问题：为什么在气旋性环流中风速和气压梯度都可以无限增大？而反气旋性环流中风速和气压梯度都较小，且有一个极限值？

1）在气旋环流中其三个力的平衡如书中图1.22（a）所示。地转偏向力和惯性离心力指向相同方向，其合力与气压梯度力相平衡。若环流中风速增大，则地转偏向力和惯性离心力也增大，此时只要气压梯度力也增大，这三个力还是可以保持平衡。如台风中风速可以很大，与其相伴台风中心气压很低，气压梯度很大。 2）在反气旋环流中,其三个力的平衡如书中图1.23所示.气压梯度力和惯性离心力指向相同方向,其合力与地转偏向力相平衡.若环流中风速增大,则地转偏向力和惯性离心力也增大,但是地转偏向力只是以与风速一次方成比例增大,而惯性离心力是以与风速平方成比例增大,所以当风速增大到超过某一个极限值(书中1.92式)时,地转偏向力就不可能与气压梯度力和惯性离心力的合力相平衡.所以在反气旋环流中不可能出现很大的风速和很大的气压梯度.实际天气中我们经常看到:在反气旋高压中,风速很小,可以用这个理论来解释。

根据上面讨论，在分析天气图时，在高压中心附近，等压线应分析得稀疏些，在低压中心附近，等压线可以分析得密集些。但是，在冬季，当冷高压中心位于高原地区如蒙古西部，由于海平面气压订正有较大的误差，在高压中心附近可出现较密集的等压线，应该理解为是虚假的。

解（1.88）式得到梯度风速率为： Vf??RT2f?RT2f2?4?pRT??n （1.89）

现讨论这个解的物理意义 1）在气旋环流中

根据自然坐标的定义，Vf必定为正值，RT＞0，

?p?n?0，此时(1.88)式中根号前

只可能取正号。风速Vf和气压梯度都可以无限地增大。 2）在反气旋环流中 此时，RT＜0，

?p?n?0，此时(1.88)式中根号前可能取正号，也可能取负号。

?p?n?0时，风速Vf??RTf⑴如果根号前取负号。就会出现这样情形，即当，

而且，RT的绝对值越大，风速Vf越大。这在大尺度系统中是不可能出现的。

⑵如果根号前取正号。此时当

?p?n?0时，风速Vf?0，而且，RT的绝对

值→∞，风速Vf→0，Vf的最大值为

?Vf?Max?-RTf2 （1.92）

这在大尺度系统中是合理的。实际天气中我们经常看到：在反气旋高压中，风速

很小，可以用这个理论来解释。

三、流线和轨迹

问题：何谓流线和轨迹？

流线是指某一固定时刻，处处与风向相切的一条曲线。在天气图中，当符合梯度风关系时，等压线就是流线。

轨迹是指在某一段时间内空气质块运动的路径。 问题：何谓热成风及其数学表达式？

气象学定义地转风随高度的改变量为热成风，其符号为VT。它的数学表达式为：

??? VT?Vg1?Vg0

??式中Vg1为较高一层的地转风，Vg0为较低一层的地转风。由（1.84）式知，地

?转风是由等压坡度所决定，因此，地转风随高度的改变量，也就是等压坡度随高度的改变量。

问题：两个等压面之间的厚度与其间的平均温度有何关系？ 将静力学平衡公式（1.47）式移项后对高度求积分

?z1z0dz???p11p0?gdp???Rgp1RTpgp0dp

得： h?z1?z0?T?np0p1 （1.95）

式中下标1为较高一层的值，下标0为较低一层的值，T为两层间的平均温度。

h?z1?z0为两个等压面之间的厚度。（1.95）式表明：两个等压面之间的厚度h

与其间的平均温度成正比，等平均温度线即等厚度h线。请记住这是一个很重要

的概念。这是大气中温压场结构的基本关系。 问题：热成风与温度场有何关系？ 对（1.95）式作梯度运算可得：

???g?g? VT?Vg1?Vg0?k???z1?z0??k??hff

或 VT??Rf?np0?k??T （1.96） p1由此可得结论：

热成风与平均温度线（或厚度线）平行，背热成风而立高温在右，低温在左。热成风的大小与平均温度（或厚度线）的梯度成正比，与纬度值成反比。同时也与

?np0p1值成正比。

问题：热成风与冷暖平流有何关系？

当两层等压面的地转风已知时，由热成风的定

???义式VT?Vg1?Vg0及（1.96）式，即可确定此两层

间冷暖区的分布及温度梯度的大小。因为在实际的 自由大气中实际风接近地转风，可得如下结论： ⑴当地转风(或实际风)随高度增加而逆时针转时， 如图1.29(a)示，则有冷平流。

