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。

D.变压场：①一般说在冷锋锋后有三小时的正变压，而冷锋前气压变化不大②相反在暖区的锋前有三小时负变压，而暖锋后的气压变化不大③对于锢囚锋来说，锢囚锋前多为三小时的负变压，而锢囚锋后多为三小时的正变压④准静止锋，由于其移动性较小，所以它附近的气压变化较小。

E.湿度场：锋面两侧露点温度差异显著。

6.锋面坡主要取决于什么因素？封面坡度公式：tgα=f/g*T m*ΔV g/ΔT①如果其他因子不变，锋面坡度随纬度增高而增大（赤道地区无锋面）②锋面坡度与锋两侧的温度差ΔT呈反比③当锋面两侧平行于锋面的地转风速差（ΔV=0时），锋面不存在④锋面坡度是与两气团的风速差成正比而与温度差成反比，但实际上，温度差增大时，风速差也增大，二者相互抵消，总的来说对锋面坡度影响不大。

7.何为锋生和锋消？影响锋生的因子有哪些？锋生：一般指密度或温度不连续形成的一种过程，或者是指已有一条锋面存在，梯度增大的过程。

锋消是指与锋生相反的过程。

影响锋生的因子有：①非绝热加热②垂直运动作用③水平运动复合④水平变形场的作用8.什么是锋面气旋？与热带气旋有何区别？①气旋中有锋面的气旋叫锋面气旋，锋面气旋的温度场是不对称的，表现为斜压性。

低压中心随高度向冷区倾斜，移动性大，而且是带来云和降水的主要天气系统：热带气旋是形成在热带或副热带洋面上，具有暖中心结构的强烈气旋性地面环流的非锋面性天气系统，伴有狂风暴雨，造成受影响地区严重灾害。

是无锋面气旋。

温度场分布基本是对称的②相同点：同为天气尺度系统，均为地面低压系统；风绕中心逆转带来大风降雨等天气。

不同点为：热带气旋锋面气旋 能量来源 下跌面暖洋面及潜热释放水平温度梯度（斜压能） 垂直结构 暖心结构，台风强度随高度递减，地面的低压到高空变为高压 强度随高度增加，中纬度气旋上空的西侧往往对应冷的高空低压或槽中心 往往有眼区，且气流下沉 一般无眼区，且中心气流上升 强风 最大的风在近地面 最强的风出现在高空急流处天气图上 热带气旋等压线更近环形，风更强，梯度更大，尺寸较小 等压线非规则环形，风较小，但水平尺度较大性质 无锋面 有锋面8.掌握涡度方程、w 方程和位势倾向方程（每项物理意义）⑴涡度方程为：d(ξ+f)/dt=-(ξ+f)()+各项物理意义：①散度项-(ξ+f)*D ξ>0时，水平辐散使气旋性涡度减小，水平辐和使气旋性涡度增大;ξ<0时，水平辐散使反气旋性涡度减小，水平辐合使反气旋性涡度增大②扭曲项：风垂直运动在水平方向不均匀分布引起的涡度变化③相对涡度平流：)(y v x u ∂∂+∂∂-ζζ相对涡度平流在水平方向分布不均匀时，如：沿气流方向相对涡度减小，则有正涡度平流，造成局地涡度增加，>0(槽前脊后)。

反之沿气流方向相对涡度增加，则有负的涡度平流，④地转涡度平流：-V*▼f.吹南风时，气块的f 增大，造成局地相对涡度减小，有负的涡度平流；吹北风时，气块f 减小，造成局地相对涡度增大，有负的涡度平流⑤涡度的垂直输送：-w 。

当垂直方向涡度分布不均时，如：相对涡度随高度减小，且有有上升运动时，局地涡度将增加;有下沉运动时，局地涡度减小。

⑵w 方程为：(σ▽2 + f 2∂2／∂p 2)ω= - f(∂／∂p)[-Vg •▽(f +ζg)] -▽2 [Vg •▽ (∂Φ／∂p)] - R /pC p •▽2 dQ/dt ①涡度平流随高度的变化项：-w ∝-f()[-Vg*▼(f+ξg )]。

地面低压中心附近涡度平流很小，而在其上空高空槽前为正涡度平流，并且正涡度平流在对流层高层达到最大，于是在这个地区涡度平流随高度增加，有上升运动，促使气旋发展；反之，地面高压中心附近涡度平流很小，而在其上空高空槽后为负涡度平流，于是在这一地区涡度平流随高度减弱，有下沉运动。

