苗春生教授博导-南京信息工程大学大气科学与环境气象教学中心39页PPT
第二章气团与锋081 [自动保存的]
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层变得不稳定。
下沉增温对于干冷空气变为暖气团起着重 要作用。秋季大陆变性气团
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三、气团的变性
气团变性含义： 当气团在广大的源地上取得大致与源地相同的 物理属性后，离开源地移至与源地性质不同的下垫 面时，两者间又产生了热量与水分的交换，气团的 物理属性逐渐发生变化。这种变化称气团变性。 定义: 气团离开源地移至与源地性质不同的下垫面时， 气团的物理属性发生了变化，称其为气团变性。
第二章 气团与锋
大气科学学院 苗春生
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引
言
20世纪初（1906年以后）V.Bjerknes and Others 系统 研究了大气状态和大气运动的理论方法 1920年后，对天气图进行分析发现在不同物理属性空气团间 发现了大气中的不连续面—锋面 坏天气 锋面－气旋模型 这一模型一直被沿用至今 本章关于气团与锋的介绍即是与这一模型直接相关的内容
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小 结
锋是三维空间的天气系统，一个不太规则的倾斜面。 它的下面是冷空气，上面是暖空气。由于冷空气比暖 空气重，因而，冷暖空气的交接区域就是一个倾斜的 界面。这个交接区域靠近暖气团一侧的界面叫锋的上 界，靠近冷气团一侧的界面叫锋的下界。上界和下界 的水平距离称为锋的宽度，等压面图上对应锋区。它 在近地面层中宽约数十公里，在高层可达200-400公里。 而这个宽度与其水平长度相比(长达数百-数千公里)是 很小的。因此，人们常把它近似地看成一个面，称为 锋面，锋面与地面相交线称之为锋线。
南京信息工程大学大气探测复习资料
南京信息工程大学大气探测复习资料第一章大气探测⒈大气探测学研究的定义、范围和特点是对表征大气状况的气象要素、天气现象及其变化过程进行系统的、连续的观察和测定；并对获得的记录进行整理。
这种探测即包括目测，也包括器测；即包括直接测量，也包括间接测量。
地面气象观测：对近地面层的大气状况进行观察和测定。
包括云、能见度、天气现象、温度、湿度、气压、风、降水、蒸发、辐射能、日照时数、冻土深度、积雪和电线积冰。
高空气象观测：利用气球、无线电探空仪、气象探测飞机、气象火箭、气象雷达和卫星等对自由大气的温、压、湿、风等要素进行探测。
专业性气象探测：根据不同的专业要求需要进行，如大气污染监测、农业气象观测特点：理论与实践相结合，基础性、前沿性⒉直接测量和间接测量指什么？直接测量：感应元件置于待测介质之中，根据元件性质的变化，得到描述大气状况的气象参数。
间接测量：根据电磁波在大气传播过程中信号的变化，反演出大气中气象要素的变化。
可以分为主动遥感和被动遥感两种方式。
⒊大气探测仪器的性能包括哪几个？惯性（滞后性），灵敏度，准确度和精密度，分辨率（力），量程。
⒋气象业务组织分哪几类？基准气候站：300-400，24次。
基本气象站：150，8次。
一般气象站：50，3次或4次。
高空气象站：300，2次或3-4次。
⒌地面观测场地要求及仪器布置。
25*25平方米；四周空阔平坦，能代表本地较大范围；四周10m 内不能种植高杆作物均匀草坪，草高不超过20cm，不准种植作物；设1.2m高稀疏围栏，内设0.3-0.5m宽小路，且只准在小路上行走，小路下建线缆沟或埋设线缆管。
⒍大气探测的三性要求指什么？代表性、准确性、比较性。
第二章云的观测⒈掌握3族10属29类云的特征和符号简写（主要是会识别云）⒉云量、云高的定义及观测方法云量是指云遮蔽天空视野的成数。
云量观测包括总云量（观测时天空被所有的云遮蔽的总成数）、低云量（观测时天空被低云族的云遮蔽的总成数）。
2 第二讲、西风带扰动
指西风带上具有大型天气系统，如大气长波、高空急流、
阻塞高压、切断低压等，它们就是大型扰动。
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二、环流指数与指数循环
中高纬度的大尺度环流型经常是两种极端的环流型交替出 现，即高指数时期和低指数时期。
1 环流指数（西风指数）
Rossby把３５°～５５°之间的平均地转西风定义为 西风指数 实际工作中把两个纬度带之间的平均位势高度差作为西 风指数Ｉ 高指数→纬向环流 低指数→经向环流
西风带长波：是指对流层的中部和上部西风带大气环流中波长 为3000～8000公里的波动。它是当西风气流发生南北扰动时， 由科里奥利力随纬度变化的效应而产生。长波的生命期约一周， 是西风带上大尺度的扰动，属行星尺度的一种天气系统，又称 行星波或罗斯贝波。 长波的发生、发展、移动和变化，对天气尺度系统（如气旋、 锋等）的强弱、移向和移速，以及未来天气的变化，都有十分 重要的作用。因此，它是天气形势预报研究的重要系统之一。
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（3）在阻塞高压区域内，西风急流主流显著减弱，同时急流 自高压西侧分为南北两支，绕过高压后再会合起来，其分支 点与会合点间的范围一般大于40~50个经度。 阻塞高压是高空深厚的暖性高压系统，在它的东西两