⑵当地转风(或实际风)随高度增加而顺时针转时， 如图1.29(b)示，则有暖平流。

⑶可根据某地的高空风随高度转变情况，来判断冷暖 平流随高度变化，从而判断当地大气稳定度变化趋势。 如高层冷平流较强或底层暖平流较强，则大气稳定度 将趋向不稳定，为预报对流性天气提供依据。

3中纬度天气系统的温压场结构 问题：如何解释书中图1.30

h中高低空系统配置关系？

⑴先讨论如图1.30那种等平均温度线

h??高（注意即等厚度h线）分布为东西向

z?2?平直，南暖北冷，低空为圆形状的高

h?2?低压东西分布。看看在这样情况下， z??高层气压场和风场应该是什么特点？

0z0z0??低z1`z1`??z1`?2?z1`?3?0 由（1.95）式有： z1?z0?h，

图1?30 高低空系统配置一用图解的加法分析，不难得到如图中高层等压面高度z1场的分布。可见：在低层为闭合低压区的地方，到高层变成了低压槽，在低层为闭合高压区的地方，到高层变成了高压脊，等高线呈现波状特征。按实际风接近地转风的事实，高层的风场也出现了波状的西风带特征。 问题：如何解释书中图1.31中 高低空系统配置关系？

⑵中纬度系统的一般温压场结构， 如图1.31示，冷空气与地面的 高压区相结合，暖空气与地面的 低压区相结合。在这样情况下，

高层气压场和风场应该是什么特点？ 用图解的加法分析，不难得到如图中 高层等压面高度z1场的分布。可见： 在低层为闭合低压区的地方，到高层

闭合低压区已消失，在低层为闭合高压区的地方，到高层闭合高压区也消失了，高层的低压槽位于地面低压区与冷温度槽之间，高层的高压脊位于地面高压区与暖温度脊之间， 或且换句话说，地面的低压系统随高度增加转变为低压槽，低压轴线随高度向冷空气方向倾斜；地面的高压系统随高度增加转变为高压脊，高压轴线随高度向暖空气方向倾斜。高层的等高线也呈现波状特征。可知：高层的风场也随之出现了波状的西风带特征。这些就是中纬度系统的一般温压场结构特征及其理论解释。

书中用热成风解释，其本质也还是用了（1.95）式所表达的温压场关系。因为热成风公式（1.96）式，就是用（1.95）式作梯度运算后得到的。

问题：如何解释中纬度高层出现西风带原因？

中纬度高层西风带出现原因。由（1.96）式知：当温度梯度不变时，p0与p1??p0?间的层次厚度愈厚??n愈大??，则热成风愈大，高层的风愈趋向热成风方向。p1??在中纬度的对流层中温度分布基本上是北冷南暖，热成风为西风，由这种热成风

的作用，到高层就出现了西风带。

用（1.95）式也可以解释，根据观测资料证明近地面的等压面坡度较小，例如1000百帕等压面的高度z0接近于海平面高度即0高度附近，高层如500百帕以上等压面的高度z1主要决定于平均温度场，在平均温度T较高的地方，高层等压面高度z1也较高，在平均温度T较低的地方，高层等压面高度z1也较低。即高层的高压区多与暖区相结合，高层的低压区多与冷区相结合，这也是在500百帕和300百帕天气图中常见的现象；这就形成了中纬度地区高层等压面多呈现的南高北低的特征，即高层的地转风多为偏西风，由于地转适应作用，就是出现了实际风的西风带。

4 正压大气和斜压大气 问题：何谓正压大气？

所谓正压大气是指：当大气中密度分布仅仅随气压而变时，即ρ≡ρ(P),这种大气称为正压大气。所以正压大气中等压面也就是等密度面，由于p=ρRT,因此正压大气中等压面也就是等温度面，等压面上分析不出等温线。由此，也没有热成风，也就是地转风随高度不发生变化。 问题：何谓斜压大气？

所谓斜压大气是指：当大气中密度的分布不仅随气压而且还随温度而变时，即ρ≡ρ(P,T),这种大气称为斜压大气。所以斜压大气中等压面和等密度面（或等温面）是相交的，等压面上具有温度梯度，即地转风随高度发生变化。在中高纬度大气中，通常是斜压大气。大气中斜压结构对于天气系统的发生、发展有着重要意义。

问题：何谓地转偏差？它的数学表达式？及其作用？ 所谓地转偏差是指：实际风与地转风之差，

?常用符号D表示之。其数学式为：

?V?Vg?D