11天气图分析

1.1天气图分析天气图是填有各地同一时间气象观测记录的特种地图，它描述了某一瞬间某一区域的天气状况。天气图能显示各种天气系统和天气现象的分布及其相互关系，是分析判断天气变化、制作天气预报的基本工具。一般分为地面天气图、高空天气图和辅助天气图三类。过去天气图的填绘主要由手工完成，现在天气图的绘制都是由计算机完成。目前业务上使用的MICAPS平台能显示常用的各种天气图。1.1.1地面天气图地面天气图反映了某区域某时刻的地面天气系统和天气状况。一张地面图上用数值或符号填写各个气象观测站在同一时刻的气象要素观测记录。它填有观测时刻地面各种气象要素和天气现象，如气温、露点温度、风向、风速、海平面气压、能见度和雨、雪、雾等；还填有能反映空中大气现象的一些记录，如总云量、低云量、低云高以及高云、中云和低云的云状等；既有当时的记录，又有一些能反映短期内天气演变实况的记录，如3h变压、过去6h内的天气，过去6h降水量等。地面天气图是填写气象观测项目最多的一种天气图，是天气分析和预报中很重要的工具。地面天气图反映了某区域某时刻的地面天气系统和天气状况。一张地面图上用数值或符号填写各个气象观测站在同一时刻的气象要素观测记录。它填有观测时刻地面各种气象要素和天气现象，如气温、露点温度、风向、风速、海平面气压、能见度和雨、雪、雾等；还填有能反映空中大气现象的一些记录，如总云量、低云量、低云高以及高云、中云和低云的云状等；既有当时的记录，又有一些能反映短期内天气演变实况的记录，如3h变压、过去6h内的天气，过去6h降水量等。地面天气图是填写气象观测项目最多的一种天气图，是天气分析和预报中很重要的工具。图1.1a是MICAPS业务平台上默认的地面填图格式，也是世界上通用的填图格式。在业务中由于地面填图信息多、显示屏幕有限，预报员会根据不同需要，自行设置所显示的要素和所显示的区域范围，如图1.2a显示的地面图中只填充了云量、风、现.图1.1MICAPS中地面填图格式地面图主要分析海平面气压场（即海平面气压等值线），分为低压、高压、低压槽、高压脊、鞍形气压场五种基本形式，任一张海平面气压图都是由这五种基本形式构成的。地面图主要分析海平面气压场（即海平面气压等值线），分为低压、高压、低压槽、高压脊、鞍形气压场五种基本形式，任一张海平面气压图都是由这五种基本形式构成的。图1.2a为MICAPS平台显示的2009年10月15日14:00（北京时，下同）的地面天气图。值班预报员看到一张地面图，一般首先由海平面气压等值线分析出地面气压场的高、低压中心，弄清高、低压所控制的区域；其次根据现在和过去6h内的天气现象分析主要天气（如降水、雷暴、大风、沙尘、大雾等）发生的区域；第三步是结合3h变压和气压倾向、云状、云量以及温度、露点温度等其他要素，识别出当前地面的主要天气系统；最后结合最近几张连续的地面图以及高空图、卫星云图、数值预报产品等其他资料综合分析，判断这些天气系统未来的发展动向，进而作出天气预报。1.1.1.1锋面锋面是冷暖气团的过渡带，是水平温度梯度大的区域，斜压性强，有利于垂直环流的发展和能量转换，锋面附近常有剧烈的天气发生。锋面是天气预报中重点关注的天气系统之一。因此，锋面的识别和分析是地面天气图分析中的重点。根据锋面在移动过程中冷、暖气团所占的主、次地位，可将锋面分为：冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚锋。⑴冷锋:锋面移动过程中，冷气团起主导作用，推动锋面向暖气团一侧移动，这种锋面称为冷锋。冷锋过境后，冷气团占据了原来暖气团所在的位置，导致气温下降。需要注意的是，气团在移动过程中，由于变性程度不同，或有小股冷空气补充南下，在主锋后常有副冷锋形成，一般主锋两侧的温度差值较大，副冷锋两侧温差较小。图1.2a中有两条冷锋，一条是从低压中心向南向西伸的气旋中的冷锋，称为主锋；另一条是其后部补充南下冷空气而形成的副冷锋。(1)锋面附近的云和降水随季节、时间、地点的不同而变化。