现代天气学动力诊断分析及其应用

天气学诊断分析 实习报告

学号：20111336086 姓名：缪 昊 班级：长望1班

一、实习目的

熟练使用天气学原理和中国天气中的知识，诊断分析常用的动力和热力参量 （涡度、散度、相对湿度、水汽通量、水汽通量散度等）。

1、学会使用Fortran 程序读入有格式的数据文件，输出二进制数据文件。 2、学会使用Fortran 编程计算涡度、散度、相对湿度、水汽通量等动力和热力参量。

3、学会使用Grads 读入二进制数据文件，绘制等值线图、矢量图等，并存储。

4、掌握如何分析得到的各物理量的图形。

二、实习要求

完成计算各物理量的Fortran 程序，并画出各物理量的图形，结合所绘出的图形，分析南方气旋形成时各要素场的配置情况，对这次降水过程进行天气诊断分析。

三、实习资料

观测资料：计算范围：东经32~160，北纬12~80，格距 4*4。所给要素为高度场，风场，温度以及温度露点差，共11层。

四、实习内容

1. 利用所给资料（格点）和绘图软件绘制等高线、等压线、等温线，了解当时

环流形势（主要是500和850hPa）。

2. 计算涡度（实测风涡度和地转风涡度）和散度（主要是300，500，850

一、实习目得

熟练使用天气学原理与中国天气中得知识,诊断分析常用得动力与热力参量(涡度、散度、相对湿度、水汽通量、水汽通量散度等)、

1、学会使用Fortran程序读入有格式得数据文件,输出二进制数据文件;

2、学会使用Fortran编程计算涡度、散度、相对湿度、水汽通量等动力与热力参量。

3、学会使用Grａds读入二进制数据文件,绘制等值线图、矢量图等,并存储。

４、掌握如何分析得到得各物理量得图形。

二、实习要求

完成读取数据及利用给出得资料数据计算各物理量得foｒtran程序,将已有基本量数据及计算出得物理量数据写入oｕt、ｇrｄ文件里。利用GRADS软件画出具有代表性得高度上得各物理量得图形,结合所画出得图形及韩国分析图与辅助图分析2009年4月1８—２0日南方气旋发展过程得各要素场配置情况,对这次过程进行天气诊断分析、

三、实习内容(含数据资料与方法说明)

实习资料:计算范围:东经32～１60,北纬１2~80,格距４*4、所给要素为高度场,风场,温度以及温度露点差,共11层。

实习内容方法说明:

１、利用所给资料(格点)与绘图软件绘制等高线、等压线、等温线,了解当时环流形势(主要就是５00与８50hPa)、

２.?计算涡度(实测风涡度与地转风涡度)与散度(

实习资料:

该过程的观测资料和再分析资料，实习要求用micaps资料进行计算和分析。 1、观测资料：计算范围：东经30-160，北纬10-80，格距 2.5*2.5。所给要素为高度场，风场，温度以及温度露点差，共11层。时次是2013年5月21日08时到2013年5月31日18时，每12小时一次，共22个时次。

2、再分析资料：东经30-160，北纬10-80，格距 2.5*2.5。所给要素为高度场，风场，温度以及比湿（单位为：kg/kg），共17层，时次是2013年1月1日00时到2013年5月31日20时，每6小时一次，共604个时次。

实习内容：

1. 利用所给资料和绘图软件绘制等高线、等压线、等温线，了解当时环流形势

（主要是500和850hPa）。

2. 计算涡度和散度（主要是300，500，850hPa），500hPa实测风涡度平流，计

算850hPa温度平流并绘图，利用高空和地面形势预报方程，从热力和动力因子分析南方气旋生成、发展的原因，以及散度高低层的配置。

3. 计算850，700，500hPa水汽通量并绘图，分析水汽通量输送较大的层次及

水汽通量散度，指出水汽输送通道大致范围，并说明水汽辐合区域的位置，什么位置有利于降水的发生，

天气学原理基础

一、大气运动的基本特征

1、真实力：气压梯度力、地心引力、摩擦力

（1）气压梯度力：作用于单位质量气块上的净压力，由于气压分布不均匀而产生

（2）地心引力：地球对单位质量空气的万有引力 不变，指向地心。

（3）摩擦力：单位质量空气受到的净粘滞力 一般只在行星边界层（摩擦层）考虑摩擦作用，自由大气中则忽略摩擦作用。 2、视示力：惯性离心力、地转偏向力

惯性离心力：地球受到了向心力的作用却不作加速运动，违背牛顿第二定律，为了解释这种现象引入惯性离心力，其大小与向心力相等而方向相反

地转偏向力(科氏力）：观测者站在旋转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，在南半球向左偏的力。称此力为地转偏向力，又名科氏力。由于坐标系的旋转导致物体没有受力却出现加速度，违背牛顿第二定律，从而引入，以使牛顿运动定律在旋转参考系中成立 地转偏向力的特点：

