1、第二講 準地轉運動理論及其推廣和應用丁一匯國家氣候中心高等天氣學系列講座1.天氣分析和預報的主要方法與對現代預報員的素質要求 概念模式，如由溫帶氣旋概念模式外推降水與云區； 運動學方法和動力學診斷，如由計算垂直運動，水汽輻合區，層結不穩定區確定未來的降水區； 統計相關和統計預報，其中選取預報因子是關鍵。由統計方法發展到與模式產品相結合產生了MOS和PP方法。這是目前數值預報產品適用的一種主要方法，它是數值預報的一種必要補充。 統計預報在某種意義上是一種圖形識別技術（因果關系）。如某地，當吹東南風同時溫度和濕度偏高時，在70%的情況（概率）下會有雨，可據此建立一個回歸方程或因果關系，一旦出現上述

2、條件，則可預報有降水，其概率是70%（嚴格的概率是由集合預報得到的）。 數值天氣預報，其中降水和對流系統預報是最困難的。新一代天氣預報員的主要任務是如何更好的解釋和應用數值產品，判斷誤差和局地效應的影響（體現人機交互的作用）與科學決策。此外，一個預報員還必須掌握檢驗模式結果與數值模擬的方法，以能從統計和動力學方面理解成功預報與失敗預報的原因。 一個優秀的預報員除了必須掌握第四種方法外，至少還應掌握其它三種方法中的一種或二種。領班預報員必須具備有關上面四種方法的廣泛知識和對天氣過程的深入理解，最終是提高和增強對天氣事件的洞洞察力察力（Ramage,1972）。在經驗預報時代是如此，現代客觀預報時

3、代也是如此。 天氣分析和預報最關鍵的兩個量是垂直速度與位勢或氣壓傾向，前者與降水預報密切相關，后者與天氣系統的發展（也包括移動）有關。計算這兩個量如果用原始方程是十分復雜的，但在中緯度地區可以得到最大、最合理的簡化。其理論依據就是準地轉理論。它已成為中緯度天氣分析、診斷和理論研究的基礎。對于數值預報，雖然從70年代以后已從準到地轉模式過度到原始方程模式，但歷史貢獻不可忽視。準地轉理論也適用于熱帶行星尺度運動。只有充分和深入理解與熟練應用準地轉理論，才能更好地理解半地轉理論和原始方程問題。2.2.準地轉運動及其方程組準地轉運動及其方程組 完全的大氣運動方程組是十分復雜的，它包含各種尺度的運動。為

4、了理論求解和實際應用的目的，根據研究對象可以對這一套完全的方程組進行簡化，最常用的簡化方法是尺度分析。準地轉運動是根據尺度分析得到的，適用于溫帶天氣尺度的一種運動形式，它比描述熱帶擾動或行星尺度運動的理論要簡單的多。 準地轉運動的主要特征是水平速度近于為地轉近似，這意味著對于大尺度大氣運動經常是處于準地轉平衡狀態，其發展和演變是緩慢的。如果由于其他力的作用使這種準地轉運動平衡狀態受到破壞，則準地轉近似要求這種受破壞的準地轉平衡狀態必需通過某種機制（即適應過程）迅速的得到恢復，因而準地轉近似表明，平衡是長期的，破壞或不平衡是暫時的。所以，準地轉運動下的運動方程不是地轉風公所以，準地轉運動下的運動

5、方程不是地轉風公式，它具有加速度項。式，它具有加速度項。對上述方程，必須再次強調了解其物理意義準地轉渦度方程說明：準地轉渦度方程說明：地轉絕對渦度的個別變化由散度對參考緯度的地球渦度的作用造成。在歐拉系統中，地轉相對渦度由地轉風對地轉渦度的平流，地轉風對地球渦度的平流和作用于某參考緯度上地球渦度的散度作用引起。準地轉熱力學方程說明：準地轉熱力學方程說明：溫度個別變化是由氣塊垂直運動時造成的體積的變化氣塊作功（或環境對氣塊作功）和垂直溫度平流造成。在歐拉系統中，溫度個別變化由地轉溫度平流，氣塊垂直運動時體積變化作功和垂直溫度平流造成。 應該記住，在準地轉運動中，消去了氣象上不重要的波動，即高頻的重力慣性波，而只著重研究天氣尺度運動（過濾了中小尺度運動）。即使今天我們用更準確地原始方程進行預報，但很難從物理上清楚地解釋復雜的原始方程中的物理過程。準地轉方程使我們能很好地了解影響中緯度天氣系統的物理過程。位勢傾向方程位勢傾向方程位勢傾向方程對于中緯度天氣系統的診斷分析是很有用的，這個方程唯一取決于已知的位勢（ ）場分布。對于絕熱和準地轉平衡的大氣，熱力學方程可近似寫為： pvptg上式中， 是靜力穩定度參數， 是比容。p3.準地轉理論的推廣與應用（