湖北大悟天氣預(yù)報

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第一章天氣圖分析概述

天氣圖是在特制地圖上繪制的用于表示肯定區(qū)域某一時刻大氣狀態(tài)的氣象圖。在天氣圖上，填有各地同一時刻的氣象要素觀測值，繪有等值線、天氣區(qū)和某些天氣符號，能顯示各種天氣現(xiàn)象、氣象要素和天氣系統(tǒng)的分布及其相互關(guān)系。對天氣圖的連續(xù)分析和討論，就可以獲得天氣過程發(fā)生進(jìn)展演化的規(guī)律，從而作

天氣圖分析就是對天氣圖上各種天氣系統(tǒng)和氣象要素的分布狀況及其演化進(jìn)行分析的過程。因?yàn)樘鞖猬F(xiàn)象是發(fā)生在三度空間里的，所以僅僅依靠一張平面圖來分析天氣，明顯是不夠的。為了具體觀看三度空間的實(shí)況，在實(shí)際業(yè)務(wù)工作中，除了繪制地面天氣圖（簡稱天氣圖）外，還繪制等壓面圖（簡稱高空圖），以及探空圖、剖面圖、單站高空風(fēng)圖等幫助圖表。

天氣分析就是依據(jù)天氣學(xué)和動力氣象學(xué)原理，對天氣圖和其它大氣探測資料所做的用于揭示天氣性狀的分析。天氣分析是制作天氣預(yù)報的重要步驟和前提，目的是了解天氣系統(tǒng)的分布和空間結(jié)構(gòu)、演化過程及其與天氣現(xiàn)象的關(guān)系，為制作天氣預(yù)報供應(yīng)依據(jù)。因此，只有對天氣形勢作出正確的分析后，才有可能作出正確的天氣預(yù)報。

出天氣預(yù)報。因此，天氣圖是制作天氣預(yù)報的基本工具之一。

1.1天氣圖底圖

天氣圖底圖是用來填寫各地氣象站觀測記錄的特種空白地圖。天氣圖底圖上標(biāo)繪有經(jīng)緯度、海陸分布、地形等，以便分析時考慮下墊面對天氣的影響。底圖上還標(biāo)有氣象站的區(qū)號、站號和主要城市名稱，供填圖和預(yù)報時使用。底圖上的范圍和比例尺的大小主要依據(jù)天氣分析內(nèi)容、預(yù)報時效、季節(jié)和地區(qū)等而定。本節(jié)將簡潔地介紹天氣圖底圖投影的有關(guān)學(xué)問。

一、地圖投影

地球是一個橢球體，長軸半徑長6378.2km，短軸半徑長6356.9km，相差0.3%，可以近似地看做是圓球體。把具有球形的地球表面狀況表現(xiàn)在平面上，必需要有特地的投影技術(shù)。一般將地球上的經(jīng)、緯線及海岸線在平面上表示出來的方法叫做地圖投影。地圖投影的方法有許多種，在天氣分析和預(yù)報工作中，選擇地圖投影方法時，主要考慮以下幾點(diǎn):

（1）正形：即在每一點(diǎn)上，經(jīng)圈及緯圈的縮尺一樣，地球上兩交線間的交角也保持不變，這樣可保持地區(qū)的外形。

（2）等面積：即各區(qū)域的縮尺一樣，因而在底圖上的任一區(qū)域的面積，都與實(shí)際地球表面該區(qū)域的面積有肯定比例關(guān)系，但外形和方向有差異。

（3）正向：即保持方向精確?????，各區(qū)域經(jīng)緯線都正交。

在天氣分析上主要考慮正向和正形，因?yàn)檫@樣可以保證圖上風(fēng)向的精確?????以及氣壓系統(tǒng)的外形和移動方向與實(shí)際相同。常用的天氣圖底圖有以下三種：

1、蘭勃特(Lambert)正形圓錐投影

這種投影法也稱雙標(biāo)準(zhǔn)緯線圓錐投影法，是將平面圖紙卷成圓錐形，與地球儀的30o和60o緯圈相割，并把光源置于地球中心(圖1.1中的O點(diǎn))，將經(jīng)緯線及地形投影到圓錐形的圖紙上，然后將圖紙綻開成扇形，再加適當(dāng)訂正，即得蘭勃特投影圖(圖1.2)。

