温度对数压力图分析.

大气科学学院天气学分析111温度—对数压力图分析大气科学学院天气学分析2温度—对数压力图分析温度—对数压力(T-lnP)图是我国气象台站普遍使用的—种热力学图解。它能反映探空站及其附近上空各种气象要素的垂直分布情况。因此在天气分析和预报中有着非常广泛的应用。大气科学学院天气学分析3—、温度—对数压力图的构造和点绘温度—对数压力图的纵、横坐标，分别表示气压的对数(LnP)及温度(T)。温度以摄氏度为单位，每隔10度标出度数(粗字，另列小字表示绝对温度)。气压以hPa为单位，在图的右部从1050hPa起，自下向上递减到200hPa，每隔100hPa标上百帕数。在图的左部，从250hPa起自下向上递减至50hPa，每隔50hPa标百帕数，每小格表示2.5hPa，纵坐标上气压最低值为50hPa。大气科学学院天气学分析4—、温度—对数压力图的构造和点绘（续）因为当气压愈低时，1hPa气压差的垂直距离便愈大，由于图面大小的限制，纵坐标的气压最低值不可能设计得太低。而且因为气压P趋于零时，lnP便趋于无穷大，所以图上不可能有P=0的坐标。大气科学学院天气学分析5—、温度—对数压力图的构造和点绘（续）图上有五种基本线条，除与纵、横坐标平行的等温线和等压线外，还有三种倾斜的曲线。它们是：1)干绝热线(即等位温线)，即图上的黄色实线，表示未饱和空气在绝热升降运动中状态的变化。这种线上，每隔10度标出位温(θ)的数值(当气压低于200hPa时，位温值标注在括号中)。大气科学学院天气学分析6—、温度—对数压力图的构造和点绘（续）2)湿绝热线(即等θse线)，即图上的绿色虚线，表示饱和空气在绝热升降运动中状态的变化。在这种曲线上，每隔10度标有假相当位温(θse)的数值。大气科学学院天气学分析7—、温度—对数压力图的构造和点绘（续）3)等饱和比湿线，即图上的绿色实线，是饱和空气比湿的等值线。每条线上都标有饱和比湿值。当气压值低于200hPa时，等饱和比湿值标在括号中。大气科学学院天气学分析8温度——对数压力图温度高度湿绝热线假相当位温线(se)干绝热线等位温线()等饱和比湿线(qs)pddCRPT)1000(大气科学学院天气学分析9—、温度—对数压力图的构造和点绘（续）日常分析时，在温度—对数压力图的纵坐标上常常填写位势高度、风向、风速等记录，并在图上绘制以下三种曲线：大气科学学院天气学分析10—、温度—对数压力图的构造和点绘（续）1)温度—压力曲线(简称温压曲线或层结曲线)，表示测站上空气温垂直分布状况。其作法是，将各高度上的气压、温度数据，用钢笔——点绘在图上，然后将这些点子依次用线段连接起来，便成温压曲线。大气科学学院天气学分析11—、温度—对数压力图的构造和点绘（续）2)露点—压力曲线(简称露压曲线)，表示测站上空水汽垂直分布的状况。其作法是，将各层上的气压、露点数据用钢笔——点绘在图上，然后用虚线依次连接起来，便成露压曲线。大气科学学院天气学分析12—、温度—对数压力图的构造和点绘（续）3)状态曲线(或称过程曲线)，表示气块在绝热上升过程中温度随高度而变化的曲线。某—高度上气块若先经历了干绝热上升，达到饱和后，再经历湿绝热上升的过程，则在温度—对数压力图上，要先通过该气块的温压点，平行于干绝热线而画线；同时通过该气块的露压点平行于等比湿线而画线，两线相交于—点，从交点平行于湿绝热线再画—线，这样便作成状态曲线。大气科学学院天气学分析13层结曲线过程曲线(状态曲线)露压曲线大气科学学院天气学分析14二、温度——对数压力图的应用(—)常用温湿特征量的求法(二)标准等压面位势高度(Hp)(三)不稳定能量(E)的求法(四)—些特征高度及对流温度的求法(五)压高曲线的制法及H0和H-20的求法(六)—些常用稳定度指标的求法(八)稳定层性质的判断大气科学学院天气学分析15(—)常用温湿特征量的求法(1)比湿(q)定义：单位质量湿空气含有的水气质量。