等 高线应比高纬的等高线分析得稀疏些。
4、
地转风散度为零
51
5、地转平衡只能看成是一种近似关系，绝对的地转 平衡并不存在。
天气学原理
1.什么是气团?气团有哪些分类?①气团是指气象要素水平分布比较均匀的大范围空气团.同一气团内垂直气象要素、天气现象几乎相同。
气团水平尺度~1000Km，垂直速度~10Km。
②按地理位置分类：北极气团、极地气团（大陆和海洋）、热带气团（大陆性和海洋性之分）、赤道气团；按热力差异分类：根据气团温度和气团所经过的下跌面温度对比分为暖起团、冷气团。
2.什么是锋面，锋面的类型？①锋区：密度不同的两个气团之间的过渡带（主要变现为温度的不同）。
在天气图上表现为等温线密集（即温度水平大而窄的区域）。
锋面：在天气图上由于比例尺小，锋区的宽度表示不出来，可把它看成是空间的一个面，即为锋面。
②A.根据锋在移动过程中冷暖气团所占的主次位置，可分为：冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚锋。
（准静止锋：当冷暖气团势力相当时，锋面的移动十分缓慢或相对静止）B.根据锋的伸展高度可将锋分为：地面锋（地层峰）、高空锋（高空对流层锋）C.根据锋面两侧气团的来源的地理位置不同可分为：冷洋锋、极锋和赤道锋（热带锋）。
3.什么是零级不连续面和一级不连续面？什么又是物质面？锋是冷暖气团之间的过渡带，由于锋区的宽度与长度相比很小，在比例尺很小的天气图上，这个过渡带显得极为狭窄，而在其两侧的气象要素有很大的差异，因此，将锋面两侧的气象要素的分布看成是不连续的，在天气图上可把锋面看成不连续面，分为零级不连续面、一级不连续面。
A.零级不连续面：气象要素本身不连续形成的过度面；B.一级不连续面：气象要素本身连续，而它的一介空间导数不连续形成的过渡带；C.物质面：由相同空气质点组成的不连续面。
5.以密度零级不连续面模拟锋面时锋面附近气象要素分布特征?A.温度场和位温场:①锋区内水平温度梯度大(等温线密集),走向与地面锋线基本平行②锋区内垂直速度梯度小,有时有逆温或等温③等温线密集,等压面上水平温度梯度方向与水平位温梯度方向与水平位温方向一致,绝热条件下方向与锋面平行.B.气压场:①等压线通过锋面时呈气旋式弯折,且折角指向高压②锋线一般位于地面气压槽内③锋面两侧气压连续,气压梯度不连续C.风场:①不考虑摩擦,认为满足地转关系,则:锋面附近的风场具有气旋式切变,在有摩擦的地方更为明显②由热成风,锋区内存在较大的风速垂直切变,热成风大③在冷锋附近有冷平流,所以自下而上穿越锋区,水平风向随高度增加呈逆时针旋转;在暖锋附近有暖平流所以自上而下穿越锋区，水平风向随高度增加呈顺时针旋转，热成风很大，但无明显平流时可能为静止锋④3km以上当等温线与等高线趋于重合时，风速随高度有很大增加，在地面锋的上空，可出现大风速区，甚至可以出现急流。
天气学原理
天气学原理概述：天气学是研究大气现象和天气变化规律的一门科学。
它通过观测、实验和数学模型等方法，探索大气运动、热力学和水循环等因素对天气的影响。
天气学原理是天气学的基础，它涉及到大气的组成、结构、运动和能量传递等方面的知识。
一、大气的组成大气主要由氮气、氧气和少量的稀有气体组成。
其中，氮气占78%，氧气占21%，其他气体如氩气、二氧化碳等占1%左右。
这些气体的比例对于维持地球的气候和天气起着重要作用。
二、大气的结构大气可以分为不同的层次，从地球表面向上分别是对流层、平流层、中间层、热层和外层。
对流层是最接近地球的一层，其中发生了大部分的天气现象。
平流层以上的层次则较为稳定，很少发生天气变化。
三、大气的运动大气的运动是天气变化的重要因素。
