(完整版)准地转理论及其在天气预报中的应用(II个例分析)郭洁、李国平

辐散、增压 （高压）
辐合、减压 （低压）
图3 与发展的斜压波相结合的次级环流
（实线500hPa等高线，虚线1000hPa等高线）
高空槽区：冷平流使高空槽加深，高层辐合，低层辐散， 下沉运动；高空脊区：暖平流使高空脊加强，高层辐散， 低层辐合，上升运动。
总结：
涡度因子 （相对涡度平流）
热力因子 （冷暖平流）
四川省气象台
准地转应用实例
四川省气象台
郭洁2013年10月
主讲内容
▪理论回顾
一：高空形势预报（由准地转涡度方程导出）槽脊发展天气应用 二：准地转位势倾向方程天气应用 三：准地转ω方程天气应用 四：地转适应理论天气应用 五：发展的斜压系统模式及总结
▪实例一：2009年10月15-20日三次地面气旋过程 ▪实例二：2009年7月29-31日高原低涡暴雨过程
五、发展的斜压系统的理想模式
位势倾向方程：
ω方程：
图2 斜压系统发展过程示意图（C和A为气旋 和反气旋性涡度区，+和-为正变压和负变压 区）
地转平衡的状态下，高空槽前 有气旋性涡度增加（流场与气 压场失衡）则正涡度平流辐散， 地面减压（地面流场与气压场 失衡）低层辐合（产生气旋性 环流适应气压场变化）高层辐 散，导致上升运动（绝热冷却， 气柱下降，高层降高，气压场
只涉及核心部分，不是全部（如长波和长波调整问 题，水汽和降水问题，稳定度问题等）
实例一
▪西北气流小槽快速发展
09年10月14日~20日 三次地面气旋过程
地面冷空气活动频繁（3次）、大风1次
涡度
（300高度+风场+涡度）
图1.1 18日08时500涡度（上图）、 500涡度平流（下图）
槽区为正涡度区，正涡度 中心在槽后，槽前为正涡 度平流，槽后为负涡度平 流
▪非绝热加热区， ω<0，有上升运动 ▪非绝热冷却区， ω>0, 有下沉运动 非绝热加热：凝结潜热
下垫面加热
四、地转适应尺度理论的天气应用
▪ 如果适应过程中流场的变化远小于气压场的变化，则气压场 向流场适应，如果流场的变化远大于气压场的变化则流场向 气压场适应。即变化大的、剧烈的向变化慢的、弱的适应。
暖平流下方气旋发展（低压/涡/倒槽/横切变等），上方反 气旋发展（脊/高压等）（冷平流相反） ▪ 用途（2）：判断垂直运动 暖平流上升运动，云雨区发展（冷平流相反）
总结
▪判断高空涡度平流看两个方面：1）急流和强风 （涡度大/平流大/切变大，入口/出口，急流核）， 2）曲率大、切变大；
▪用途（1）：正涡度平流辐散，下方有上升运动和 气旋发展
300 hPa疏散槽和涡度 1)参考涡度分布定的槽线，一个大槽里面 有3个小槽；2）西面是疏散槽，槽后有急流，正涡度中心在槽后；
15日08时
图1.2 15日08时 300hPa高度场+风场+涡度（槽线：棕色，急流：紫色，温度槽：红虚线）
300 hPa疏散槽和涡度 1) 西面疏散槽，正涡度中心明显加强， 80100，（下方有冷平流？）南面槽有正涡度中心80，发展槽
一、高空形势预报方程（相对涡度平流项）判断高空槽脊应用 相对涡度平流对于对称和不对称槽脊的情况：
图1 对称槽脊及非对称槽脊移动发展示意图
1，槽脊前疏散，槽脊后汇合，则槽脊移动迅速；槽脊前汇合，槽脊后疏散，则槽脊移动 缓慢 2，对称槽脊无发展，疏散槽脊是加深（强）的，汇合槽脊是填塞（减弱）的。
二、准地转位势倾向方程应用—相对区涡度平流随高度减弱——有下沉运动
厚度平流的拉普拉斯项： c）高空槽附近（地面高压前部和低压后部）地转风随高度逆 转，为冷平流区，有下沉运动
d）高空脊附近（地面低压前部和高压后部）地转风随高度顺 转，为暖平流区，有上升运动
三、准地转ω方程（非绝热加热项）在天气图中应用
天气图应用
槽前脊后为正的相对涡度平流，等压面高度降低
槽后脊前为负的相对涡度平流，等压面高度升高
槽脊线上涡度平流为零，等压面高度无变化 ∴相对涡度平流使槽脊东移（短波槽），对槽脊的发展
不起作用
二、准地转位势倾向方程应用—地转涡度平流项
1）槽前脊后偏南风 ，
ur ，则 V g f 0
有负地转涡度平流，等压面位势高度升高
∴ 对流层下层暖平流层,中上层高空等压面升高,有 利于高空脊发展
对流层下层冷平流层,中上层高空等压面降低,有 利于高空槽发展
三、准地转ω方程在天气图中应用
涡度平流随高度变化：
a）地面低压中心，一般位于高空的槽前脊后，低层涡度平 流很小，高层为正涡度平流（高层辐散）
所以在这个地区涡度平流随高度增加——有上升运动 b）地面高压中心，一般位于高空的槽后脊前，低层涡度平
▪ 不同空间尺度的运动都存在着特征尺度，当实际运动的空间 尺度大于这个特征尺度时，气压场起主导作用；当运动的空 间尺度小于特征尺度时，风场起主导作用；对中小尺度的大 气运动，同样存在适应问题。
▪ 该理论完善了大气运动各分量的相互作用过程的物理解释， 在天气预报业务上有重要的应用。
▪ 进行天气图分析时，大形势侧重气压场，小系统则侧重风场 （即流场）。
适应流场）。—新的地转平衡。
地转平衡状态下，高空 槽后有反气旋性涡度增 加（流场与气压场失衡） 则负涡度平流辐合，地 面增压（地面流场与气 压场失衡），低层辐散 （产生反气旋性涡度适 应气压场变化）高层辐 合，导致下沉运动（下 沉增温，气柱增厚，高 层增高，气压场适应流
场）-新的地转平衡
辐合 下沉
辐散 上升
ur 2）槽后脊前偏北风 ， Vg<0 ，则 V g f 0 有正地转涡度平流，等压面位势高度降低
3）槽脊线上为西风，地转涡度平流为零，等压面位 势高度无变化
∴地转涡度平流使槽脊西退（长波槽），对槽脊发展 不起作用
二、准地转位势倾向方程应用 （厚度平流或温度平流随高度变化项）
∵ 在实际大气中,冷暖平流一般随高度减弱
高层系统移动 低层系统发展
高层系统发展 低层系统移动
总结
▪ 准地转动力学的用途在于理解天气实况的演变和数值预报做出未来天 气变化的动力学本质，从而建立高低空一体的预报思路。
▪ 两个诊断要点：1）低空看温度平流，2）高空看涡度平流； ▪ 判断低空温度平流看两个方面：1）温度梯度大（密集的等
温线），2）风向和等温线夹角大，风速大； ▪ 用途（1）：判断天气系统的发展。