天气学原理和方法(1-5)
天气学原理和方法
天气学原理和方法天气学是研究大气现象及其规律的科学，它涉及到气象学、气候学、大气物理学等多个学科的知识，是一门综合性很强的学科。
天气学的研究对象是大气，它主要研究大气中的各种现象和规律，包括气压、温度、湿度、风、云、雨、雪等。
天气学的研究方法主要包括观测、实验、数学模型和统计分析等。
首先，观测是天气学的基本方法之一。
通过对大气中各种气象要素的观测，可以获取大气的基本信息，如气温、湿度、气压、风向风速等。
这些观测数据是天气预报的基础，也是天气学研究的重要数据来源。
观测可以通过地面观测站、卫星、雷达等多种手段进行，不同的观测手段可以获取不同的气象信息，相互补充，提高观测数据的准确性和全面性。
其次，实验是天气学研究的重要手段之一。
通过实验可以模拟大气中的各种气象现象，如风暴、降雨、云的形成等，从而深入研究大气中的物理、化学和动力过程。
实验可以在实验室中进行，也可以在自然环境中进行，通过对实验数据的分析和研究，可以揭示大气中的一些规律和机理。
另外，数学模型是天气学研究的重要工具之一。
大气是一个复杂的系统，包括了各种物理、化学和动力过程，这些过程相互作用，构成了复杂的大气现象。
通过建立数学模型，可以对大气中的各种过程进行模拟和预测，从而提高天气预报的准确性和可靠性。
数学模型可以采用不同的数学方法和计算手段进行建模和模拟，如常微分方程、偏微分方程、数值计算等。
最后，统计分析是天气学研究的重要手段之一。
通过对大气观测数据的统计分析，可以揭示大气中的一些规律和特征，如气象要素的变化规律、气象事件的频率分布等。
统计分析可以采用不同的统计方法和技术，如相关分析、回归分析、时间序列分析等，从而揭示大气中的一些规律和规律。
总之，天气学是一门综合性很强的学科，它涉及到多个学科的知识，研究大气中的各种现象和规律。
天气学的研究方法主要包括观测、实验、数学模型和统计分析等，这些方法相互补充，共同推动了天气学的发展和进步。
随着科学技术的不断发展，天气学的研究方法也在不断创新和完善，为我们更好地认识和理解大气提供了重要的手段和方法。
气象学中的天气预报原理与方法
气象学中的天气预报原理与方法气象学作为一门研究大气现象和气象变化规律的科学，天气预报是其重要的应用之一。
天气预报旨在提前预测未来一段时间内的天气情况，为社会经济和人类生活提供准确的气象信息，以便人们能够做出合理的防范和决策。
本文将探讨气象学中的天气预报原理与方法。
一、天气预报原理1. 大气的运动规律天气预报的核心在于对大气的运动规律的研究。
大气层中存在着许多复杂的运动模式，如水平风场、垂直气流等。
通过对这些运动规律的研究和观测，可以预测未来一段时间内的天气情况。
2. 大气的物理参数天气预报所依赖的另一个重要因素是大气的物理参数，如气温、湿度、气压等。
通过对这些参数的观测和分析，可以了解大气的状况及其变化趋势，从而进行天气预报。
3. 大气环流系统大气环流系统是影响天气的重要因素之一。
全球大气环流系统包括赤道气流带、副热带气流带、中纬度气流带等。
通过研究和监测这些环流系统的变化，可以预测气候变化和天气趋势。
二、天气预报方法1. 统计方法统计方法是最早也是最常用的天气预报方法之一。
它基于历史天气数据，通过统计学方法对趋势和规律进行分析，从而预测未来的天气情况。
统计方法适用于气象变化较为平稳的地区和时间段。
2. 动力学方法动力学方法基于大气物理学理论和数值模拟技术，通过对大气的运动和物理参数进行模拟和预测。
这种方法需要大量的数学模型和计算资源，能够提供较为精确的天气预报结果。
3. 经验法与专家判断经验法与专家判断是结合专家经验和实际观测数据进行天气预报的方法。