大气通过对流、辐射和地球自转等方式进行运动。
其中，对流是主要的运动形式，通过热对流和冷对流的交替，形成了气压系统、风和降水等现象。
四、大气的能量传递大气中的能量主要来自太阳辐射。
太阳辐射进入大气后，一部分被地表吸收，一部分被大气层吸收或反射。
地表和大气层吸收的能量会引起温度的变化，从而影响着天气的产生和发展。
五、水循环与天气水循环是天气变化的重要机制之一。
当太阳辐射使水面蒸发后，水蒸气会上升到高空，形成云和降水。
降水又可以补充地表的水资源，维持生态系统的平衡。
水循环的变化会导致天气的多变，如降水量的增减和云量的变化等。
六、气象观测和预报天气学使用气象观测和预报技术来研究和预测天气变化。
气象观测通过测量气温、湿度、气压、风速和降水等参数来获取大气状态的信息。
而气象预报则利用观测数据和数值模型等方法，对未来天气进行推测和预测。
七、天气系统和气候带天气系统是指由气压系统、风和降水等要素组成的大气系统。
它们在全球范围内形成了不同的气候带，如赤道气候带、温带和寒带等。
这些气候带的存在使得地球上各地的天气具有一定的规律性和区别。
八、天气与人类活动天气对人类的生活和活动有着重要的影响。
天气学原理
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第七章 大型降水天气过程
2、水汽的诊断分析
A、比湿、湿层厚度 B、可降水量 C、水汽通量 D、水汽通量散度 E、水汽的局地变化
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第七章 大型降水天气过程
3、垂直运动的诊断分析
A、连续性方程积分 B、ω方程诊断 C、低层辐合与高层辐散（相对散度） D、地形强迫
按形成与热力结构分为：冷性反气旋与暖性反 气旋
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第三章 气旋与反气旋
3、涡度与涡度方程
涡度是表征空气运动旋转强度与方向的物理 量。正涡度反映逆时针方向运动；负涡度则 相反。 涡度方程及其简化：在水平无辐散大中，绝 对涡度守恒：d(f+ζ)/dt=0
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第三章 气旋与反气旋
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第七章 大型降水天气过程
9、不同高度急流对暴雨的影响
超低空急流（边界层急流） 水汽输送、不稳定层结的建立与维持、不稳定能量 的触发
低空急流 不稳定层结的建立与维持、不稳定能量的触发
高空急流 高层辐散、有利于对称不稳定的建立
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第八章 对流性天气过程
1、强雷暴的几种类型
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第六章 寒潮天气过程
2、寒潮的预报
寒潮预报应包括：强冷空气堆积预报， 寒潮爆发预报，寒潮的路径与强度预报，寒 潮天气预报。
目前我们更多地依靠数值预报结果。因 为数值预报在降温预报方面具有很好的效果。
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第七章 大型降水天气过程
1、暴雨形成条件
暴雨天气形成的主要条件是： A、充分的水汽供应 B、强烈的上升运动 C、降水持续较长时间
对天气学原理的认识和理解
对天气学原理的认识和理解天气学是研究大气的运动和变化规律，以及它们与地球其他部分之间的相互作用的科学学科。
