天氣圖分析講稿

1、關(guān)于天氣圖分析第一張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 五、溫度對數(shù)壓力圖點繪與分析 溫度一對數(shù)壓力（TlnP）圖是我國氣象臺站普遍使用的一種熱力學(xué)圖表。它能反映探空站及其附近上空各種氣象要素的垂直分布情況。因此在天氣分析和預(yù)報中有著非常廣泛的應(yīng)用。 1、溫度對數(shù)壓力圖的構(gòu)造和點繪 溫度對數(shù)壓力圖的縱、橫坐標(biāo)，分別表示氣壓的對數(shù)（LnP）及溫度（T）。溫度以攝氏度為單位，每隔10度標(biāo)出度數(shù)（另列小字表示絕對溫度）。氣壓以hPa為單位，在圖的右部從1050hpa起，自下向上遞減到200hPa，每隔100hPa標(biāo)上百帕數(shù)。在圖的左邊，從250hPa起自下向上遞減至50hPa，每隔50hPa標(biāo)

2、百帕數(shù)，每小格表示2.5hPa，縱坐標(biāo)上氣壓最低值為50hPa。因為當(dāng)氣壓愈低時，lhPa氣壓差的垂直距離便愈大，由于圖面大小的限制，縱坐標(biāo)的氣壓最低值不能設(shè)計得太低。而且因為氣壓 P趨于零時lnP便趨于無窮大，所以圖上不可能有P=0的坐標(biāo)。 第二張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 圖上有五種基本線條，除與縱、橫坐標(biāo)平行的等溫線和等壓線外，還有三種傾斜的曲線。它們是： 干絕熱線即等位溫線，黃色斜實線，表示未飽和空氣在絕熱升運動中狀態(tài)的變化。每隔10度標(biāo)出位溫（）的數(shù)值（氣壓低于200hPa，位溫值標(biāo)注在括號中）。 濕絕熱線即等se線，圖上的綠色虛線，表示飽和空氣由絕熱升降運動中狀態(tài)的變

3、化。在這種曲線上，每隔10度標(biāo)有假相當(dāng)位溫（ se）的數(shù)值。 等飽和比濕線，綠色實線，是飽和空氣比濕的等值線。每條線上都標(biāo)有比濕值。當(dāng)氣壓值低于200hPa時，等飽和比濕值標(biāo)在括號中。日常分析時，在溫度一對數(shù)壓力圖的縱坐標(biāo)上常常填寫位勢高度、風(fēng)向、風(fēng)速等記錄。并在圖上繪制以下三種曲線： 溫度一壓力曲線（簡稱溫壓曲線或?qū)咏Y(jié)曲線），表示測站上空氣溫垂直分布狀況。第三張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 點繪方法是：將各高度上的氣壓、溫度數(shù)據(jù)，用鋼（鉛）筆依次按坐標(biāo)點繪在圖上，再將這些點子依次用線段連接起來，便成溫壓曲線。 露點壓力曲線（簡稱露壓曲線）。表示測站上空水汽垂直分布的狀況。其作法是

4、，將各層上的氣壓、露點數(shù)據(jù)用鋼（鉛）筆依次點繪在圖上，然后用虛線依次連接起來，便成露壓曲線。 狀態(tài)曲線（或稱過程曲線），表示氣塊在絕熱上升過程中溫度隨高度而變化的曲線。某一高度上氣塊若先經(jīng)歷了干絕熱上升，達(dá)到飽和后，再經(jīng)歷濕絕熱上升的過程，則在溫度對數(shù)壓力圖上要先通過該氣塊的溫壓點，平行于干絕熱線而畫線；同時通過該氣塊的露壓點平行于等比濕線而畫線，兩線相交于一點，從交點平行于濕絕熱線再畫一線，這條線便是狀態(tài)曲線。第四張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月二、溫度一對教壓力圖的應(yīng)用 （一）常用溫濕特征量的求法 （l）比濕（q） 定義：單位質(zhì)量濕空氣含有的水氣質(zhì)量。 求法：通過溫壓點B（見圖T