求法：通过温压点B(T=30℃，P=920hPa)的露点A(Td=21℃)的等饱和比湿线的值就是B点的比湿值(在等饱和比湿线上所标数值的单位为g／kg，q=17g／kg)。大气科学学院天气学分析16(—)常用温湿特征量的求法（续）(2)饱和比湿(qs)定义：在同—温度下，空气达到饱和状态时的比湿。求法：通过温压点B(T=30℃，P=920hPa)的等饱和比湿线的数值就是B点的饱和比湿值(qs=29g／kg)。大气科学学院天气学分析17(—)常用温湿特征量的求法（续）(3)相对湿度(f)定义：实际空气的湿度与在同—温度下达到饱和状态时的湿度之比值。求法有两种。大气科学学院天气学分析18(—)常用温湿特征量的求法（续）(4)位温(θ)定义：气块经干绝热过程到达1000hPa时的温度。求法：通过温压点B(T=30℃，P=920hPa)的干绝热线的数值就是B点的位温值(在干绝热线上所标数值的单位为℃，θ=37℃)。大气科学学院天气学分析19(—)常用温湿特征量的求法（续）(5)假相当位温(θse)定义：气块经湿绝热过程，将所含的水汽全部凝结放出，再沿干绝热过程到达1000hPa时的温度。(3.5)其中，θd为位温，Tk为抬升凝结高度上的温度，L为凝结潜热，q为比湿。大气科学学院天气学分析20(—)常用温湿特征量的求法（续）求法：通过温压点B(T=30℃，P=920hPa)，沿干绝热线上升到凝结高度E，通过E点的湿绝热线的数值就是B点的假相当位温(在湿绝热线上所标数值的单位为℃，θse=94℃)。大气科学学院天气学分析21(—)常用温湿特征量的求法（续）(6)假湿球位温(θxw)及假湿球温度(Txw)定义及求法：气块按干绝热线上升到凝结高度后，再沿湿绝热线下降到1000hPa，这时它所具有的温度(即图3.9中A’2点的温度)称为假湿球位温，以θxw表示。如果气块不是下降至1000hPa，而是下降至原来的气压值处，这时它所具有的温度(即图3.9中A’1点的温度)称为假湿球温度，以Txw表示。大气科学学院天气学分析22(—)常用温湿特征量的求法（续）(7)虚温(Tv)定义：在同—压力下，使干空气的密度等于湿空气的密度时，干空气所应具有的温度。(3.6)大气科学学院天气学分析23(—)常用温湿特征量的求法（续）求法：通过温压点B(T=30℃，P=920hPa)的露点A(Td=21℃)作平行于纵坐标的直线，使该直线与最邻近的画有短划的等压线(900hPa)相交于F，量出F点两旁两短划间的距离，用横坐标上的度数来表示，精确到小数—位(2.9℃)，然后将此数值与B点的温度相加，便得B点的虚温值，即Tv=30℃+2.9℃=32.9℃大气科学学院天气学分析24图3.8大气科学学院天气学分析25图3.9大气科学学院天气学分析26(二)标准等压面位势高度(Hp)定义：用重力位势Φ的1／9.8所表示的高度。(3.7)大气科学学院天气学分析27(二)标准等压面位势高度(％)（续）求法：先从已知的层结曲线上，求出两等压面间的厚度。例如求700~500hPa等压面间的厚度，其方法是在两等压面间作垂线，使该线与层结曲线700、500hPa等压线相交成两个面积相等的三角形(或多边形)，垂线通过590hPa等压线附近的—排小圆点(小圆点上所标数值的单位为dagpm)，读取与垂线相交的小圆点的数值(仍用同例、同图，相交小圆点为G，其值为H=274dagpm)，这就是700~500hPa等压面间的厚度。大气科学学院天气学分析28(二)标准等压面位势高度(％)（续）然后将所求得的700~-500hPa等压面间的厚度值和700hPa等压面的高度相加，就可得到500hPa等压面的高度。其它标准等压面高度也可用类似的方法求得。大气科学学院天气学分析29(三)不稳定能量(E)的求法定义：不稳定大气中可供气块作垂直运动的潜在能量。(3.8)求法：图3.10。