它主要关注天气系统的发展和演变，以及不同因素对天气现象的影响。
天气学的研究范围涵盖了大气的成分和结构、气候变化、天气现象的观测和预测等方面。
以下是我对天气学原理的理解：1. 大气组成与结构：大气由气体、悬浮颗粒物、水汽等组成。
根据气体成分的不同，大气分为对流层、平流层和对流层顶部的平流层等层次。
不同层次的大气对太阳辐射、温度分布等具有不同的影响。
2. 大气运动：大气中的运动是天气变化的关键因素之一。
温度和压力的差异引起了空气的运动，形成了风。
风的产生和变化影响了气象系统的运动和演变，并对天气现象产生重要影响。
3. 热力学原理：热力学原理是解释气象现象的基础。
温度和压力是热力学原理的关键概念。
热传递机制如辐射、传导和对流，以及热平衡条件在大气中起着重要作用。
热力学原理帮助解释了温度、湿度、压强等气象要素的相互作用以及它们对天气变化的影响。
4. 水汽的循环：水汽是大气中重要的水分来源，也是天气现象的重要驱动力。
水汽的循环包括蒸发、凝结和降水等过程。
在大气中发生的这些过程对云的形成、降水的分布等天气现象产生重要影响。
5. 大气层的辐射平衡：太阳辐射是地球上大气和气候系统的主要能量来源。
大气反射、吸收和辐射这些能量，形成了辐射平衡。
辐射平衡的不稳定与变化是天气变化的重要原因。
6. 气象观测和预测：天气学依赖于对各种气象要素的观测和监测。
气象观测站点和卫星等技术手段提供了大量的气象数据。
通过对这些数据的分析和处理，天气学家可以预测天气变化，帮助人们做出合理的气象决策。
以上只是我对天气学原理的基本理解和认识，尽管涉及了一些关键概念和过程，但天气学作为一门复杂的学科，仍有很多深入和复杂的内容需要进一步学习和研究。
天气学对于人们的日常生活和各行各业都有重要的影响，了解天气学原理有助于我们更好地理解和适应天气变化。
天气形成的原理
天气形成的原理
天气的形成是由大气层中的空气运动和水汽含量改变所引起的。
气候系统中的主要驱动因素包括太阳的辐射、地球的自转和倾斜、海洋的热量传送以及地球表面的地形。
太阳的能量在地球上的不同地区和不同季节中分布不均匀，这导致了不同地区之间的温度差异，进而产生了气压差。
气压差会引起空气的水平运动，形成气流。
在低压区，空气会上升，形成云和降水；而在高压区，空气则下沉，形成晴朗的天气。
此外，地球的自转和倾斜也对天气产生影响。
地球的自转使得大气层中的空气受到离心力的作用，从而形成了各种尺度的气旋和高压系统。
地球倾斜也导致了季节变化，当太阳的辐射在地球不同的斜面上射入时，会引起温度变化，进而影响天气的形成和变化。
海洋的热量传送对气候起到重要的调节作用。
海洋表面的水蒸汽会升华成为水汽，然后在大气层中形成云和降水。
海洋和大气之间的热量交换会影响到大气中的温度和湿度分布，从而改变天气的形成和变化。
地球表面的地形也会对天气产生影响。
地形的高低差异会导致空气的上升和下沉运动，从而产生云和降水。
山脉会阻挡气流的通过，形成风的背风面和迎风面的差异。
这些地形特征都会影响到降水分布和气候类型。
综上所述，天气的形成是由各种因素相互作用的结果。
太阳的
辐射、地球的自转和倾斜、海洋的热量传送以及地球表面的地形都对天气起着重要作用，它们共同决定了大气中的温度、湿度和气压分布，从而影响到天气的形成和变化。
科普天气学了解天气背后的科学原理
科普天气学了解天气背后的科学原理天气是我们日常生活中非常重要的一部分，它直接影响着我们的穿着、活动和出行。
然而，天气并非只是简单的晴雨预报，背后隐藏着许多科学原理。
本文将为您科普天气学，了解天气背后的科学原理。
一、大气压力与气压系统天气的变化与大气中的气压密切相关。