在這種投影圖上，經(jīng)線呈放射形直線，緯線呈同心圓弧，相割的兩緯圈(30o和60o)的長度與地球儀上對應(yīng)處的實(shí)際長度相符，稱為標(biāo)準(zhǔn)緯線。在兩標(biāo)準(zhǔn)緯線之內(nèi)各緯圈的長度相應(yīng)地縮小了。而在兩標(biāo)準(zhǔn)緯線之外各緯圈的長度則相應(yīng)地放大了。這種圖的中緯度部分基本滿意正向和正形的要求，因此，最適用于作中緯度地區(qū)的天氣圖。歐亞高空圖和地面圖一般都采納這種投影。

圖1.1雙標(biāo)準(zhǔn)緯圈圓錐投影法圖1.2蘭勃特投影圖

2、極射赤面投影

這種投影方法是將光源置于南極S，平面圖紙MN與北緯60o相交割，把地球表面上各點(diǎn)投影在此平面圖紙上。例如球面上A、B、C、D四點(diǎn)分別投影到平面MN上A’、B、C、D’的位置上，用這種投影法作成的地圖，其經(jīng)線為一組由北極向赤道發(fā)出的放射形直線，緯線為一組圍繞北極的同心圓(圖1.3和圖1.4)。這種投影保持正向和正形，但放大率隨緯度的不同而不同。緯度愈低，放大率愈大。這種圖表現(xiàn)高緯度地區(qū)比較真實(shí)，一般用作北半球天氣圖和極地天氣圖。

圖1.3極射赤面投影法圖1.4極射赤面投影北半球圖

3、墨卡托(Mercator)投影

這種投影方法如圖1.5所示，用一圓筒面與南北緯度22.5o圈相交，光源放在地球中心進(jìn)行投影。把圓筒綻開便作成一張地圖。在這種地圖上經(jīng)、緯線都是以直線表示的。

由于在低緯地區(qū)用這種投影與實(shí)況較為接近，而在高緯地區(qū)投影面積放大倍數(shù)太大。所以這種圖主要適用于作赤道或低緯地區(qū)的天氣圖底圖(圖1.6)。

圖1.5墨卡托投影法圖1.6墨卡托投影圖

在天氣圖上作各種物理量計(jì)算時，常要考慮地圖投影法的放大率(或放大系數(shù))。從天氣學(xué)的要求考慮，盼望放大系數(shù)能近于1。為了便于參考，我們把各種投影法的放大系數(shù)m值列于表1.1中。

二、地圖比例尺

地圖上兩點(diǎn)間的長度與地表上相應(yīng)兩點(diǎn)間的實(shí)際長度之比，叫做比例尺，或稱縮尺。其表示法主要有：

（1）比例式：如1:10000000即地圖上的lcm相當(dāng)于實(shí)際100km。

（2）圖解式：如右圖所示。

（3）斜線圖解尺或稱復(fù)式圖解尺，如圖1.7所示。

由于蘭勃特正形圓錐投影圖在各緯度上放大率是不同的，故需用復(fù)式圖解尺表示其縮尺。其特點(diǎn)就是對不同的緯度用不同的縮尺來表示，使用時必需留意與緯度協(xié)作，才能正確表示出實(shí)際距離。

在我國常用的天氣圖上有時同時用(1)和(3)兩種表示法標(biāo)出。

天氣圖底圖縮尺的大小與所要分析的天氣客體的規(guī)模和底圖范圍有關(guān)。小縮尺的底圖相宜于討論大規(guī)模的天氣客體，大縮尺的底圖只相宜于討論規(guī)模小的天氣客體。對于我們討論大規(guī)模的天氣客體來說，地圖縮尺二般為千萬分之一到幾千萬分之一。我國目前所用的東亞天氣圖的縮尺為1:10000000，即圖上lcm相當(dāng)于實(shí)際100km；歐亞天氣圖的縮尺為1:20000000，即圖上lcm相當(dāng)于實(shí)際200km；北半球天氣圖的縮尺為1:30000000，即圖上lcm相當(dāng)于實(shí)際300km。

