天气学分析-剖面图分析

大气科学学院天气学分析19剖面图分析大气科学学院天气学分析2辅助天气图？在作天气分析时，除了应用天气图(包括地面、高空天气图)以外，还应用很多种辅助图表，这些辅助图表统称为辅助天气图。辅助天气图的种类很多，可以根据分析、预报工作的需要而择用。大气科学学院天气学分析3辅助天气图的种类常用的辅助天气图有剖面图高空风分析图温度——对数压力图能量图等熵面图变温、变压图降水量图，等等。本章只对部分辅助天气图的制作和应用做一扼要的介绍。大气科学学院天气学分析4剖面图分析地面图和等压面图都是从水平方向或准水平方向来对大气进行解剖的。为了更详细地了解大气的三度空间结构，往往还须制作空间垂直剖面图，简称剖面图。剖面图是气象要素在垂直面上的分布图，以水平距离做横坐标，用高度或气压的对数尺度做纵坐标。大气科学学院天气学分析5大气科学学院天气学分析6大气科学学院天气学分析7大气科学学院天气学分析8一、剖面基线的选择剖面图所取横坐标轴的沿线称为基线。基线的选择，没有一定的规定，一般可以从以下几个方面考虑。大气科学学院天气学分析9一、剖面基线的选择（续）1)为了要了解某一子午面上的温度场和风场的构造，就把基线选在这个子午面上。这样的剖面图，称为经圈剖面图。2)当我们要研究某一天气系统或天气现象区时，可以取一个能明确表示这天气系统或天气区的方向作为剖面图的基线。例如要了解锋面的空间结构，那么基线最好与锋区相垂直。大气科学学院天气学分析10一、剖面基线的选择（续）3)所选剖面上的测站记录不可太少，否则分析结果就不够准确。基线上的测站间的距离也不能太远，否则难以分析，其结果也不会准确。为了补救测站稀少的缺陷，在实际工作中可以把离基线不远的测站记录，沿等压面上的等温线或等高线方向投影到剖面的基线上，或者垂直投影到剖面的基线(简称剖线)上。选用的测站离开剖线的距离应在100km之内，在测站稀少地区，这一距离可以适当放宽(如在300km之内)。大气科学学院天气学分析11一、剖面基线的选择（续）4)剖线左右两方所表示的方向一般是统一规定的。剖线如为纬线方向(或接近纬线方向)则应把西方定在左方，东方定在右方，而如为经线方向(或接近经线方向)则应把北方定在左方，南方定在右方。大气科学学院天气学分析12二、剖面图填写与分析的规定填写剖面图时，先在各站位置上，作垂直线，在垂直线下方注明站名或站号，根据剖线上各地的海拔高度，绘出剖线上的地形线。大气科学学院天气学分析13(一)填写项目在剖面图上要填写探空报告中标准层和特性层的各项记录：气温，以摄氏度(℃)为单位。露点，以摄氏度(℃)为单位。比湿，以g／kg为单位。假相当位温(也可以用位温)，以绝对温度(K)表示。大气科学学院天气学分析14(一)填写项目（续）此外，将各高度上的高空风向、风速记录填在相应的等压面高度上，填写方法与等压面图相同。大气科学学院天气学分析15(一)填写项目（续）以上各项按填图模式(图3.1)填写，同时将剖线上测站同一时刻的地面天气报告填写在剖线的下方。seseTTTdTdqqq大气科学学院天气学分析16(二)分析项目与技术规定等温线每隔4℃用红铅笔画一条实线，各线数值应为4的倍数，负值应写负号。等假相当位温线(或等位温线)每隔4K用黑铅笔画一条实线，各线数值应为4的倍数。等比湿线每隔1g/kg用绿铅笔画成细实线，自2g/kg以后，每隔2g/kg画一条线。这一项可根据需要确定是否分析。大气科学学院天气学分析17(二)分析项目与技术规定（续）4)锋区按地面图上有关分析锋的规定，标出剖面上不同性质锋的上、下界，如冷锋的上、下界用蓝铅笔实线标出，而它的地面位置则用黑铅笔印刷符号在剖面图底标出。大气科学学院天气学分析18(二)分析项目与技术规定（续）5)对流层顶用蓝色铅笔实线标出其顶所在位置。6)其他根据需要有时还可以在剖面图上分析涡度、散度、水平风速、地转风速、垂直速度并标出云区、降水区、积冰层、雾层等等。