在纬圈平面内；只改变气块运动方向，不改变其速度大小；在北半球，

1

地转偏向力指向运动方向右侧，在南半球，地转偏向力指向运动方向左侧；地转偏向力的大小与相对速度成正比

重力：地心引力与惯性离心力的合力。重力垂直于水平面，赤道最小，极地最大

重力是垂直方向上的，而大

天气学原理

Char1 大气运动的基本特征

1、真实力：气压梯度力、地心引力、摩擦力

（1）气压梯度力：作用于单位质量气块上的净压力，由于气压分布不均匀而产生 （2）地心引力：地球对单位质量空气的万有引力 （3）摩擦力：单位质量空气受到的净粘滞力

2、视示力：惯性离心力、地转偏向力

惯性离心力：地球受到了向心力的作用却不作加速运动，违背牛顿第二定律，为了解释这种现象引入惯性离心力，其大小与向心力相等而方向相反。C=Ω2R

地转偏向力：由于坐标系的旋转导致物体没有受力却出现加速度，违背牛顿第二定律，从而引入，以使牛顿运动定律在旋转参考系中成立。 地转偏向力的特点：A= -2Ω×V

（1）地转偏向力A与Ω相垂直，在纬圈平面内

（2）地转偏向力A与风速V垂直，只改变气块运动方向，不改变其速度大小 （3）在北半球A在水平速度的右侧，在南半球A在水平速度的左侧

（4）地转偏向力的大小与相对速度成正比，V=0时，A=0；只有在做相对运动时A才存在 重力：地心引力与惯性离心力的合力。重力垂直于水平面，赤道最小，极地最大。

3、地转偏向力与水平地转偏向力有何相同与不同？

水平地转偏向力：大气中垂直运动一般比较小，气块的运动主要受x方向和y方向的

天气学原理试题库

一、 单选题

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 23 25 26 27 28 29 30 31 32 32 34 35 36 37 38 38 39

行星尺度是： B 10000千米

暖平流是： B 从暖区流向冷区 地转风是由于： A 地转偏向力与气压梯度力平衡 气压梯度力是： B 基本力 地心引力是： B 基本力 惯性离心力是： A 外观力

科里奥利力是由什么原因产生的：A相对运动 地球吸引 正压大气是： B 大气密度仅随气压变化 地转偏差是： D 实际风与地转风之差 锋面是： C 冷暖气团交界 冷锋是： A 冷气团强

气旋按热力结构可分为： C无锋和锋面气旋 涡度指的是： D 流体速度旋度 d(f+ξ)/dt=0表示： D绝对涡度守衡 在气旋性环流中：A地转风>梯度风 温度槽落后高度槽时： A 高度槽加深 在高空槽后有 B 有负涡度平流 在槽前脊后 C 等压面降低 在高空槽后有 B 有下沉运动

对中尺度系统，涡度

作业1

1.什么是气团？气团形成需要什么条件？

答：气团指在水平方向上物理属性比较均匀、水平梯度小的大块空气。其

水平范围可达几千公里，垂直高度可达几公里到十几公里；气团的形成条件：1)大范围物理属性相对均匀的下垫面。2)合适的环流条件，以保证空气停留时间较长。

2.气团形成主要通过哪些过程？

答：(1)辐射，是空气与下垫面、空气与空气之间交换热量的一种方式。(2)

乱流和对流，可以把低层空气获得的热量和水汽带到上空，从而使较厚气层的属性受到下垫面的影响。(3)蒸发和凝结，是空气与下垫面、空气与空气之间交换水分和热量的一种方式。 (4)大范围的垂直运动。