经验法基于多年的观测和经验总结，通过观察各种天气现象的相关特征来判断未来天气情况。
4. 基于遥感技术的预报近年来，随着遥感技术的发展，人们通过卫星观测、雷达观测等手段获取更多的大气数据和图像，从而提高了天气预报的准确性。
基于遥感技术的预报方法依赖于对大气的高时空分辨率观测和数据分析。
结论天气预报是气象学的重要应用之一，它通过研究大气运动规律、物理参数和环流系统等因素，以及运用统计、动力学、经验法和遥感技术等方法，提供准确的天气预报信息。
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
39
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
40
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。
天气学原理和方法
2.大气运动的守恒定律？（P10）：大气运动总是受质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律等基本物定律所控制。
3.大尺度系统的运动方程及其的简化方程式，组成部分？（P13-/公式1.16、1.80）：12dV p V g F dt ρ=-∇-Ω⨯++ （右一为梯度力，右二为地球自转角速度，右三为重力（惯性离心力与地心引力），右四为摩擦力）该式就是选装坐标系中牛顿第二定律的表达式，称为单位质量空气的相对运动方程，也就是一般称谓的旋转坐标系中的大气运动方程。
简化方程：{ 5.地转风的定义、表达式、意义？（P37/1.81）：水平运动方程的零级简化方程表示了两个力的平衡关系，即： { 这个关系式通常称为地转关系或地转平衡方程。
满足上式的风称为地转风。
意义：①从运动方程简化中，当加速度、摩擦力项以及垂直速度引起的水平地转偏向力项略去时，才能建立地转平衡。
在中纬度，自由大气的大尺度系统中，这种平衡是近似成立的。
地转平衡只能看成一种近似关系，绝对的地转平衡是不存在的。
②地转风速大小与水平气压梯度力成正比。
③地转风与等压线平行，在北半球背风而立，高压在右，低压在左。
④地转风速大小与纬度成正比这是因为纬度愈高，同样的风速，地转偏向力愈大；所以水平气压梯度力相同时，纬度愈高地转风速愈小。
10.锋的概念（P63）：天气图上温度水平梯度大而窄的区域，如果它又随高度向冷区倾斜，这样的等温线密集带通常称为锋区。
就是密度不同的两个气团之间的过渡区。
11.锋的类型：a.根据锋在移动过程中冷、暖气团所占的主次地位分为：冷锋、暖锋、准静止锋、锢囚锋 b.根据锋伸展的不同高度分为：对流层锋、地面锋、高空锋 c.根据气团的不同地理类型分为：冰洋锋、极锋、副热带锋。
△19.涡度（P109）：表示流体质块的旋转程度和旋转方向。
流场中某一质块的涡11p fu y p fv x ρρ∂=-∂∂=∂ 零级简化： 一级简化： 10p fv x ρ∂=-+∂ 10p fu y ρ∂=--∂ 1du p fv dt x ρ∂=-+∂ 1dv p fu dt y ρ∂=--∂度定义为质块速度的旋度，其表达式为：V ξ=∇⨯ 这里的V 是三维速度。
天气学原理和方法(1-5)
天气学原理和方法第一章大气运动的基本特征地球大气的各种天气现象和天气变化都与大气运动有关。
大气运动在空间和时间上具有很宽的尺度谱，天气学研究的是那些与天气和气候有关的大气运动。
大气运动受质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律所支配。
