第0章 绪论
天气学的含义：天气学原理是研究不同尺度的天气系统和天气现象发生发展及其变化的基本规律，并利用这些规律来预测未来天气的科学。
天气系统：在时间或者空间上可以与其他系统区别开来的一个实体。在系统与系统之间存在着界面，而各系统的物理量可以通过界面交换。
天气过程：天气系统随时间的演变过程或天气现象随时间的变化过程。
气压：在任何表面上，由于大气的重量所产生的压力，单位面积上所受到的力，叫做大气压力。（毫巴或百帕）
- 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
- 地转偏向力：p是由于地球自转而使地球表面运动物体受到与其运动方向相垂直的力。不会改变地球表面运动物体的速率（速度的大小），但可以改变运动物体的方向。
天气系统分为三个尺度：大尺度、中尺度、小尺度
大气运动方程组
常用的天气学的研究方法——天气图、天气预报、卫星、雷达、人工智能
第一章 气团与锋
锋面和气旋是中纬度最典型的两类天气系统
气团定义：从地表广大区域来看，存在着水平方向上物理性质(温度、湿度、稳定度等) 比较均匀的大范围空气团。
气团的性质：
水平范围常可达几百到几千公里；垂直范围可达几公里到十几公里；
水平温度差异小，一百公里范围内的温度差为1℃ ，最多不超过2 ℃；
垂直方向上气象要素分布相同（包括稳定度）。
气团形成条件：
①下垫面性质均匀的广阔的地球表面（大沙漠、大平原、大洋、冰雪覆盖），为气团源地（形成气团的温、湿特性比较均匀的地区，能把自身物理属性传递给大气）。
②空气运动——下沉辐散，稳定的环流
气团形成方式：各种尺度的湍流、系统性垂直运动、蒸发、凝结和辐射等物理过程。
大气中最激烈的天气主要发生在冷暖气团的交界面上。
交界地区靠近暖气团一侧的界面叫作锋的上界，靠近冷气团一侧的界面叫作锋的下界
l锋区：冷暖气团相遇，存在一个狭窄的过渡带，此过渡带随高度向冷区倾斜，称此过渡带为锋区。
l锋面：在近地面层中过渡带宽约数十公里，在高层可达200-400公里。宽度与其水平长度相比(长达数百-数千公里)是很小的。人们常把它近似地看成一个面，即锋面。
l锋线：锋面与地面的交线。
锋面向冷区倾斜的原因：
冷暖气团密度不同+地球自转
暖锋来之前是负变压，冷锋过后是正变压
锋的分类
- 按照锋面移动过程中冷暖气团的主次地位决定：
①冷锋：
锋面在移动过程中，冷气团起主导作用，推动锋面向暖气团一侧运动。暖气团被迫上滑，锋面坡度较大。
冷锋附近出现高积云，积雨云，卷层云，卷云；天气现象较为激烈。
冷锋有一型冷锋和二型冷锋
②暖锋：
暖锋附近出现雾，层云，雨层云，高层云，卷层云；天气现象较为温和。
③准静止锋：
冷暖气团势力相当，锋面移动很少。实际工作中，一般把6小时内锋面位置无大变化或24h移动在2纬度范围以内的锋定为准静止锋或简称为静止锋。
降水强度小，持续时间长；使阴雨天气持续时间长达10天至半个月。
种类——云系发展在锋上、云系发展在锋下
④锢囚锋：
暖气团、较冷气团、更冷气团相遇时先构成两个锋面，然后其中一个追上另一个锋面即形成锢囚。迫使冷锋前的暖空气抬离地面，锢囚到高空。将冷锋后部冷气团与暖锋前面冷气团的交界面，称为锢囚锋。
- 按锋的伸展高度分类
对流层锋、地面锋、高空锋
- 按气团的不同地理类型分类：
冰洋锋（北极锋）、极锋、副热带锋
物质面：由相同空气质点组成的不连续面。
影响锋面坡度的要素：
1) 其他条件不变，锋面坡度随纬度增高而增大
2) 冷暖气团的平均温度越高坡度越大
3) 锋两侧温差越大坡度越小，温差为零则不会有锋面
4) 锋两侧风速差为零时，锋面不存在；锋存在时则两侧平行于它的地转风分速应具有气旋式切变
5) 锋附近气流曲率很大时应用梯度风公式，即气旋曲率越大的气流中锋面坡度越大
论述密度零级不连续的前提下锋面附近温度、气压、风场和变压场的特征。
答：①温度场——
水平方向上：锋区内梯度＞锋区外梯度 ，锋区内温度水平梯度大于锋区外部的温度水平梯度；
垂直方向上：锋区内梯度＜锋区外梯度 ，锋区内产生逆温（随高度增加温度升高）；
高空锋区为等温线的密集带，向冷区倾斜，与地面锋线平行。
②位温——
水平方向，等压面内水平等位温线密集，锋区内的位温线与锋区平行。
垂直方向，位温垂直梯度在锋区内比在气团内大很多，位温在锋区内随高度增大很快。
绝热条件下，等位温面与锋面平行
③气压——
