准地转运动理论与其有效推广和应用.ppt

地转近似： 类似有： 因而水平动量方程化为 地转平衡 Boussinesq 近似 由运动方程 （1），（2），（3）加上以下质量方程，状态方 程和热力学方程： 设背景态本身满足静力平衡 则偏差量也满足静力平衡方程 代入（7）式则有 （14） 在 Boissinesq 近似下，热力学与动力学解耦。 准地转运动 在Bossinesq 近似下，忽略f的变化，地转平衡可表示为 静力平衡可写作 现求非线性Boussinesq方程比纯地转平衡给出的近似式。为此引入非地转速度 (18) 准地转平衡一般对大尺度，低频运动成立（除低纬外），特别是要求Rossby 数要小 方程（19）右边项城伸长项，因它通过垂直运动差能制造涡度 垂直速度 代此方程到（19）可得到准地转位涡方程 参考文献 请参看教科书第二章所列相关文献 完 在两熵面间绝热无摩擦地从A’B’移动的气柱AB准地转位涡物理特性说明的示意图。气柱伸长，稳定度减小（大于干绝热，见图中细线） （麦文健，2010） 诊断应用 QL 图2.2（a）：1986 年9月1日0000GMT 500hPa位势高度场（实线，+ 位势（dam）和绝对涡度场（虚线，间隔：2×10-5s-1）；十字圆圈：强对流层低层冷平流和正涡度平流区：双圈：地面气旋中心位置。实线：500hPa 绝对涡度最大值线。十字叉号：厚度场中的温度槽线（Carlson，1998） 图2.2（b）海平面气压场（实线为1000hPa以上的hPa值），锋区和 1000-500hPa的厚度场（虚线，dam）。时间同图2.2（a）。圆圈十字号：强冷平流和强正绝对涡度平流都存在的地区。在下角的黑正方形是单位平流力管。 （Carlson，1998） 图2.2（c）1986年9月11日0000GMT 海平面变压线（实线）（2hPa/3h）间隔），地面锋，地面天气（Carlson，1998） Q-向量 Q-向量的进一步阅读材料 Q-向量实际上是准地转 方程另一种可以直接 应用的直观形式。为什么叫Q向量，有人认为是取 QG理论的Q一字。读者可参看Bluestein（1992）的 Synopti-Dynamic Meteorology（Vol.1）。也可参 看Hoskins等人（1978年)的原始文献。这里就不再 给出了。只写出最后的结果。 -方程现在表达为： 其中 或 Q向量的优点主要有： （1）只需一层的资料计算Q向量（只有水平微分）， 而不像 方程中计算平流差需两个层次的资 料；（2）Q向量可用图解法表示，即分析温 度和高度场可清楚地画出Q向量，再由其散推 出垂直运动和非地转风。 补充教材 尺度分析方法 考虑中纬度大尺度天气系统，其时空尺度的特征量值为： 代入运动方程 上式有： 代入特征值得到（单位ms-2）： 第二讲 准地转运动理论及其推广和应用 丁一汇 国家气候中心 高等天气学讲座 (2014春季) 1.天气分析和预报的主要方法 前提：动力气象学和大气环流的基础知识 基础知识是理解和应用天气分析和预报之钥和前提。也是 能够解释和深入认识天气系统演变和天气现象发生过程和机 理的必备知识。基础知识愈广愈深，愈能增强预报员决策时 的信心。在数值预报为主时代，也有助于能更好掌握和理解 各种诊断和预报方法的结果。 除了具备、扎实的基础知识之外，还应考虑以下四点： 天气系统演变和概念模式，如由温带气旋概念模 式外推降水与云区； 运动学方法和动力学诊断，如由计算垂直运动， 水汽辐合区，层结不稳定区确定未来的降水区； 统计相关和统计预报，其中选取预报因子是关键。 由统计方法发展到与模式产品相结合产生了MOS和 PP方法。这是目前数值预报产品适用的一种主要 方法，它是数值预报的一种必要补充。 数值天气预报，其中降水和对流系统预报是最困 难的。新一代天气预报员的主要任务是如何更好 的解释和应用数值产品，判断误差和局地效应的 影响（体现人机交互的作用）与科学决策。此外， 一个预报员还必须掌握检验模式结果与数值模拟 的方法，以能从统计和动力学方面理解成功预报 与失败预报的原因。 一个优秀的预报员除了必须掌握第四种方法外， 至少还应掌握其它三种方法中的一种或二种。领 班预报员必须具备有关上面四种方法的广泛知识 和对天气过程的深入理解，最终是提高和增强对 天气事件的洞察力（Ramage,1972）。在经验预 报时代是如此，现代客观预报时代也是如此。 天气分析和预报最关键的两个量是垂