關(guān)于底圖范圍大小的選擇，主要視預(yù)報的時效和季節(jié)而定，如用作中長期天氣預(yù)報的底圖范圍就應(yīng)當(dāng)大一些，甚至需要整個北半球天氣圖。在冬半年，高緯大氣活動(如寒潮的侵襲)對我國影響較大，故底圖范圍應(yīng)包括極地或極地的一部分；在夏半年，低緯度和太平洋上的大氣活動(如臺風(fēng)、副熱帶高壓)對我國影響較大，故底圖上低緯度和太平洋區(qū)域應(yīng)多占些面積。處于中緯度地帶的我國，主要受西風(fēng)帶的天氣系統(tǒng)影響和掌握。為了預(yù)先察覺從西邊或西北邊來的天氣系統(tǒng)的侵入，底圖的范圍應(yīng)盡量包括我國西部或西北部地區(qū)。

圖1.7復(fù)式圖解尺

1.2天氣圖分析的基礎(chǔ)學(xué)問

要正確地進(jìn)行天氣圖分析，首先要清晰天氣圖上各種符號、記錄的含義，以及在天氣分析中一些常用的或?qū)I(yè)的名詞和概念。下面簡要介紹天氣圖分析中的有關(guān)基礎(chǔ)學(xué)問。

一、一些常用專業(yè)名詞的含義

1、天氣

肯定地區(qū)某一時刻或某一時段內(nèi)的大氣綜合狀態(tài)。通常用氣溫、氣壓、濕度以及發(fā)生在大氣中的風(fēng)、云、雨、雪、雷電等現(xiàn)象來表示。也有把影響人類日常生活、生產(chǎn)的大氣現(xiàn)象和狀態(tài)，例如陰、晴、冷、暖、干、濕等作為天氣的。

2、天氣系統(tǒng)

在氣象要素空間分布上具有典型特征的大氣運(yùn)動系統(tǒng)。是氣旋(低氣壓)、反氣旋(高氣壓）、鋒、高空槽（切變線）脊、臺風(fēng)、颮線、龍卷、雷暴、熱帶云團(tuán)等系統(tǒng)的總稱。習(xí)慣上，稱發(fā)生在溫帶地區(qū)的天氣系統(tǒng)為溫帶天氣系統(tǒng)，發(fā)生在熱帶(副熱帶)地區(qū)的為熱帶(副熱帶)天氣系統(tǒng)。

3、天氣分析

依據(jù)天氣學(xué)和動力氣象學(xué)原理，對天氣圖和各種大氣探測資料進(jìn)行的描述、操作、推斷的過程。目的是了解天氣系統(tǒng)的分布和空間結(jié)構(gòu)、演化過程及其與天氣變化的關(guān)系，為制作天氣預(yù)報供應(yīng)依據(jù)。

對天氣圖的分析內(nèi)容主要包括:

(1)氣壓場分析，通常用等壓線或等位勢高度線的分布表示氣壓的空間分布。

(2)氣溫場分析，通常用等溫線的分布表示氣溫分布和大氣的熱力結(jié)構(gòu)。

(3)濕度場分析，通常用等比濕線或等露點(diǎn)線的分布表示大氣中水汽含量的分布。

(4)風(fēng)場分析，通常用流線和等風(fēng)速線表示大氣的流淌狀態(tài)。

天氣圖分析采納的方法有傳統(tǒng)的手工分析和客觀分析兩種?？陀^分析是利用計(jì)算機(jī)將分布不規(guī)章的氣象站的觀測資料內(nèi)插到規(guī)章的網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)上，然后進(jìn)行等值線分析。隨著大量特別規(guī)氣象資料的增加，又提出了最優(yōu)(統(tǒng)計(jì))插值、分析與預(yù)報模式相結(jié)合的“四維同化”分析方案。

大氣探測資料分析，包括氣象要素場的診斷分析、衛(wèi)星云圖分析和雷達(dá)回波圖分析等。診斷分析是對某時刻的各種大氣物理量，如垂直