侧盛行南北气流，其南侧有明显的偏东风，暖高凌驾于地面 变性冷高之上，地面图上高压的东西两侧都有气旋活动，常 以西侧更为活跃。
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4、长波和大气环流及气旋的关系
长波槽和脊在维持大气环流方面，起着重要的作用。真正 呈正弦波式的长波槽和脊是极其少见的。在槽和脊发展初期， 槽线和脊线的走向大多呈东北—西南向。在槽和脊发展的同
时，强西风中心（急流中心）一般由槽后移至槽前。由于槽
南京信息工程大学(南气院)《中国天气》试题及答案
南京信息工程大学《中国天气》试题一答案一，填空：（30%）1． 寒潮是一种-大规模强冷空气活动----过程，寒潮天气的主要特征是-剧烈降温-----和—大风---------。
冷空气从寒潮关键区侵入我国的路径有-西北路（中路）---、--东路-----、--西路-------和---东路加西路------等四路。
2． 长波波速公式是-- C=-u -β(L/2л)2-------，这表明长波的波速与波长存在函数关系，因此长波是一种-正弦波（余弦波）-----波。
3． 阻塞高压是中高纬度高空---深厚---的----暖性---高压系统，它的东西两侧盛行---南北---向气流，高压的南侧有明显的偏----东---风。
4． 影响我国降水的天气尺度系统有---高空低槽-----、---地面气旋、锋面--------、--低空切变线----、-低空低涡--------、--高空冷涡、低空急流-------等。
5． 梅雨锋与一般极锋不同，在梅雨锋的两侧水平风速切变和---露点差—都较大，但—温度差---并不明显。
6． 对流性稳定度的判据是----z se∂∂θ------当>0为----对流性稳定---------，<0为----对流不稳定-----------，=0为----中性-----------。
7． 有利于强雷暴发生的几项因子有---逆温层------、---前倾槽--------、----低层辐合高层辐散----------、--高低空急流---------、---中小系统------------。
8． 季风是指---近地面层冬夏盛行风向接近相反且气候特征明显不同的---------------现象。
二，名词解释：（20%）1． 超级单体风暴：即具有单一的特大垂直环流的巨大强风暴云。
2． 水汽通量散度（包括表达式）：单位时间内，单位体积内水汽的辐合或辐散量。
)()(qv y qu x ρρ∂∂+∂∂=)(V q ρ•∇-。
《气候系统》PPT课件
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气候系统各组成部分的热力学和动力学属性差异
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空气具有最小的密度、比热容、热容量、热传导和热传导 能力，最大的热扩散率和穿透深度。
水具有较大的密度、最大的比热容、热容量和较大的热传 导能力，最小的穿透深度。
热扩散率和热传导能力是对于静态的空气和水而言的，对 于运动着的空气和水来说，其热扩散率和热传导能力分别 要比表中数字大4个和2个量级以上；
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第一章 气候系统
4、岩石圈，
即地球表层固体的壳体，包括大陆的陆块，即山体、 地表岩石、沉积和土壤，也包括海洋底部形态。
岩石圈与气候变化最密切相关的部分是地壳、地幔和 陆面的结构。它们可通过改变天气的化学成分影响地球的 气候。这种现象被称为气候变化的地质构造原因。
时间尺度是气候系统的所有组成中最长的，约为105~106年 以上；
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8
在水圈中对气候影响最大的是海洋。海洋占地球面积 的70%左右，它一方面可以储存与输送大量的能量，同时 还可以溶解与储存大量的CO2，是全球碳循环中非常重要 的部分。根据最近的估计海洋每年可以吸收17亿吨碳，占 化石燃料燃烧和工业生产排放总量的27%。海洋的环流比 大气环流要慢得多，它是由盐分与温度梯度产生的密度差 （即温盐环流）驱动的。北大西洋温盐环流是对气候影响 最显著的一种温盐环流。气候的突变与这种环流的突然减 弱或关闭有关）。
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气候系统不断地随时间演变（渐变与突 变），而且具有不同时空尺度的气候变化与 变率（月、季节、年际、年代际、百年尺度 等气候变率与振荡）。
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第一章 气候系统
三、各个子系统 1、大气系统
南京信息工程大学动力气象学资料
tM(KE)dM 0
〔2〕全位能与动能转换
t
MKdMMdMMDdM
t
MEdMMdMMQdM
dM 同时在两个方程中消失，且
正M负相反；是全位能和动能之间的转 换项。
dM M
0E,K EK; 0E,K KE.