5、=30C，P=920hPa）的露點A（Td21C）的等飽和比濕線的值就是B點的比濕值（在等飽和比濕線上所標(biāo)數(shù)值的單位為g/kg，q17gkg）。 （2）飽和比濕（qs） qs=622E/p（g/kg） 定義：在同一溫度下，空氣達(dá)到飽和狀態(tài)時的比濕。 求法：通過溫壓點B（用同例：T=30C，P920hPa）的等飽和比濕線的數(shù)值就是B點的飽和比濕值（ qs29gkg）。第五張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）相對濕度（f） 定義：實際空氣濕度與同一溫度下達(dá)到飽和狀態(tài)時濕度之比值。 求法有兩種。把（1）和（2）求得的q和qs值代入上式算得。 直接從溫度對數(shù)壓力圖上求得。即從溫壓點B（同上

6、例：T30C，P920hPa）的露壓點A（Td21C）沿等飽和比濕線下降（或上升）到1000hPa相交于C點，再從 C點沿等溫線上升（或下降）到與通過原溫壓點B的等飽和比濕線相交于D點，D點的氣壓讀數(shù)除以十，用百分?jǐn)?shù)表示就是B占的相對濕度值（f=（590/10）%= 59）。這是因為相對濕度與水汽壓e及飽和水汽壓E有定義式所示的關(guān)系。當(dāng)E=1000hpa時，e即為D點的氣壓P（D）。所以第六張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 （4）位溫（） 定義：氣塊經(jīng)干絕熱過程到達(dá)1000hPa時的溫度。 求法：通過溫壓點B（同上例：T=30C，P=920hPa）的干絕熱線的數(shù)值就是B點的位溫值（在

7、干絕熱線上所標(biāo)數(shù)值的單位為，）本例中=37）。第七張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（5）假相當(dāng)位溫（se） 定義：氣壓經(jīng)濕絕熱過程，將所含的水汽全部凝結(jié)放出，再沿干絕熱過程到達(dá)1000hPa時的溫度。 其中，d為分位溫，Tk為抬升凝結(jié)高度上的溫度，L為凝結(jié)潛熱，q為比濕。 求法：通過溫壓點B（同例T=30C，P=920hPa），沿干絕熱線上升到抬升凝結(jié)高度E，通過E點的濕絕熱線的數(shù)值就是B點的假相當(dāng)位溫（在濕絕熱線上所標(biāo)數(shù)值的單位為C，se=94）。第八張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（6）假濕球位溫（sw）及假濕球溫度（Tew） 定義及求法：氣塊按干絕熱線上升到凝結(jié)高度后

8、，再沿濕絕熱線下降到1000hPa，這時它所具有的溫度（即圖37中A2點的）稱為假濕球位溫，以ew表示。若氣塊按干絕熱線上升到凝結(jié)高度后，再沿濕絕熱線下降到原氣壓處，這時它所具有的溫度（圖38中A1點的溫度）稱為假濕球溫度。 圖37假濕球位溫（sw）及假濕球溫度（Tew）求法 第九張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（7）虛溫（Tv） 定義：在同一壓力下，使干空氣的密度等于濕空氣的密度時，干空氣所應(yīng)具有的溫度。 TV=T(1+0.378e/p) 求法：通過露壓點A作平行于縱坐標(biāo)的直線，使此直線與其最鄰近的畫有綠色小短劃的等壓線相交，量出交點處短劃間的距離，以0.1度溫度標(biāo)尺計算，將此讀數(shù)

9、與B點溫度相加,即為B點的虛溫。（仍用同例Tv=30C+2.9C=32.9C）。 第十張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 圖3.8 虛溫圖解法第十一張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）標(biāo)準(zhǔn)等壓面位勢高度（Hp） 定義：用重力位勢的19.8所表示的高度。 求法：先從已知的層結(jié)曲線上，求出兩等壓面間的厚度。例如求700500hPa等壓面間的厚度，其方法是在兩等壓面間作垂線，使該線與層結(jié)曲線、700、500hPa等壓線相交成兩個面積相等的三角形（或多邊形如圖3.8），垂線通過590hPa等壓線附近的一排小圓點，圓點上所標(biāo)數(shù)值的單位為位勢米，讀取與垂線相交的小圓點的數(shù)值（仍用同例、