根据探空报告的各层气压、温度和露点值，绘出层结曲线和露压曲线，再根据地面观测报告的气压、温度、露点值，绘出状态曲线，分析层结曲线和状态曲线之间所包围的面积，便可得到：大气科学学院天气学分析30(三)不稳定能量(E)的求法①正不稳定能面积，即位于状态曲线左方和层结曲线右方之间的面积(单位：cm2，1cm2面积等于74.5J／kg)。②负不稳定能面积，即位于状态曲线右方和层结曲线左方之间的面积。③求出正、负不稳定能面积的代数和，这就是整个气层的不稳定能量。大气科学学院天气学分析31图3.10大气科学学院天气学分析32抬升凝结高度LCL自由对流高度LFC对流凝结高度CCL（云底高度）对流上限（云顶高度）对流温度Ts（最高温度）ABCDFEG大气科学学院天气学分析33(四)—些特征高度及对流温度的求法①抬升凝结高度(LCL)定义：气块绝热上升达到饱和时的高度。(3．9)大气科学学院天气学分析34(四)—些特征高度及对流温度的求法求法：仍用图3.10所示的例子。通过地面温压点B作干绝热线，通过地面露点A作等饱和比湿线，两线相交于C点，C点所在的高度就是抬升凝结高度。有时，由于考虑到地面温度的代表性较差，也可用850hPa到地面气层内的平均温度及露点代表地面温度及露点来求LCL。有时，近地面有辐射逆温层，此时可用辐射逆温层顶作为起始高度来求LCL。大气科学学院天气学分析35(四)—些特征高度及对流温度的求法②自由对流高度(LFC)定义：在条件性不稳定气层中，气块受外力抬升，由稳定状态转入不稳定状态的高度。求法：根据地面温、压、露点值作状态曲线，它与层结曲线相交之点所在的高度就是自由对流高度(如图3.10的D点)。大气科学学院天气学分析36(四)—些特征高度及对流温度的求法③对流上限定义：对流所能达到的最大高度。求法：通过自由对流高度的状态曲线继续向上延伸，并再次和层结曲线相交之点所在的高度，就是对流上限，即经验云顶(如图3.10的E点)。大气科学学院天气学分析37(四)—些特征高度及对流温度的求法④对流凝结高度(CCL)定义：假如保持地面水汽不变，而由于地面加热作用，使层结达到干绝热递减率，在这种情况下气块干绝热上升达到饱和时的高度。大气科学学院天气学分析38(四)—些特征高度及对流温度的求法求法：仍用前例。通过地面露点A作等饱和比湿线，它与层结曲线相交，交点F所在的高度，就是对流凝结高度。(见图3.10)。当有逆温层存在时(近地面的辐射逆温层除外)，对流凝结高度的求法是：通过地面露点作等饱和比湿线，与通过逆温层顶的湿绝热线相交之点所在高度即对流凝结高度。大气科学学院天气学分析39(四)—些特征高度及对流温度的求法⑤对流温度(Tg)定义：气块自对流凝结高度干绝热下降到地面时所具有的温度。求法：仍用前例。沿经过对流凝结高度F点的干绝热线下降到地面，它所对应的温度，就是对流温度(图3.10)。大气科学学院天气学分析40(五)压高曲线的制法及H0和H-20的求法为了在垂直方向上得到不同气压所对应的高度和比较准确地计算云高、云厚、零度层高度(H0)以及-20℃层高度(H-20)等，可在温度—对数压力图上绘制压高曲线，其方法是：大气科学学院天气学分析41(五)压高曲线的制法及H0和H-20的求法①把横坐标的温度值改为从右向左增大的高度值，温度间隔10℃改为高度间隔1000m。纵坐标不变。②将探空报告中的气压值和高度值依次点在图上，然后连接各点，即得压高曲线。如图3.11所示。大气科学学院天气学分析42(五)压高曲线的制法及H0和H-20的求法③欲知某点A的高度，只要过点A作横轴的平行线，交于压高曲线上—点A’。过A’作纵轴平行线交于横轴上—点H，H即为A的高度(在图3.11中为3500m)。同样办法，我们可以求得H0及H-20(图中H0=4750m，H-20=7750m)。大气科学学院天气学分析43(六)—些常用稳定度指标的求法①沙氏指数(SI)SI=T500-Ts(3.10)其中T500