且全位能变化多少，动能也要相 应变化多少。表达了二者之间的 转换关系，及转换机制。
Vh
KKp K(Vh
)
p
VhKpK
tK ( V h K ) p K V h D
如系统质量为M，则系统的动能方程为：
t
MKdMM(VK)dM
MVh
dM
DdM
M
KVd
KVd
KVnd 0
闭合系统的动能方程：
tM Kd M M V h dM M DdM
)
p
E t
(VhE)
p
(E)
E
(EV)
t
对闭合系统积分，得：
M d dd E t M M E td M M ( E V ) d M tM Ed
闭合系统全位能方程：
tM EdM M d M MQ dM
3、闭合系统中的能量守恒与转换：
〔1〕闭合系统中的动能方程＋全位 能方程：
tM (KE )dM M Q dM M DdM
说明： ①闭合系统：外界没有能量输入。 ②干绝热过程：没有潜热释放，且没 有太阳辐射。 ③水平稳定层结： “水平的”——等温面//等压面，正 压的； 此时全位能最小。
三、有效位能的计算
两种算法： 〔1〕算出初始状态的全位能和终态的全 位能：〔参见课本〕 有效位能＝初态全位能－终态全位能； 计算时比较简单，是由于终态不好确定 。 〔2)计算从终态到初态，气块反抗净浮 力所做的功。〔气块法〕
南京信息工程大学动力气象学PPT学习教案
t
t
u t
uiuj
—
—（1）
同理：w t
uiuj
—
—（2）
第57页/共96页
"eq." uv
w (1) u (2)
uw t
uiu
juk
"eq."
uw t
uiujuk
如此：得到某次乘积项，又
出现更高次的，忽略高次
——闭合
第58页/共96页
缺点效计果算差量（大要舍去高阶项）
优点：理论的，非经验的
第17页/共96页
第18页/共96页
思考： 已知低层具有如下的风压场配置，请 画出可能相对应的高层风压场配置。
第19页/共96页
第20页/共96页
第21页/共96页
第三节 大气的湍流运动与平均运动方程
一、湍流的概念
湍流：无规则涡旋运动 ——随机运动
与分子运动类似——无规律、不确定 性。 确定或者描述个别分之的运动是不可 能也是 没有意 义的。
第24页/共96页
可见： 1、由于湍流的作用，温度变化呈现不 确定性，瞬时看温度的增减具有随机性。 2、每隔 求其平均值 ：
＝？t才能使得这种平均值既滤去
这种随t 机变化，又体现温度日变化的规
律。
第25页/共96页
瞬时值 — 随机、不确定；
因此 平均值 — 有规律。
类似于分子运动的研究方法，
研究平均运动规律，但考虑湍流 运动的影响。为此对任意一个物 理量q, 我们令：
Txz
Tyz
Tzz
是对称张量，6个分量独立
第46页/共96页
Tz Tzxi Tzy j Tzzk
作用于法向为z轴的平面上的湍流粘性 应力矢 量；
大气科学概论PPT概要
第二节
大气的铅直结构
第二节
对流层： 特点：
大气的铅直结构
主要天气现象均发生在此层。 温度随高度升高而降低。（平均高度每升高100m， 气温下降0.65℃。） 空气具有强烈的垂直运动和不规则的乱流运动。
大气成分与结构
大气的组成
大气的铅直结构 大气的物理性质
第一节
大气的组成
地球大气由三个部分组成: 干洁大气（即干空气） 水汽 悬浮在大气中的固液态杂质
表2-1 干洁大气的成分（高度25km以下） 气体成分 氮 氧 氩 二氧化碳 臭氧 干洁大气 所占体积（%） 78.08 20.95 0.93 0.032 0.00006 100 临界温度（℃） -147.2 -118.9 -122.0 31.0 -5.0 -140.7 临界压强（大气压） 33.5 40.7 48.0 73.0 92.3 37.2
大气成分
二、水汽
作用：
在天气气候变化中扮演了重要角色。
能强烈吸收地面放射的长波辐射并向地面和周围大气放 出长波辐射，对大气起着“温室效应”。
三、大气中的杂质
大气中悬浮着的各种固体和液体微粒（包括气溶胶粒子和
大气污染物质两大部分）。
气溶胶粒子： 作用：
吸收太阳辐射，使空气温度增高，但也削弱了到达地
二、太阳高度角、太阳方位角和昼长
太阳高度角 （h） 定义 太阳光线与地表水平面之间的夹角。(0°≤h≤90°)
赤道地区一年中春分和 秋分时太阳高度角最大， 冬至和夏至时，太阳高 度角最小。