一般冷锋造成的天气与高空槽的位置有关。冷锋位于高空槽前为第Ⅰ型冷锋，降水区主要出现在冷锋后，多为稳定性降水，有时冷锋前暖区存在不稳定，在地面冷锋附近常出现雷阵雨天气（图1.3a）。冷锋与高空槽接近垂直或位于高空槽后时为第Ⅱ型冷锋，夏半年在冷锋前锋线附近，暖湿空气被强迫抬升，常产生雷阵雨天气，云雨区较窄（图1.3b）；而冬半年，由于暖空气比较干燥，冷锋前降水不明显，冷锋过后，云很快消散，风速迅速增大，常出现大风、扬沙、沙尘暴天气。由于高空强冷平流的加压作用，使冷锋后常出现大片正变压区，有明显的3h正变压中心（图1.3a、图1.3b）。冷锋注释内容暖锋注释内容⑵暖锋:锋面移动过程中，暖气团起主导作用，推动锋面向冷气团一侧移动，这种锋面称为暖锋。一般在暖锋过境时，气温会升高。暖锋降水具有连续性特征，多发生在距暖锋较近的雨层云中。地面锋线附近，常出现雾，即锋面雾。夏季若暖空气不稳定，暖锋上也可出现雷阵雨。由于高空暖平流的减压作用，使暖锋前常出现大片负变压区，有明显的3h负变压中心（图1.3a）。准静止锋注释内容⑶准静止锋:当冷、暖气团的势力相当时，锋面的移动十分缓慢或相对静止，这种锋面称为准静止锋。实际工作中，经常将6h间隔内，锋面位置变化小于一个纬距的锋面定为准静止锋。它常由冷锋演变而成。在我国常出现在华南的南岭、云贵高原及天山地区。由于准静止锋的坡度较小，其降水区常出现在距锋线后一定距离处（图1.3c）。准静止锋上3h变压不明显。图1.3锋附近3h变压和雨区示意图锢囚锋注释内容⑷锢囚锋：暖气团、较冷气团和更冷气团三种性质不同的气团，构成两个锋面，由冷锋赶上暖锋或者两条冷锋迎面相遇形成锢囚，冷锋后部冷气团与暖锋前面冷气团的交界面称为锢囚锋。若冷锋后的冷空气团比暖锋前的冷空气团冷，称为冷式锢囚锋，反之称为暖式锢囚锋；若两气团的温差较小，则称之为中性锢囚锋。两条锋面在空间的交接点，为锢囚点。由于在锢囚锋上的云层形成最厚，上升运动也最强，锢囚锋的天气区主要出现在这里。除此之外，暖式锢囚锋在暖锋前还有一片连续雨雪区，冷式锢囚锋在冷锋前也有一片较窄的雨雪区（图1.3d）。锢囚锋负变压区和负变压中心在锋前，正变压区和正变压中心在锋后。零变压线在锋后为冷式锢囚锋（图1.3d），反之，为暖式锢囚锋。锋面动画演示业务上常用的判断锋面位置的方法主要有：⑴温度分析：锋面两侧有明显的温差，冷锋后有负变温，而暖锋后有正变温。⑵露点分析：暖空气露点温度较高，冷空气露点温度较低。在没有降水发生的条件下，露点温度能较好的表达气团的属性，对确定锋面的位置很有用⑶气压与变压分析：锋面位于等压线气旋性曲率最大的地方，但有气旋性曲率处不一定有锋面。锋面亦可和等压线平行，但锋面两侧等压线的疏密对比显著。如寒潮冷锋附近经常有密集的等压线。冷锋后常有较强的正3h变压，暖锋前常有较强的负3h变压。⑹结合云图等其他资料分析判断。1.1.1.2锋面气旋气旋是指占有三度空间的、在同一高度上中心气压低于四周的大尺度涡旋，按气旋的结构可分为锋面气旋和无锋面气旋。这里仅对锋面气旋的分析以及影响做简要说明。在我国，典型的锋面气旋主要有江淮气旋、蒙古气旋、黄河气旋。江淮气旋江淮气旋注释内容⑴江淮气旋：是指发生在长江下游、淮河流域及湘赣地区的锋面气旋。以春夏两季出现较多，特别是在6月份活动最旺盛，常伴有暴雨和大风天气。江淮气旋东移入海，常造成海上大风。蒙古气旋云图蒙古气旋注释内容⑵蒙古气旋：蒙古气旋发生或发展在贝加尔湖东南方的蒙古中部和东部高原一带，约在（100～115ºE，40～50ºN）范围内。一年四季均有出现，以春秋两季最常见，尤以春季最多。蒙古气旋造成的天气以大风为主，在发展较强的气旋中心偏北部位常有降水出现，但降水量不大，且带有局地性。在图1.2a上的气旋为蒙古气旋。黄河气旋黄河气旋的注释内容⑶黄河气旋：是指在黄河流域产生的气旋，常常影响黄河下游、辽东半岛、山东半岛等地，是这些地区暴雨的主要影响系统之一。暴雨中心一般出现在气旋中心前方、暖锋前部，冷锋附近可出现局部暴雨。