10、同圖，相交小圓點為G，其值為H=274dagpm），這就是700500hPa等壓面間的厚度。然后將所求得的700500hPa等壓面間的厚度值和700hPa等壓面的高度相加，就可得到500hPa等壓面的高度。其它標(biāo)準(zhǔn)等壓面高度也可用類似的方法求得。第十二張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月圖3.8 等壓面間厚度的求法第十三張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（三）不穩(wěn)定能量（E）的求法 定義：不穩(wěn)定大氣中可供氣塊作垂直運動的潛在能量。 求法：根據(jù)探空報告的各層氣壓、溫度和露點值，繪出層結(jié)曲線和露壓曲線，再根據(jù)地面觀測報告的氣壓、溫度、露點值，繪出狀態(tài)曲線，分析層結(jié)曲線和狀態(tài)曲線之間所

11、包圍的面積，便可得到： 正不穩(wěn)定能面積，即位于狀態(tài)曲線左方和層結(jié)曲線有方之間的面積（單位：cm2，1cm2面積等于74.5Jkg）。 負(fù)不穩(wěn)定能面積，即位于狀態(tài)曲線右方和層結(jié)曲線左方之間的面積。 求出正、負(fù)不穩(wěn)定能面積的代數(shù)和，這就是整個氣層的不穩(wěn)定能量。第十四張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月圖3.9 不穩(wěn)定能量和各種特征高度的求法第十五張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（四）一些特征高度及對流溫度的求法 抬升凝結(jié)高度（LCL） 定義：氣塊絕熱上升達(dá)到飽和時的高度。 上式中s=0.17100m。T，Td為起始高度的氣決溫度、露點，d=0.977C100m。 求法：用前例圖。通

12、過地面溫壓點B作干絕熱線，通過地面露壓點A作等飽和比濕線，兩線相交于C點，C點所在的高度就是抬升凝結(jié)高度。 有時，由于考慮到地面溫度的代表性較差，也可用850hPa到地面氣層內(nèi)的平均溫度及露點代表地面溫度及露點來求LCL。 有時，近地面有輻射逆溫層，此時可用輻射逆溫層頂作為起始高度來求LCL。第十六張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 自由對流高度（LFC） 定義：在條件性不穩(wěn)定氣層中，氣塊受外力抬升，由穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)入不穩(wěn)定狀態(tài)的高度。 求法：根據(jù)地面溫、壓、露點值作狀態(tài)曲線，它與層結(jié)曲線相交之點所在的高度就是自由對流高度（如圖中的D點）。 對流上限 定義：對流所能達(dá)到的最大高度。 求法：

13、通過自由對流高度的狀態(tài)曲線繼續(xù)向上延伸，并再次和層結(jié)曲線相交之點所在的高度，就是對流上限，即經(jīng)驗云頂（如圖中的E點）。 對流凝結(jié)高度（ CCL） 定義：假如保持地面水汽不變，而由于地面加熱作用，使層結(jié)達(dá)到干絕熱遞減率，這種情況下氣塊干絕熱上升達(dá)飽和時的高度。 求法：通過地面露壓點A作等飽和比濕線，它與層結(jié)曲線相交，交點F所在高度，是對流凝結(jié)高度。 當(dāng)有逆溫層存在時（近地面的輻射逆溫層除外），對流凝結(jié)高度的求法是：通過地面露點作等飽和比濕線，與通過逆溫層頂?shù)臐窠^熱線相交之點所在高度即對流凝結(jié)高度。第十七張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 對流溫度（Tg）定義：氣塊自對流凝結(jié)高度干絕熱下降

14、到地面時所具有的溫度。求法：沿經(jīng)過對流凝結(jié)高度F點的干絕熱線下降到地面，它所對應(yīng)的溫度，就是對流溫度。（五）壓高曲線的繪制及H0和H20的求法 為了在垂直方向上得到不同氣壓所對應(yīng)的高度和比較準(zhǔn)確地計算云高、云厚、零度層高度（H0）以及20C層高度（H20）等，可在溫度一對數(shù)壓力圖上繪制壓高曲線，其方法是：改橫坐標(biāo)的溫度值為從右向左增大的高度值：溫度間隔10C改為高度間隔1000m?？v坐標(biāo)不變。將探空報告中的氣壓值和高度值依次點在圖上：然后連接各點，即得壓高曲線。如圖所示，欲知某點A的高度，只要過點A作橫軸的平行線，交于壓高曲線上一點A，過A作縱軸平行線交干橫軸上一點H，H即為A的高度（圖中H為