为了应用这些物理定律讨论在气象上有意义的相对于自转地球的大气运动，本章首先讨论影响大气运动的基本作用力，和在旋转坐标系中所呈现的视示力，然后导出控制大气运动的基本方程组，并在此基础上分析大尺度运动系统的风压场和气压场的关系，并引出天气图分析中应遵循的一向基本指导原则。
第一节旋转坐标系中运动方程及作用力分析一、旋转坐标系中运动方程1. 二（绝对速度）与丁（相对速度）假设t o 时刻一空气质点位于P 点，经t 时间，质块移到Pa 点，地球上的固定点P 移到了 Pe 位置位 移为R ，质块相对固定地点的位移为 兰R ，图1.1旋转坐标系显然匚：=Z-血 &当…- 0位移很小时边左=匚圧_晟占daR dR d^R----- = ------ + -------单位时间的位移为 皿 逸 皿由此得=「兀此关系式表明：绝对速度等于相对速度与牵连速度之和d^V dV2.与az 的关系地球自转角速度为= Q: /x -S由此可得微分算子则于是daR _dtda d -——=—十C △将微分算子用于―则有dCt VCt ——= ---+ G A 九dt dt再将兀！代入上式右端得daVa dVdt _ _ __ _ _ 存=-- 2Q ----- +0八（Q 人卫）dt dt式中■■- !'为地转偏向力加速度，即柯氏加速度：'''■■- ' ：'' ■"■，＜；为向心力加速度 3 •牛顿第二定律F — m --------------dt在绝对坐标系中单位质量空气块受到的力有叱L=_—w+ /去：地心引力F:摩擦力将此式代入（*）式:竺二一丄VF + GC-2Q A产一心八⑸入氏）十F di q 、作用力分析 1 .气压梯度力(*)daVa F=> dt单位质量的空气块所受到的力①定义：单位质量空气块所受的净空气的压力图1.1.2 作用于气块上的气压梯度力的X分量-&电& = Fyy方向：哲'- —&①隹=Fzz方向：F =弘+ Fy ¥ F去净空气总压力—（迄+K/+里灯％沁dx dy fem =a②表达式③推导:x方向: B面PA 面:-(P+u净压力: g茨&卸歷=F A同理G=-大小：气压梯度力的大小与气压梯度成正比，与空气密度成反比方向：气压梯度力的方向指向的方向，即由高压指向低压的方向①定义：地球对单位质量的空气块所施加的万有引力G：= ^=常数②表达式K:万有引力常量M :地球质量图1.1.3 地心引力受力分析图④讨论:大小：不变，常数④讨论:a：到地心的距离(1.2)实用标准文档3.惯性离心力①定义：观测者站在旋转地球外观测单位质量空气块所受到一个向心力的作用，但站在转动地球上（•’'■观测它的运动，发现它是静止的，这必然引入一个与向心力大小相同，方向相反的力，此力称为惯性离心力图1.1.4旋转坐标系中的惯性离心力④讨论：大小：- 与纬度成反比，赤道处最大方向：在纬圈平面，垂直地轴指向4.重力方向：指向地球心②表达式(1.5)③推导: di① 定义： 地心引力与惯性离心力的合力图1.1.5 重力大小：随纬度增大而增大方向：垂直地球表面指向5 .地转偏向力①定义： 观测者站在转动地球上观测单位质量空气块运动(〕右偏的力，在南半球它向左偏。
天气学原理和方法--第5章--周雪松--整理
b) 天气模式与统计物理量相结合的预报方法。 37. 根据天气分析预报实践的总结，我国常见的大风有冷锋后偏北大风，高压后 部偏南大风，低压大风，以及台风大风和雷雨冰雹大风等。 38. 动力统计预报方法，包括完全预报方法（ PP 法）和模式输出统计方法（MOS 法）两种。 39. 一般的专家系统通常由以下五个部分构成：知识库，数据库，推理机，解释 部分，知识获取部分。
பைடு நூலகம்1. 地转涡度平流的作用： a) 对于偏南北向的槽（脊） ，地转涡度平流有使其向西移动的作用。