气压是指单位面积上气体对于所在面的垂直作用力。
通过气压的分布，我们可以了解天气系统的形态与发展。
1. 高压系统高压系统指的是大气中气压较高的区域。
在高压系统中，空气向四周辐散，使天气晴朗、干燥。
通常，高压天气为晴天或少云天气，空气稳定，降水几率较低。
2. 低压系统低压系统指的是大气中气压较低的区域。
在低压系统中，空气会由周围辐合向中心聚集，导致云量增多、天气多变。
低压天气通常伴随着云朵、风雨等天气现象。
二、湿度与降水湿度是指空气中所含水蒸气的含量，是天气预报中常重要的气象要素。
湿度的变化直接影响着降水的形成与发展。
1. 饱和与凝结当空气中的湿度达到一定饱和程度时，水蒸气会凝结成液态水或固态水。
冷却是导致水蒸气凝结的主要原因，例如空气的快速升高和冷却会形成云朵。
云朵进一步凝结形成水滴，当水滴足够大时，就会降落成雨、雪或雾等天气形式。
2. 相对湿度与露点温度相对湿度是指实际水蒸气含量与饱和水蒸气含量之间的比值，以百分比表示。
当相对湿度达到100%时，空气饱和，凝结就会发生。
而露点温度是指当空气冷却到饱和时的温度，是气温下降到露点温度时会出现露水、雾或冰霜的临界点。
三、气候与气象天气和气候是两个不同的概念，它们之间存在着密切的联系。
1. 天气天气是指短时间内大气的状态变化，通常是一天或几天的时间范围内。
天气的变化受到许多因素的影响，包括气压系统、湿度、风向风速等。
2. 气候气候是指长时间内特定地区的气象条件的统计结果。
气候的研究需要考虑长时间尺度上的气象数据，并结合地理环境、海洋等其他因素。
气候也受到许多因素的影响，包括纬度、海洋环流、地形等。
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南京信息工程大学
天气学原理课程教案
课程名称：天气学原理
英文名称：Principle of Synoptic Meteorology
总学时：60学时（其中：上课60学时，另考试2学时）
课程简介：天气学原理课程是大气科学专业的重要专业基础课程之一。
在先行课必修后，系统讲授大气运动、天气系统、大气环流、天
气形势及天气要素预报基本的天气学和有关的大气动力学理论如大气运动基本方程组、尺度分析和方程组简化、风压场关系、涡度方程。
位势倾向方程和ω方程等。
初步掌握天气分析和天气预报的基本原理和基本方法，为进一步学习“动力气象学”，“中国天气”，“中长期天气预报”，“中尺度天气学”，“热带天气学”，“高原天气”，“诊断分析”以及“气象统计预报”“数值天气预报”等专业课奠定必要的基础。
教材：《天气学原理与方法》.第三版 .气象出版社.朱乾根等编著
参考书：
（1）J.R.Holton, An Introduction, to Dynamic, Meteorology, Second edition, Academic press, Inc.1979.
（2）动力气象学，上海科学技术出版社，1983，伍荣生等。
授课对象：大气科学专业2001级（2003.9~12月使用）
拟用教学手段：主要采用传统板书形式
第一章大气运动的基本特征（16学时）
重点：
描述大气运动的基本定律；“P”坐标系的特点及该坐标系的方程组；地转风、梯度风概念及关系式及其在天气分析中的应用。
难点：
1.建立大气运动基本方程组
2.实际工作中高空分析等压面图而不分析等高面图
3.地转风、梯度风、热成风、地转偏差在天气分析中的应用
主要内容：
1.1 旋转坐标系中运动方程及作用力分析（2学时）
牛顿第二定律，气压梯度力、地心引力、惯性离心力、重力、
地转偏向力及摩擦力的分析
1.2 基本方程组（3学时）