黄河气旋东移入海，常造成海上大风。1.1.1.3倒槽倒槽倒槽的注释内容倒槽主要指在地面图上等压线开口向南的低槽，它是由于来自南方的暖湿空气密度较小而造成的气压低值区。因为一般低槽等压线开口向北，倒槽正好相反，等压线开口向南，因此得名。倒槽和低槽不仅是开口方向上的不同，其性质、发生机理、天气分布等也不同。在倒槽顶部曲率大的区域辐合最强，冷暖空气交绥时常会出现较大降水。1.1.1.4冷高压冷高压冷高压的注释内容冷高压位于冷锋后部，在其前部伴有强大的冷空气，常带来大风、沙尘、降温等天气。由于冷空气的路径不同，其强度和所带来的天气也有所不同。所以预报中要注意分析冷高压中心强度及其移动方向。1.1.1.5干线干线干线的注释内容干线，又称为露点锋，是水平方向上的湿度不连续线，其垂直伸展仅达地面1～3km。穿过干线，地面强水平露点梯度可达5℃/km以上。干线附近是强对流天气最容易发生的地区。有研究表明，几乎所有的弱降水超级单体都出现在干线附近，而与弱降水超级单体风暴相伴随的主要天气现象包括雷雨大风、大冰雹，有时也会产生龙卷（俞小鼎等，2006）。故在制作强对流天气的潜势预报时除要注意分析温度和风的不连续外，还要注意分析边界层露点的不连续线。1.1.1.6辐合线辐合线辐合线的注释内容是指地面附近风场的辐合线，有风向或风速的辐合，是触发强对流天气的重要机制。边界层辐合线包括锋面、雷暴出流边界（阵锋风）、海陆锋辐合线等，地面辐合线的分析是强对流天气潜势预报中重点分析的项目，在后面中尺度分析一节中有例子详细分析。1.1.2高空天气图高空天气图也称高空等压面图，常用于分析高空天气系统。日常分析的高空图有925、850、700、500、300、200和100hPa等压面图，其高度分别约为1500、3000、5500、9000、12000和16000m。高空图上填有各探空站或测风站在该等压面上的位势高度（单位为位势什米（dgpm））以及温度、温度露点差、风向风速等。图1.4a是MICAPS业务平台上默认的、世界上通用的高空填图格式，图中UV:风；T：气温；H：高度；T-TD：温度露点差；ID：站号，图1.4b是2010年11月8日北京站500hPa高空观测填图，当时北京站上空500hPa为西北风24m/s，气温为-25℃，高度为555dgpm，温度露点差为13℃。分析等压面形势图可以了解空间气压场的情况，等高线的高（低）值区对应空间高、低压区，故等压面图上的等高线可反映高空低压槽、高压脊、切断低压和阻塞高压、高空低涡、副热带高压等天气系统的位置和影响范围；等温线表示该等压面上冷暖空气分布，可分析出冷、暖中心和冷槽、暖脊，它们同等高线配合，表征天气系统的动力和热力性质；从温度露点差可以判断该等压面上相对湿度的情况，可分析出干、湿中心和湿舌、干舌，一般认为T-Td≤4℃的区域为湿区，而T-Td≤2℃的区域为水汽饱和区，它们通常和云、雨区相配合。利用风向风速可以判断风的切变以及风的辐合、辐散情况。综合分析等高线、等温线以及风场，可分析判断冷、暖平流及强度。等高线与等温线相交，气流由冷区吹向暖区，这时有冷平流，反之有暖平流。平流的强度可从以下三方面判断：①等高线的疏密程度，一般等高线越密，风速越大，平流强度也越大；②等温线的疏密程度，等温线越密，说明温度梯度越大，平流强度也越大；③等高线和等温线交角的大小，一般交角越接近90°，平流强度越强；若等高线和等温线平行，则没有明显的温度平流。地面天气图分析一样，分析高空天气图时，识别、判断出高空影响系统，并正确预测其未来的发展和变化，对准确预报天气意义重大。图1.2b为MICAPS平台显示的2009年8月17日08:00500hPa图，从图中可以清晰的看到槽线、切变线、副热带高压、阻塞高压、切断低压、高空低涡等天气系统。（1）按槽线的走向可分为竖槽和横槽。竖槽为南北向的槽，槽前为暖湿的西南气流，槽后为干冷的西北气流，故槽前常有阴雨天气，而槽后为晴好天气。横槽为近似东西向的槽，横