②厚度平流项：-▼2[Vg*▼()]∝Vg*▼()=-R/P*V*▼T 为冷平流区，有下沉运动；在地面低压中心之前，高压中心之后，高空脊上，地砖风随高度顺转，为暖平流，有上升运动③非绝热加热：-▼2dQ/dt ∝dQ/dt 。

dQ/dt>0加热区有上升运动w<0; dQ/dt<0冷却区下沉运动w>0;非绝热变化中，潜热对气旋发展影响最大。

降水越大，该作用越强⑶位势倾向方程为：（▼2+f 2/σ*）=-fVg*▼(f+ξg)+f 2/σ(-Vg*▼)-f 2R/C P P σ**dQ/dt ①地转风的绝对涡度平流项，可以分为两部分-fVg*▼(f+ξg)=- Vg*▼f- Vg*▼ξgA.地砖涡度平流：- Vg*▼f 。

长波主要考虑▼f>▼ξg ，则维度效应更重要，槽前有负涡度平流，使高度升高；槽后有正涡度平流，高度下降，故槽脊西行，系统移动与基本气流相反B.相对涡度平流：- Vg*▼ξg 。

短波地转风绝对涡度平流的强弱取决于地转风相对涡度平流。

槽前脊后等亚面高度降低（正涡度平流）；槽后脊前等亚面高度升高（负涡度平流）。

槽线和脊线上- Vg*ξg=0，涡度平流为零，等亚面高度没有变化，因此涡度平流使槽脊移动②厚度平流（温度平流）随高度变化项——槽脊发展：- Vg*▼（）=R/pVg ▼T 暖平流区Vg ▼T<0，当暖平流随高度减弱（随气压增强）时，（-Vg*▼()）<0,则等压面升高>0; 冷平流区Vg ▼T>0,当冷平流随高度减弱（随气压增强）时，即底层冷平流强，高层冷平流减弱时，（-Vg*▼()）>,则等压面降低 <0③非绝热加热随高度的变化项，非绝热加热随高度减小时，等压面升高，反(y v x u ∂∂+∂∂-ζζ之降低。

9.能用上式解释温带气旋的发展。

温带气旋主要是在锋区上发展起来的，有很大的斜压性，在其发展过程中温度场落后于气压场，在此种温压场配置下，气旋的发展过程为：①高空槽前脊后在：即地面低压上空的地区有正涡度平流。

由涡度方程，气旋性涡度应增加，导致流场域气压场不适应，在地转偏向力作用下产生气流辐散，由质量守恒低压气流产生上升运动，产生辐合，地面低压加强。

故高空槽前正涡度平流使地面气旋发展，使高空系统移动②高空槽前脊后：负涡度平流，反气旋性涡度增加，在地转偏向力作用力下产生辐合，由位势倾向方程和w方程，高空等亚面上升，产生下沉运动，底层气压增大，产生反气旋式辐散，故高空负涡度平流使地面反气旋发展，使高空系统移动③高空槽区：槽区下部为冷平流，由位势倾向方程和w方程，高空等亚面下降，高空槽加深，在气压梯度力下产生高空辐合气流，有下沉运动使地面加压，产生底层反气旋辐散，故冷平流使高空槽发展（加深），使地面系统向前移动④高空脊区：下部为暖平流，高空等亚面上升，气柱内有上升运动，使地面减压，产生气旋式辐合，故暖平流使高空脊加强，使地面系统向前移动。

综上可知：动力因子使地面系统发展，高空系统移动（涡度平流作用）;热力因子使地面系统移动，高空系统发展（温度平流作用）10.锋面过山，在山脉的迎风面和背风面会发生怎样的变化？从地形对锋生锋消的作用方面考虑。

⑴①锋面迎风面上升时，受密度差异和地形的影响，锋面将抬升，处在高空槽前的暖空气抬升速度大于槽后冷空气，由上升运动引起的空气绝热冷却在暖空气中比冷空气更甚，所以锋面两侧温差减小，产生锋消②冷锋从背风坡下降时，锋面下沉，且冷锋后的冷空气下沉比锋前暖空气更甚，下沉绝热增温在冷空气中比暖空气大，所以锋面两侧的温差减小，产生锋消③冷锋过山：当冷锋移动和它平行的山脉时，正对山脉的一段锋受阻而停滞，当山脉绵延很长很大时，可在迎风面形成地形准静止锋；当冷空气厚度超过山的高度时可越过山前进，若冷空气较薄或山较高时，受阻的冷锋段不能过山，此时绕过山的两段冷锋相遇可形成地形固囚锋，把暖空气抬举于山区上。

在迎风面，风移速减慢，坡度增大，锋面加强，锋前暖空气受挤上升，云发展，降水旺盛。

背风面，气流下降，云层消散，降水区变窄⑵暖锋过山：迎风面，锋后冷空气中出现云，同时锋上暖空气上升加强，云层增厚，降水加强。

背风坡天气晴朗，云消雨散。