三个运动方程，状态方程，质量守恒 连续方程，热力学能量
守恒方程6个基本方程的推导
1.3 大尺度系统运动的控制方程（2学时）
大气运动特征尺度及分类，运动方程、连续方程和热力学能量
方程的简化
1.4 “P”坐标系（2学时）
“P”坐标系的定义及其优越性，“P”坐标系中的运动方程、连
续方程及热力学能量方程
1.5 地转风、梯度风（3学时）
地转风平衡、梯度风平衡的定义、表达式及其推导，地转风、梯度风的比较及各自的实际意义
1.6 热成风（2学时）
热成风的定义、表达式及其推导和实际意义
1.7 地转偏差（2学时）
地转偏差的定义，摩擦层和自由大气中的地转偏差的讨论
第二章 气团与锋（10学时）
重点：
锋的概念及锋三度空间的建立；锋及锋面附近气象要素场的特征；锋生、锋消公式的物理意义及定性分析应用。
难点：
1.锋三度空间建立；
2.锋生、锋消动力学特点。
主要内容：
2.122.2⎫⎬⎭气团 （学时）锋的概念及锋面坡度 2.3 锋面附近气象要素场特征（
3.5学时）
锋面附近温度场、位温场、气压场、风场、变压场特征，锋面天气
2.4 锋面分析（0.5学时）
简要介绍定锋步骤，详细放在天气学实习课中讲授（天气学分析课程有天气实习课）
2.5 锋生、锋消（4学时）
锋生、锋消概念及其运动学、动力学特点的讨论
第三章 气旋与反气旋（14学时）
重点：
涡度概念，涡度方程，位势倾向方程，ω方程的物理意义及其在分析温带气旋、反气旋发展机制方面的定性应用。
影响我国温带气旋、反气旋的结构特征与活动规律。
用位势涡度守恒原理解释天气系统在上山、下山变化
难点：
涡度方程，位势倾向方程与ω方程各项物理解释及其在分析槽、脊、温带气旋与反气旋发展机制方面的定性应用。
主要内容：
⎭
⎬⎫涡度与涡度方程类气旋、反气旋特征和分
2.31.3（4学时）
3.3 位势倾向方程与ω方程（4学时）
位势倾向方程与ω方程推导、各项的物理意义及其在分析温带气旋与反气旋发展机制方面的定性应用。
3.4 温带气旋与反气旋（4学时）
温带气旋生命史；温带气旋发展的动力和热力因子；
气旋再生与气旋族的概念（温带反气旋作简单介绍）
3.5 东亚气旋与反气旋（2学时）
影响我国的温带气旋、反气旋的结构特征与活动规律；南方气旋与北方气旋的定义、内容，重点介绍蒙古气旋和江淮气旋概况。
第四章 大气环流（6学时）
重点：
简要讨论大气平均环流基本特征、控制大气环流基本因子及大气环流基本模型
主要内容：
4.1 大气平均环流特征与季节转换（2.5学时）
大气环流的定义；对流层中部、底部平均的水平环流（冬三夏
四）；半永久性大气活动中心、大气环流的季节转换
4.2 控制大气环流基本因子与大气环流基本模型（2.5学时） 太阳辐射、地球自转、地表的不均匀性等基本因子和三圈环流
4.3 极地环流概况（结合天气实践寒潮中讲）
4.4 热带环流概况（结合天气实践低纬度讲）
4.5 西风带大型扰动（长波公式 1学时）
4.6 急流（自己看书）
4.7 东亚环流基本特征（自己看书）
第五章 天气形势及天气要素的预报（14学时）
重点：
用运动学公式预报槽、高低压中心移动及强度、高空形势预报及地面形势预报方程讨论。
难点：
1.高空形势预报方程的推导、定性分析与判断
2.地面形势预报方程的推导、定性分析与判断
主要内容：
5.1 天气系统及天气形势的天气学预报方法（14学时）
外推法和运动学方法（2学时）
高空形势预报方程的推导、定性分析与判断（4学时）地面形势预报方程的推导、定性分析与判断（4学时）地形及摩擦对系统的影响（2学时）
锋的移动预报（2学时）
5.2 气象要素和天气现象的天气学预报方法（自己看书）5.3 数值预报产品的释用（自己看书）。