b) 对于偏东西向的槽（脊） ，地转涡度平流对槽脊的移动无明显作用。 c) 当槽（脊）线上为偏北气流时，有正的地转涡度平流，对涡度局地变化 有正的贡献， 因而使槽加深 （脊减弱） ； 反之， 在槽脊线上为偏南气流时， 槽将减弱（脊加强） 。 12. 相对涡度平流在自然坐标系中的表述如下：
概率统计学处理，给出在统计意义上的定量关系的统计模式。 33. 一般将平均风速达到 6 级（10.8-13.8 米/秒）以上的风，成为大风。 34. 预报冷锋后偏北大风是，主要应分析锋后的冷空气活动。具体从以下几个方 面进行： a) 利用高空图分析冷平流的分布和强度；
b) 利用地面图分析三小时边压得分布和强度。 35. 低压大风即低压发展加深时一般在低压周围气压梯度最大地区出现的大风。 在我国经常出现大风的低压系统有东北低压、江淮气旋、东海气旋等。 36. 大风的预报方法主要有： a) 从形势预报入手的方法；
天气学原理和方法 第 5 章
1. 在天气系统的外推预报法中，推法分为两种情况：等速外推（支线外推）和 加速外推（曲线外推） 。 2. 空气质点的个别变化在运动坐标系中可展开为：
d (V C ) ，其中 dt t
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。
天气学原理和方法
天气学原理和方法作为人类活动的一个重要方面，气象已经成为了一个广受欢迎的话题。
在讨论天气时，我们经常听到一些专业的词汇和术语，比如温度、气压、湿度等等。
这些都是气象学的一些基础概念，也是学习气象科学的第一步。
那么，什么是天气学原理和方法呢？本文将对此进行一番探讨。
天气学原理天气学是研究大气现象、发生机理和预报方法的一门学科。
天气学的基础原理是气象学。
气象学是研究大气现象的学科，它是大气科学的一部分。
大气科学是研究地球大气层的物理性质、化学特性及其与地球和太阳等其他天体相互作用的学科。
天气学的基础原理是气象学中的许多原理及其应用。
天气学中的一些基础原理包括：大气热力学原理、大气动力学原理、大气化学原理等。
其中，大气热力学原理主要用于解释大气现象的形成和演化。
大气动力学原理则主要用于解释大气运动和对气体较复杂流场的描述和计算。
而大气化学原理主要研究大气层的化学反应、污染物的传输和纵向分布等。
天气学分析的主要方法是气象学的数学方法。
数学方法是对气象学进行研究以及预报天气的一种很重要的方法。
气象学的数学方法包括应用大气物理学、数学物理学、云物理学、数值计算等方法，具有很高的准确性和预报时效性。
数学方法的应用要根据不同的气象特征和目的所需的准确度来选择。
例如，在气象研究方面应用较多的有斯特菲特定理和拉格朗日微分方程等。
这些方法可以有效地解决不同类型的大气现象和气象特征。
天气学方法天气学的研究方法有很多种，但这里主要介绍以下几种：地面气象观测、遥感气象技术、气象模拟和数值预报方法。
地面气象观测：观测是气象学的关键环节，是对现象的直接观察。
利用气象观测可以获取大气的物理状况、气体性质和降水量等信息。
地面气象观测主要有以下几种常见的方法：气象观测站测量、天气雷达、降水量传感器、GPS气象等。
地面观测数据是气象学研究的一种最基本的资料。
遥感气象技术：遥感气象技术是指利用卫星遥感、飞机遥感、地面遥感等技术手段观测大气和地表情况的一种技术。
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天气学原理和方法第一章大气运动的基本特征地球大气的各种天气现象和天气变化都与大气运动有关。
大气运动在空间和时间上具有很宽的尺度谱，天气学研究的是那些与天气和气候有关的大气运动。