15、3500m）。同樣辦法，我們可以求得認(rèn)及H0（圖中為 4750m，H20為7750m）。第十八張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 壓高曲線的繪制及應(yīng)用第十九張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（六）一些常用穩(wěn)定度指標(biāo)的求法 1、沙氏指數(shù)（ SI） SI=T500Ts其中T500為500hPa上的實際溫度。Ts為氣塊從850hPa開始，沿干絕熱線抬升到凝結(jié)高度，然后再沿濕絕熱線抬升到 500hPa的溫度（狀態(tài)曲線的溫度）。如 SI 0，則表示穩(wěn)定，SI 0，則表示不穩(wěn)定。（SI也可用 850hPa及 500hPa天氣圖上的數(shù)據(jù)借附表7而查得）。 2、簡化的沙氏指數(shù)（SSI）其中T5

16、00為500hPa上實際溫度。Ts為氣塊從850hPa開始，沿干絕熱線抬升到500hPa的溫度。在一般情況下，SSI0，SSI愈小，表示愈不穩(wěn)定。 第二十張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月3、抬升指標(biāo)（LI） 其中TL為氣塊的抬升溫度，即它從自由對流高度開始，沿濕絕熱線抬升到500hPa的溫度。T500為500hPa上的實際溫度。如 LI0，則表示不穩(wěn)定；如 LI0，則表示穩(wěn)定。4、最有利抬升指標(biāo)（BLI）把700hPa以下的大氣，按50hPa的間隔分成許多層，并將各層中間高度（即在502=25hPa處）上的各點，沿干絕熱線抬升到凝結(jié)高度，然后沿濕絕熱線抬升到500hPa，這樣就得出各

17、點的抬升溫度TL。再計算各點的 TL與T500之差值，選擇其中正值最大者，就是最有利抬升指標(biāo)。 5、氣團指標(biāo)（K） 其中T850T500為850hPa與500hPa的實際溫度差。Td850為850hPa的露點。TTd700為700hPa的溫度露點差。K值愈大，愈不穩(wěn)定。第二十一張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 6、斯拉維指標(biāo)（T） 由于夾卷作用，使云外空氣進(jìn)入云內(nèi)，與云內(nèi)空氣混合，因而使實際的狀態(tài)曲線比沒有考慮夾卷作用的狀態(tài)曲線偏于低溫一側(cè)。斯拉維指標(biāo)就是實際狀態(tài)曲線在500hPa上的溫度Tk和層結(jié)曲線在500hPa上的溫度TM之差值T（ T=TKTM），其計算式為： 其中K為經(jīng)驗常

18、數(shù)，(K=0.6-0.02Ta ),Ta為濕絕熱線(狀態(tài)曲線)在500hPa上的溫度與500hPa上的實際溫度之差值，qs為云內(nèi)比濕，q為云外比濕。如T0，則表示不穩(wěn)定，而如T 0，則表示穩(wěn)定。 如果用700hPa的濕度代替云外空氣的濕度，用850hPa的溫度代替凝結(jié)高度上溫度，那么，根據(jù)850hPa和500hPa的溫度，700hPa的露點，就可從預(yù)先制好的查算圖中求得斯拉維指標(biāo)T 。第二十二張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 7、強天氣威脅（SWEAT）指標(biāo) 式中D=850hpa露點，負(fù)值時D=0，f8=850hpa風(fēng)速（里/小時）， f5=500hpa風(fēng)速（里/小時） S=sin（