3.气团离开源地后是如何变性的？为什么一般冷空气变性快？ 答：随着下垫面性质的改变，气团属性也发生改变；由于冷空气稳定度变

小，乱流对流易发展。暖气团经过冷气团地面，气层更趋于稳定。所以冷空气变性比暖空气速度快。

4.影响我国的气团主要有哪些？

答：西伯利亚气团、热带大陆气团、热带海洋气团、赤道气团。

5.理解锋的概念，锋的三维结构。

答：当不同物理属性的气团靠近，如冷、暖气团靠近时，密度大的冷气团通常会契入暖气团的下方，于是冷暖气团之间形成向冷气团一侧倾斜的狭窄过渡区，这

1、冷暖平流

在高空天气图上定性判断温度平流的方法是：将等高线近似看作流线，若流线与等温线相交，且流线由冷区指向暖区，则为冷平流，反之流线由暖区指向冷区，则为暖平流。而等高线与等温线平行区为平流零线所在。温度平流的强度决定于温度梯度、风速大小和等高线与等温线夹角。

4、冷输送带：

冷输送带来源于气旋的东北部，为反气旋式的辐散流出气流，位于地面暖锋前侧和暖输送带之下，相对于移动的气流向西运动，这支冷气流，称为冷输送带。因接收从暖输送带中落下的降水迅速蒸发而变湿，当冷输送带的空气向西运动接近气旋中心或接近暖锋的地面锋线时，摩擦辐合上升增强，可能与暖输送带合并作反气旋旋转上升，形成了大尺度的逗点云系的一个组成部分。中纬度锋面系统中的云和降水的形成除暖输送带作用外，锋区的云与降水的形成还与冷输送带有关。 等压线分析；

空间等压面与某一平面的交线称为该平面上的等压线，如空间等压面与海平面的交线就称为海平面等压线。等压线的分析，实际上就是气压场的分析。 ①、遵循等值线分析原则；

②、遵循地转风原则，风向与等压线近于平行； ③、遵循梯度风原则，风速大的地方等压线密； ④、同时考虑边界层内地形和摩擦的影响。 等压线分析；

空间

前言

一、 天气学发展史

17世纪以前，“经验时期”《气象通典》。

17—19世纪初，“实验时期”（1820）第一张天气图的产生——大气科学成为一门独立的学科。 19世纪20年代——现在“理论研究时期”。

第一个阶段：1820—1920年 ， 分析地面天气图——简单外推预测天气。

第二个阶段：1920—1940年 ， 挪威学派V.Bjerknes “锋面理论和气旋波动理论”。 第三个阶段：1940—1960年 ， 芝加哥学派Rossby “大气长波理论”。 第四个阶段：1960—现在 ， 产生多门学科来预测天气。 二、 天气学的研究对象

研究整个地球大气的天气现象和天气过程的规律及其物理本质——预测天气。 三、 天气学的研究方法

1、 天气图——工具

建立天气模式，分析天气过程的演变规律。

2、 定性的物理分析方法。a)天气图看懂.b) 公式意义明确. 四、 课程内容和参考书

1——5章

《天气学》梁必琪等 五、要求

1、 天气学 、天气分析、动力气象联系学习。 2、 认真阅读课本。 3、 每章思考题——记忆。 4、 考试：思考题。

第一章 大气运动的基本特征

第一节

影响大气运动的作用力

一 , 气压梯度力：单位质量动气块受到的大气的净压

第一章

d1、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？

答：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）、气压梯度力：当气压分布不均匀时，单位质量气块上受到的净压力称为气压梯度力。

??表达式： G??1?p?

???拉普拉斯算子：? ??i??j??k?x?y?z

-▽p为气压梯度，由气压分布不均匀造成。G的大小与ρ成反比，与▽p的大小成正比

??G的方向垂直等压线，由高压指向低压 ???KM?R?*（2）、地心引力：地球对单位质量的空气块所施加的万有引力。表达式： G0??2??a?R?其中：K：万有引力常量，M：地球质量， a：空气块到地心的距离 大小： 不变，常数方向： 指向地心。

（3）. 摩擦力：单位质量空气所受到的净粘滞力。 表达式：

其中：为粘滞系数大气为低粘性流体，一般只在行星边界层（摩擦层）考虑摩擦作用，自由大气中则忽略摩擦作用。 （4）、视示力：由旋转坐标系的加速作用而假想的力（惯性离心力、地转偏向力）

1. 惯性离心力：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