大气运动受质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律所支配。
为了应用这些物理定律讨论在气象上有意义的相对于自转地球的大气运动，本章首先讨论影响大气运动的基本作用力，和在旋转坐标系中所呈现的视示力，然后导出控制大气运动的基本方程组，并在此基础上分析大尺度运动系统的风压场和气压场的关系，并引出天气图分析中应遵循的一向基本指导原则。
第一节旋转坐标系中运动方程及作用力分析一、旋转坐标系中运动方程1. （绝对速度）与（相对速度）假设t时刻一空气质点位于P点，经t 时间，质块移到Pa点，地球上的固定点P移到了Pe位置位0移为R，质块相对固定地点的位移为R，图1.1 旋转坐标系显然当0位移很小时单位时间的位移为由此得此关系式表明：绝对速度等于相对速度与牵连速度之和2．与的关系地球自转角速度为则于是由此可得微分算子将微分算子用于则有再将代入上式右端得（*）式中为地转偏向力加速度，即柯氏加速度为向心力加速度3．牛顿第二定律单位质量的空气块所受到的力在绝对坐标系中单位质量空气块受到的力有+：地心引力F：摩擦力将此式代入（*）式：二、作用力分析1．气压梯度力①定义：单位质量空气块所受的净空气的压力②表达式G=-(1.1)③推导：图1.1.2 作用于气块上的气压梯度力的X分量x方向：B面PA面：-（P+净压力：-同理y方向：z方向：净空气总压力④讨论：大小：气压梯度力的大小与气压梯度成正比，与空气密度成反比方向：气压梯度力的方向指向的方向，即由高压指向低压的方向2．地心引力①定义：地球对单位质量的空气块所施加的万有引力②表达式(1.2)K：万有引力常量M：地球质量a：到地心的距离③推导：图1.1.3 地心引力受力分析图④讨论：大小：不变，常数方向：指向地球心3．惯性离心力①定义：观测者站在旋转地球外观测单位质量空气块所受到一个向心力的作用，但站在转动地球上（观测它的运动，发现它是静止的，这必然引入一个与向心力大小相同，方向相反的力，此力称为惯性离心力。
②表达式（1.5）③推导：代入，则图1.1.4 旋转坐标系中的惯性离心力④讨论：大小：与纬度成反比，赤道处最大方向：在纬圈平面，垂直地轴指向4．重力①定义：地心引力与惯性离心力的合力图1.1.5 重力②表达式：（1.8）③讨论：大小：随纬度增大而增大方向：垂直地球表面指向5．地转偏向力①定义：观测者站在转动地球上观测单位质量空气块运动（），发现在北半球有一个向右偏的力，在南半球它向左偏。
此力就称为地转偏向力。
②表达式（1.7）③推导：见《流体力学》图1.1.6 地转偏向力④讨论:大小: 与成正比,与夹角也成正比方向:垂直地轴和,指向右(北半球)※只能改变运动方向，但不能改变的大小6．摩擦力这里所说的摩擦力是指大气因具有粘性，当有相对运动时所受到的一种粘性力。
第二节基本方程组一．运动方程运动方程(1.16)二．状态方程状态方程三．连续方程1．各种形式的连续方程(1).质量散度形式的连续方程:(2)．速度散度形式的连续方程：(3).不可压缩流体的连续方程：2．质量散度形式的连续方程的推导单位时间方向流入A 面的质量图1.2 单位体积的质量净流量方向流出B 面的质量净流出质量同理，方向：方向：总净流出：根据质量守恒原理：(1.34)3. 讨论：含义：单位时间通过固定的单位体积的质量改变量。
大于零表示净流出，质量减少；小于零表示净流入，质量增加。
