8．2 气象要素预报

气象要素预报的内容很多，主要包括风、气温、雾、云和降水等气象要素的预报。预报气象要素，主要采用天气学方法、统计预报方法及动力统计预报方法(MOS法和PP法)。本节在分析了几种主要的气象要素形成的宏观条件基础上，将简要地介绍应用天气学方法制作气象要素预报的一般思路和方法，数值预报产品统计释用的基本概念，以及目前所采用的综合预报方法的一般思路。

8．2．1 几种主要气象要素形成的宏观条件

1．风

由地转风和梯度风公式可知，风的方向在北半球可以按背风而立，右侧为高压的原则来确定(在地面图上，还要注意由地面摩擦引起的风和等压线的交角，风向偏向低压一侧)，而风的强度则可以根据气压梯度或位势高度梯度的大小来确定。但实际风并不是地转风，也不是梯度风，还要加以订正才能得到。在天气图上等压线或等高线的疏密程度表示气压梯度的大小，等压线或等高线愈密集则气压梯度愈大，风力也就愈大；反之则愈小。因为在地转风或梯度风公式中，还有地转参数的作用，即低纬度f小，在同样的气压梯度下，低纬度风力要比高纬度大。在边界层内，除了摩擦作用外，变压风是造成地转偏差的另一个重要因素。变压风沿变压梯度方向吹，大小与变压梯度成正比。因此，变压的影响可使风向偏离等压线造成超、次梯度风，尤其在气压场较弱的情况下，会出现风几乎沿变压梯度方向吹的现象。

除了上述风和气压的关系外，风还具有很强的地方性特点。在两个平行高山之间的狭长地带，如果风沿着这一地带吹，那么风力就可能大于地转风，这就是“狭管效应”。台湾海峡位于浙闽山系与台湾的玉山山脉之间，它的走向略呈东北-西南向，狭管效应非常明显。每当台湾海峡吹东北风时，最易出现大风。在山区，风还受到山谷风的影响，白天有山风，夜间有谷风。在沿海地区，受海陆风影响，白天吹海风，夜间吹陆风。

当高空风和地面风方向一致时，在白天云量较少的情况下，由于地面受热而有对流及乱流发生，这时高空和地面就有动量的交换。如果高空风速比较大，则白天地面的风速就会加大，而至夜间风速又减少。这种白天风速加强的现象是由高空动量下传引起的。

2．气温

由热力学第一定律可知，影响某地气温变化的因子主要有温度平流的影响、垂直运动的影响以及非绝热因子的影响。

(1)温度平流的影响

空气水平运动所引起的局地温度变化。暖平流引起局地气温上升，冷平流引起局地气温下降。气温变化的程度取决于温度平流的强度，温度平流因子对高空和地面的气温变化都有很大的影响。特别是在空中，由于辐射引起的温度变化比较小，而水汽凝结只出现在有限的地区，所以温度平流就显得很重要。对于地面气温，它是一个决定日平均气温的主要因子，同时，温度平流对于气温日变化也有很大的影响，常常会掩盖气温的“正常”日变化。例如，当强冷空气侵入时，局地气温明显下降，白天有可能出现最低气温。

(2)垂直运动的影响

即(γd-γ)ω项，垂直运动对气温局地变化的影响，其作用大小主要与垂直运动的方向、强度以及大气稳定度有关。当大气层结稳定(γd-γ)＞0时，有上升运动，ω＜0，将产生绝热冷却，引起局地降温；下沉运动，ω＞0，将引起局地增温。当大气层结不稳定时，则情况相反。垂直运动因子在高空十分重要，其作用大小与温度平流相当。对于地面气温，由于平原地区垂直运动近于零，可以忽略这个因子；但在山区，当有风时，这一因子就起作用了。例如，位于北京西北方向的燕山山脉，高度约1km，当冷空气自西北直下时，沿燕山下沉，温度会增高几度。所以，在北京常可以观测到，当夜间有寒潮侵袭时，气温下降并不严重，有时气温反而会升高，这就是下沉增温作用的结果。

(3)非绝热因子的影响

气低层，空气与外界的热量交换。这些过程当气团移过或静止于一定地区时，会影响气团的温湿特征，即气团变性；同时也会影响局地气温的日变化。由非绝热因子引起的气团变性，其过程为：当气团移到不同状况的下垫面时，通过辐射、湍流交换、凝结和蒸发，使气团性质发生改变。例如，当冷气团移到暖的下垫面时，气温会不断升高，尤其是移到暖洋面时，升温更快。这里除去下沉增温的绝热作用外，主要受到一系列的非绝热因子的影响。但是到目前为止，定量计算非绝热的强度还有困难，在日常天气预报中，只能根据经验定性判断。

气温日变化的大小，是预报员制作日最高和最低气温预报时，要考虑的一个十分重要的问题。这里主要讨论在同一气团控制下，由某些气象气素，通过非绝热因子引起的气温日变化的问题。这些要素如下：

①云的影响。决定地面气温日变化的最根本的因子是太阳辐射，而云影响辐射，因而云对地面热量收支有很大的影响。当白天有云时，可以减少地面得到的太阳辐射，使增温减少。当夜晚有云时，可以增加向地面的反辐射，减少地面的有效辐射，使降温减少。这里云层起到了“花房效应”。因此，晴天气温日变化大，阴天气温日变化小。如果白天晴天，夜间多云，则最高气温高；如果白天阴天，夜间晴天，则最低气温低。当然，云量越多，持续时间越长，云底越低且云层越厚，这种差别就越明显。

②风的影响。湍流交换强度在很大程度上决定于风速的大小。白天因地面接受太阳辐射而增暖，气温随高度而降低，湍流交换将地面热量向上传递，使地面气温增加削弱。当风强时，湍流向上的热通量也强，使白天最高气温不致太高；风弱时相反。夜间，地面辐射冷却，经常有辐射逆温，湍流将热量往下传递。当风强时，这种向下的通量也大，使最低气温不致太低。风弱或无风时，最低气温会较低。所以，在风强的日子里，气温日变化小，风弱时气温日变化大。

③低层大气稳定度的影响。湍流热量交换不仅与风速大小有关，而且还与层结稳定度有关。如果低层大气层结稳定时，地面热量不易向上传递到较高层次，日出后地面接受太阳辐射，大量热量聚积在近地面气层内，气温剧烈上升，因此气温日变化大；如果层结稳定度小，则湍流容易将地面热量传递到较高层次，日出后地面气温缓慢上升，因此气温日变化小。

④地表湿度的影响。地表干湿程度是影响土壤热通量的重要参数。如果地面潮湿，地面把白天接受的大量太阳辐射热量，向土壤深处传递，使地面最高气温不致太高。在夜间湿润土壤中的热量又上传至地表，补偿一部分地面的辐射冷却，使地面最低气温不致太低。同时，由于地面潮湿，白天蒸发量较大，消耗热量也多，而夜间容易产生凝结(如霜、露等)，放出潜热，同样也使气温日较差减小。所以湿润的沼泽、草原、植被覆盖下的下垫面，气温日变化小。石滩、沙漠、无植被覆盖的下垫面，气温日变化大。

另外，大量的研究发现，城市与其周围郊区乡村的气象要素存在着明显的差别。在大城市内，由于人口稠密，高楼林立，大多数建筑物为沙石和钢筋混凝土结构，它们的热传导率和热容量都很高，加上建筑物本身对风的阻挡作用，因而使城市中的年平均气温比郊区乡村的高。这种现象称为城市热岛效应。因此，在制作温度预报时，必须因地制宜，考虑到这种效应的作用。
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