在垂直于锋面的方向上，锋面两侧的气压梯度是不连续的，等压
线通过锋面时发生弯折，折角指向高压。
冷气团中气压梯度大于暖气团中的气压梯度
④风场——
水平方向，锋两侧的风具有气旋式切变和气流辐合；
垂直方向上：
a. 冷锋后有冷平流——自下而上穿过锋区，风向逆时针
暖锋前有暖平流——自下而上穿过锋区，风向顺时针
b. 锋区上空存在急流：极锋锋区和副热带锋区存在西风急流。
⑤变压场——
冷锋、暖锋均是锋前变压代数值小于锋后变压代数值
暖锋前地面减压（负变压）
冷锋后地面加压（正变压）
冷锋前暖锋后，静止锋附近：变压不明显
单站测风（高空测风资料的应用）：
1、热成风方向大致代表锋的走向
热成风与平均温度线平行，背热成风而立高温在右
2、根据风向随高度的转变确定锋的性质
3、原点与代表锋面的热成风的垂线代表锋的移向和速度
锋生：指密度不连续性形成的一种过程或指已经有的一条锋面，其温度或位温水平梯度加大的过程。
锋消：指与锋生作用相反，也即密度不连续性减弱，或温度、位温水平梯度减小的过程。
我国的锋生区
北方锋生带：河西走廊——东北，40°~50°N，与极锋锋区对应
南方锋生带：华南——长江流域，20°~30°N，与副热带锋区对应
我国的锋消区
青藏高原以东
第二章 气旋与反气旋
气旋：同一高度上中心气压低于四周的流场中的涡旋系统。气旋中空气在北半球逆时针旋转，在南半球顺时针旋转。
反气旋：同一高度上中心气压高于四周的流场中的涡旋，反气旋周边的空气在北半球顺时针旋转。
气旋、反气旋的水平尺度以最外围闭合等压线的直径表示
反气旋的水平尺度>>气旋
涡度方程（P坐标系中的垂直涡度）
1、相对涡度平流项（短波）
D区为正涡度，E区为负涡度；B处为负的涡度平流，A区为正的涡度平流，槽脊处涡度平流为零（正圆形的高低压系统无曲率变化，涡度平流为零）；主要在槽前脊后和槽后脊前。
2、地转涡度平流（长波）
f只和纬度有关，随纬度的增大而增大所以始终大于零，
地转涡度平流项至于v的正负有关
v>0从南往北吹为南风，把小的地转涡度吹向大的地转涡度，产生负的地转涡度平流；
V<0从北往南吹为北风，把大的地转涡度吹向小的地转涡度，产生正的地转涡度平流；
槽前脊后地转涡度平流为负的，槽后脊前为正的。
长波槽&短波槽
对于短波（短波槽东移）——
槽前脊后相对涡度平流为正的，对应的气旋曲率变大，低压系统发展、高度场在下降（高度场和气压场一致）
槽后脊钱相对涡度平流为负的，对应的反气旋变大，高压系统发展、高度场在上升（高度场和气压场一致）
对于长波（长波槽西退）——
槽前脊后地转涡度平流为负的，对应的反气旋曲率变大，高压系统发展、高度场在上升
槽后脊钱地转涡度平流为正的，对应的气旋变大，低压系统发展、高度场在下降
3、涡度垂直输送
ω是P坐标系下的垂直输送
w是Z坐标系下的垂直输送
相对涡度随高度增加。ω<0,上升运动，局地涡度减小；反之局地涡度增加。
4、涡度倾侧项
由于垂直速度在水平方向分布不均匀，使涡度水平分量转化为铅直分量。
涡度倾侧项体现了水平涡度和垂直涡度在一定流场配置条件下可以相互转换。
5、涡度散度项
相对涡度散度项：流场辐合增强、辐散减弱（芭蕾舞，气柱上山）
地转涡度散度项
应用位涡守恒，解释气流过山形成背风槽
根据位势涡度守恒，绝对涡度的垂直分量和气柱的比值为一常数
气流在爬越山脉时，迎风坡有地形强迫产生的上升运动，气柱厚度减小，则相对涡度应随之减小，因为初始时相对涡度为零，所以在这时应有相对涡度ζ小于零，气流便产生反气旋式曲率，则空气将转向南运动；下山时，气柱厚度增大，相对涡度增大，即上山时具有的反气旋式曲率减小，若山脉是对称的，则上山过程的作用北下山的相反作用所抵消，但是因为气流过山的全过程是反气旋式路径，因此到达山脚时，气流已经位于初始纬度的南边，阻力比初始时小，所以相对涡度比原来大，在山脚变为正涡度，气流轨迹为气旋式弯曲，即向北运动。当气流返回到初始纬度时，相对涡度应为零，但是由于惯性作用，气流继续向北运动——阻力增大——相对涡度减小——反气旋式弯曲，到达一定纬度，气流又转向南运动（重复上述过程）。这样在山脉背风坡形成一系列槽脊，但是由于摩擦作用，只有第一个槽在天气图上最清楚，称为背风槽。
科氏参数随纬度变化，当气块南北运动，地转涡度变化。
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