四．热力学能量方程热力学能量方程第三节大尺度系统运动的控制方程一．大气分类大气运动系统分类行星尺度KM大尺度KM中尺度KM小尺度KM二．引入特征尺度特征尺度的含义：特征尺度是表示特定类型运动（如大尺度运动或小尺度运动）的空间围和时间区间的物理量或其它特性一般大小的一种尺度，也就是用来表示特征值的尺度例如：就是特征尺度大尺度系统运动在中纬度地区，特征尺度数量级，采用制三．运动方程简化水平方向的运动方程的尺度分析表1水平运动方程的尺度分析分量各项尺度数量级（米/）表2垂直运动方程的尺度分析分量各项尺度g数量级（米/）10 10先看两个水平方向的运动方程，可知：气压梯度力与地转偏向力具有同一量级，它们比其它项大1至3个量级。
ⅰ若保留方程中的最大项，则得到大尺度运动的零级简化方程：(1.43 1.44)ⅱ若保留比最大项小一个量级的项而略去小于两个量级的项，则得到一级简化方程(1.45 1.46)式中称为地转参数。
再看垂直方向的运动方程，可以看出和两项最大，其它项比这两项小得多，所以垂直运动方程的零级，一级以至再精确一些的简化方程均为：(1.47)这就是气象学中的静力方程。
四．连续方程的简化表3连续方程的尺度分析方程各项尺度数量级零级简化方程位为：五．热力学能量方程的简化零级简化方程为：(1.53)一级简化方程为：(1.55)第四节"P"坐标系一．"P"坐标系1.定义：为了等压面图分析需要，将"Z"系垂直变量改为"P"系，"Z"系中变量x,y在"P"系中不变，此坐标系为"P"系。
2．"P"系的优越性①．不用观测空气的密度②．"Z"系中方程显得复杂，而"P"系中方程简单③．为了满足分析等压面的需要，因为实际工作中不分析等高面而分析等压面3．位势与位势高度㈠位势①．定义：单位质量的物体从海平面上升到Z高度克服重力所做的功②．表达式：(1.56)③．讨论：等位势面就是水平面等位势面与等高面不重合※严格地讲等高面不是水平面㈡．位势高度1位势米：单位质量空气块上升，克服重力做功，从海平面0上升到几何高度1米处，所具有的能量是(1.58)位势高度和几何高度数值近似相等，但物理意义不同，位势面反映能量的分布二．"P"系与"Z"系的转换关系1．空间导数的转换关系水平导数转换关系式：(1.59)(1.60)垂直导数转换关系式：设F=Z分别代入水平关系式中，并利用准静力平衡方程，可得：(1.61)(1.62)写成向量形式：或式中下标表示水平算子2. 时间导数的转换关系(1.68) 三．"P"系中的连续方程"Z"系中的连续方程为：将代入，得"P"系中的连续方程：(1.71) 四．"P"系中的运动方程"Z"系中的运动方程为："P"系中的运动方程为：(1.73)五．"P"系中的热力学能量方程"P"系中的热力学能量方程(1.76)第五节地转风梯度风一．地转风1．定义：空气块直线运动，在水平气压梯度力和水平地转偏向力平衡的作用下，风沿等压线或等位势线吹，背风而立气压高的在右。
（大尺度系统，北半球）2．表达式3．推导：图1.3 地转风根据定义：除以，再乘以"P"系：4．讨论：①采用地转近似（大尺度、北半球、直线运动、在中高纬地区30~60度）②大小：和水平气压梯度力成正比，与纬度和空气密度成反比③方向：沿等压线（等位势线）吹，背风而立，右手边较高④性质：地转风的水平散度等于零二．梯度风1．定义：空气块作曲线运动，风沿等压线或等位势线吹，在三个力，即水平气压梯度力、水平地转偏向力、惯性离心力的作用下风呈气旋性弯曲（逆时针旋转），或反气旋性弯曲（顺时针旋转），这种风称为梯度风。