19、500hpa風(fēng)向850hpa風(fēng)向），T=850hpa（T+Td）500hpaT*2,T49時，第二項為0。850hpa風(fēng)向在130250之間；500hpa風(fēng)向在210310之間；500hpa風(fēng)向減850hpa風(fēng)向為正；850hpa及500hpa風(fēng)速至少等于15 （里/小時） ；以上任一條不具備時最后一項等于0。 8、理查孫數(shù)（Ri） 理查孫數(shù)是一個表示湍流強度的無因次指標(biāo)。 上式中，d為氣溫干絕熱直減率，為自由大氣溫度直減率，VZ為風(fēng)速垂直切變。氣溫T可近似等于273K，為位溫。第二十三張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月求法：d以C100m作單位，從溫度一對數(shù)壓力圖直接求出。如 0Ri

20、3，則大雨發(fā)生基本上可以肯定； 如KY5，則可能有大暴雨，準(zhǔn)確率約為70。第二十四張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月10、云中最大上升速度（Wm）的計算 其中=（Tk一Tdm）Tk，R為氣體常數(shù)，Tm為最大的TT值（上升氣塊與同高度環(huán)境的溫度差），Pk、Tk分別為自由對流高度的氣壓與溫度，Pm為最大上升速度所在高度的氣壓，Tdm為氣塊由Pk沿干絕熱線上升到Pm時所具有的溫度。舉例：Pk=620hPa，Pm=330hPa，Tk=279K，Tm=25lK， Tm 7C，Tdm=232K，R0282X107erg（gC），則Wm=20.6ms。第二十五張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6

21、月 用 TlnP圖計算最大上升速度Wm的示意圖第二十六張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（七）穩(wěn)定度性質(zhì)的判斷 在TlnP圖上逆溫層的層結(jié)曲線隨高度向右傾斜，而等溫層的層結(jié)曲線是垂直于橫軸的。逆溫層、等溫層或遞減率小的層結(jié)等三種層結(jié)都是穩(wěn)定層，它們對天氣的影響比較大。分類加以說明。 1、輻射逆溫：由于地表強烈輻射冷卻造成。特征是：厚度不大。自地面起向上達(dá)幾十米至幾百米。逆溫下限與下墊面接觸，濕度較大。逆溫頂由于穩(wěn)定層阻礙水汽向上輸送，上界濕度小。 2、擾動逆溫：摩擦層內(nèi)擾動混合作用使該層的層結(jié)曲線趨于干絕熱線，這樣就在擾動層與無擾動展之間發(fā)生穩(wěn)定層，強的可達(dá)逆溫程度。特征是：逆溫層以下

22、至地面之間層結(jié)曲線與干絕熱線平行，水汽分布比較均勻；水汽從逆溫層上界開始急劇減少；逆溫層高度大致與摩擦層頂相吻合，離地大約止m以下。 3、下沉逆溫：由于整層空氣下沉?xí)r由于氣層壓縮而形成的。特征是：在空中一定高度上，氣溫與露點之差值很大，而且這差值是隨高度升高而增大的。第二十七張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 輻射逆溫 擾動逆溫 下沉逆溫 鋒面逆溫 各種逆溫層示意圖 4、鋒面逆溫：由于暖空氣凌駕于冷空氣之上而造成。特征是：傾斜的，與鋒面一致，鋒面逆溫的高度沿鋒的剖線也是傾斜的。一般暖氣團中濕度比冷氣團大，濕度與溫度同時隨高度升高而增加。第二十八張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月

23、（八）云層的判斷 溫度一對數(shù)壓力圖可用于判斷云層，定出云底和云頂，從而定出云的層次和厚度。 判斷云層的主要方法是： 1、利用溫度露點差值判斷云層：首先根據(jù)地區(qū)、季節(jié)的特點統(tǒng)計出不同云狀的云層形成時所需的溫度露點差值。確定有云和無云時溫度露點差的數(shù)量界限。以此作為判斷有無云層的參考。然后根據(jù)實際的溫度露點差資料，便可作出初步的判斷。 2、利用探空曲線的特點來判斷：云底和云頂都是有云和無云的分界處，因此當(dāng)探空儀通過云底或云頂時，溫度或濕度往往都有明顯變化。了解其變化特點，就可用來判斷云層。不同類型云的云頂、云底反映在探空曲線上的幾種型式：第二十九張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 a、暖平流形成的云，云底露點向上劇增，云頂露點下降。 b、濕平流形成的云，云底溫度露點逐漸接近，云頂逐漸