水平面上得到的太阳辐射能随着h的增加而增加。 h的计算公式
如何撰写论文
论文的三个阶段，四个环节 三个阶段：选题、实施（计算，绘图表，讨论分析思 考）、写作 四个环节：“读”、“问”、“做”、“写”
*
读： 阅读文献，了解动态，把握动态 问： 发现问题，提炼问题，创新思维 “问题”是打开一切科学大门的钥匙， “发问”是“研究型”学习的一种方式
*
4、在东西方向上可以以赤道波系中的Kelvin波和Rossby波
作为载体，但在南北方向上是什么物理机制使得传播的环 路得以闭合？
5、冷、暖异常信号发展到一定强度关系到波动不稳定，然而
波动不稳定条件是什么？ 6、东传的Kelvin波（理论上的）与实际观测的是否一致？
如不一致，信号传播的载体是否一定是Kelvin波？
2.4
从社会需求中来
如何灵活运用分析方法
对现有的各种资料（含预处理）根据研究问题的需要
采用合适的分析方法。
对现有各种资料进行再加工得到一组新的资料再根据研究
的需要采用合适的方法，如采用资料的变率、梯度、距平相关、
展开量、组合量等。
构造各种描述天气现象和天气事实的物理参数，再进行分析。 对各种经验进行量化，从而得到一种表征经验的定量资料， 然后再进行分析。
科研工作浅谈及气象论文撰写
南京信息工程大学： 苗春生
气象研究方法：计算、分析、诊断、实验、模拟、 研究
气象科技工作浅谈
科研选题是科学研究过程中具有战略意义的首要问题和关键环节。 科研选题的标准：
(1)需要性。科研选题应面向社会需要和学科发展的需要，必须要以人们的需 求和促进社会进步为前提，充分体现出科学技术是第一生产力的宗旨，同时能够 促进学科的发展。 (2)创造性。科研选题应是前人没有解决或尚未完全解决的疑难问题，并预期 能从中产生创造性的科学技术成果。创造性原则是科研选题的一条根本性原则。 (3)科学性。科研选题要有一定的科学理论和科学事实作为根据，把课题置于 当时的科学技术背景下，并使之成为在科学上可以成立和可以探讨的问题。 (4)可行性。科研选题应与自己的主、客观条件相适应。 (5)效益性。科研选题需有合理的科研投入和成果应用产生的效益比。科研投 入低，成果推广面大，持续时间长，其效益性就越大。 原始性创新研究选题，属于科研选题。需要突出强调的，首先是创造性。原创性 科研选题的创新性要立足于这样两个方面：1）理论上的创新；2）方法上的创新。 其次是需要辨证地理解效益性。效益包括社会效益、经济效益，现实效益、 潜在效益，长期效益、短期效益，直接效益、间接效益等多重属性，在选择原创 性课题时应辨证地加以考证
第1章 大气科学概论(南京信息工程大学 大气概论)
卡 西 尼 " 首 次 近 访 土 卫 六
研究手段和方法
观测是大气科学研究的基础 分析和诊断是大气科学的基本研究方法 数值模拟对于大气科学研究发展的作用
生病了 看医生 诊 断
有过程 做预报 诊 断
体温 血压 心率 打针 吃药 死了
体液 生化 病理 做手 术 癌症
透视 B超 CT
天气 经验 特征 常规经 验预报
沙尘天气过程（上） 平流层大气物理（下）
温度、海平面和北半球 积雪变化（右）
▲大气科学的学科分支
大气探测、 气候学、 天气学、 动力气象学、 大气物理学、 大气化学、 人工影响天气、
天气动力学和气 候动力学
卫星气象学
雷达气象学
应用气象学等。
（一）大气探测：
是一门研究探测地球大气 中各种现象的方法和手段 的学科。按探测范围和探 测手段划分，大气探测有 地面气象观测、高空气象 观测、大气遥感、气象雷 达、气象卫星等次一层分 支。探测手段的飞跃往往 带来以往难以预计的重大 发现,在大气科学的发展进 程中,大气探测起了十分重 要的作用。
云中冰／水的 CloudSat 质量 MLS AMSR 云微物理特性 MODIS CloudSat PARASL 降 水 CloudSat AMSR
极 地
温室气 体
太阳辐 射
赤 道
冰原
涌 升
侵 蚀 风 化
降 水
蒸 发
地球气候系统及其各分量间的相互作用
一.研究对象1──大气圈
2.地球大气的组分 地球大气的组分以氮、氧、氩为主， 它们占大气总体积的 99.96％。其 他气体含量甚微，有二氧化碳、氪、 氖、氦、甲烷、氢、一氧化碳、氙、 臭氧、氡、水汽等。大气中还悬浮 着水滴、冰晶、尘埃、孢子、花粉 等液态、固态微粒。