2．表达式：（自然坐标系下）3．推导：从水平方程入手在自然坐标系下将：展开可得：（1.87）根据定义：风沿等压线运动，为梯度风(1.88)4．讨论：⑴．适用围：北半球，大尺度系统运动，曲线运动，三力平衡，中高纬地区⑵．气压场风场高压周围的风场是顺时针旋转图1.4 大尺度高压中的梯度风平衡低压周围的风场是逆时针旋转图1.5 大尺度低压中的梯度风平衡⑶．风场气压场图1.6 风场与气压场的关系⑷．梯度风速率(1.89)ⅰ气旋式环流＞0 ＞0 ＜0①根号前取正号：＞0；有意义低压中心附近＞＞0 ＞＞0 ＞＞0结论：低压中心附近有大风②根号前取负号：＜0＞0 ＞0 ＜0 有＜0；无意义ⅱ反气旋式环流＜0 ＞0 ＜0①根号前取负号：图1.7 大尺度运动系统中不合理的反气旋性环流＞0考察是否三力平衡：a.很小三力不平衡，不是梯度风b.此时，不是三力平衡而是二力平衡，变成了地转风②根号前取正号：＜0 ＞0 ＜0 ＞0考虑是否三力平衡＞0，很大时(1.91)风速最大(1.92)三．地转风与梯度风比较自然坐标系下，地转风为：把它代入中得：地转风与梯度风之比为：(1.93)由此式可得：气旋：＞0 ＞0 ＞反气旋：＜0 ＞0 ＜理论上在气旋环流中地转风夸大了实际风在反气旋环流中地转风缩小了实际风四．地转风与梯度风的实际意义1．引出天气图分析的基本原则①．风基本沿等压线、等高线运动，背风而立，气压高的在右，低的在左。
②．逆时针旋转分析低压；顺时针旋转分析高压③．低压中心附近等压线密，有大风；高压边缘等压线密，有大风。
2．在中高纬地区，采用地转近似而不采用梯度风近似。
五．流线与轨迹1．定义㈠流线：是指描述任意瞬间速度场的曲线，处处与风向相切并指向气流方向的曲线㈡轨迹：是指在有限时间间隔个别空气块运动的路径2．日常中，等压线等高线近似为流线，不能当作轨迹线第六节热成风一．定义定义a.上下两层地转风的矢量差，称为这两层之间的热成风b.地转风随高度的变化，称为热成风图1.8 热成风二．表达式表达式向量形式分量形式为：三．推导根据定义厚度公式代入得：(1.96)四．讨论1．适用围：中高纬度、大尺度系统、北半球2．大小：a．与纬度成反比，与等厚度线的疏密成正比b．与纬度、等压面差距、温度有关3．方向热成风沿气层的等厚度线吹，背风而立，厚度高的在右五．实用意义1．条件：大尺度、中高纬度、北半球2．如果地转风随高度逆转，则气层间有冷平流；如果地转风随高度顺转，则气层间有暖平流。
实际风随高度逆转，则气层温度降低；实际风随高度顺转，则气层温度升高(a)逆转3．判断气层的稳定度(b) 顺转图1.9 地转风随高度变化与冷暖平流4．判断对称的冷低压、暖高压是深厚系统对称的暖低压、冷高压是浅薄系统六．热成风发生在斜压大气中1．正压大气定义：大气中密度的变化仅仅随气压而变化时，即，这种状态的大气称为正压大气2．斜压大气定义：大气中的密度分布不仅随气压而且还随温度而变时，即，这种状态的大气称为斜压大气在中高纬度多采用斜压大气在低纬度多采用正压大气第七节地转偏差一．地转偏差的定义实际风与地转风的矢量差称为地转偏差图1.10地转偏差很小，但很重要：①引起的变化②可以引起辐散和辐合二．摩擦层中地转偏差1．推导：水平运动方程零级近似（*）用方程（*）（1.99）2．讨论：①适用围：大尺度系统，中高纬度，北半球，考虑摩擦阻力②大小：图1.11 摩擦层中力的平衡③方向：指向摩擦力的右方三．自由大气中的地转偏差1．推导：从水平运动方程一级近似入手(*)用方程（*）(1.100)2．讨论①适用围：大尺度系统，中高纬度，北半球，自由大气②大小：③方向：既可能在的左方，也可能在右方，由大小定四．自由大气种地转偏差的应用自由大气作曲线运动（自然坐标）(1.102) 令①采用地转近似代入方向：等变压（高）梯度的方向正变压（高）中心代表地转偏差的辐散负变压（高）中心代表地转偏差的辐合②③地转近似代入第二章气团与锋天气现象的空间分布与天气过程的时间变化很复杂，但是天气工作者在长期的实践工作中，从大量的个例中归纳出了一套关于天气现象与天气过程的最主要和最典型的特征，并且用这些特征对天气现象与天气过程作了系统性的概括。