大气科学学院天气学分析19三、剖面分析(一)等温线与等θ线之间的关系(二)等se线的分析(三)对流层顶的分析(四)锋区分析(五)风场分析大气科学学院天气学分析20(一)等温线与等se线之间的关系由关系式由此式就很容易得出下列推论：dzT（-）大气科学学院天气学分析21(一)等温线与等se线之间的关系（续）①在剖面图上，如果气层层结时，则，位温随高度向上递增，而且如果温度随高度增加，即，时，则，即位温随高度向上递增很快。这就是说，在稳定层中位温随高度增加要比在不稳定层结中快。也就是在稳定层结中，等位温线较为密集。ｄ＜dzT（-）0z0Tz00z》大气科学学院天气学分析22(一)等温线与等se线之间的关系（续）②分析可知：在剖面图上等温线与等θ线两者的位相正好相反。如图3.2所示：当等温线向下凹(即为冷空气堆)时，等se线便向上凸起来；相反，等温线向上凸时，等se线向下凹。图3.2冷空气堆的剖面大气科学学院天气学分析23(一)等温线与等se线之间的关系（续）③当γ=γd，位温随高度不变。④层结不稳定，位温随高度递减。大气科学学院天气学分析24(二)等se线的分析在水汽比较充足的地方，在剖面图上分析se而不用。其理由是：se对干、湿绝热过程来说都是保守的。作气团分析时se比好。在锋区附近常有降水过程，就失去保守性，而se还是准保守的，也就是说在凝结或蒸发的过程中se是准保守的。大气科学学院天气学分析25(二)等se线的分析（续）在剖面图上分析等se线有以下两种作用：1)等se线随高度的分布，能反映大气层结对流性不稳定的情况。•即当dse／dz0时，大气为对流性不稳定；•当dse／dz0时，大气是对流性稳定。大气科学学院天气学分析26(二)等se线的分析（续）2)根据等先线的分布，可判断上升运动区和下沉运动区。•在等se线分布上，•自地面向上伸展的舌状高值区(dse／dz0)，多为上升运动区；•自高空指向低层的舌状高值区(dse／dz0)，多为下沉运动区。大气科学学院天气学分析27(三)对流层顶的分析对流层与平流层之间的界面，称为对流层顶。对流层里温度一般随高度降低。平流层下部温度随高度变化可能是逆温、等温或递减率很小三种情况中之一种。大气科学学院天气学分析28(三)对流层顶的分析（续）由于热带对流层顶高，寒带对流层顶低，所以平流层中冷暖水平分布与对流层往往相反。等温线通过对流层顶时有显著的转折，折角指向较暖的一方。大气科学学院天气学分析29(三)对流层顶的分析（续）对流层顶经过分析一般定在温度最低或递减率有显著突变处。对流层顶近乎与等se线平行。平流层里因为γ很小或为负值，而且气压较低，温度较低，因而／T1。此比值较大，而且γd-γ0，此数值也较大，故d/dz0，此数值也比较大，因此在对流层顶之上，等位温线非常密集(图3.3)。大气科学学院天气学分析30(三)对流层顶的分析小结对流层顶的4个特点：①等温线通过对流层顶时有显著的转折，折角指向较暖的一方；②对流层顶经过分析一般定在温度最低或递减率有显著突变处。③对流层顶近乎与等se线平行；④在对流层顶之上，等位温线非常密集。大气科学学院天气学分析31图3.3对流层顶的热力结构(细实线为等温线，虚线为等位温线)大气科学学院天气学分析32(四)锋区分析锋区是个倾斜的稳定层。锋区内温度水平梯度远大于气团内的温度水平梯度。等温线通过锋区边界时有曲折。等温线在锋区内垂直方向上表现为稳定层。等θse线与锋区接近平行，而且等θse线在锋区内特别密集(图3.4)。大气科学学院天气学分析33图3.4锋附近等θse线分布示意图大气科学学院天气学分析34(四)锋区分析（续）当极锋锋区伸展达到对流层的上层时，其附近对流层顶如何与之联系，在分析中，大致有四种不同的模式(图3.5)。大气科学学院天气学分析35(四)锋区分析（续）模式a是将南面对流层顶和北面对流层顶连接并折叠起来，但和锋面并不相联结。不过，很少资料能证明确有这种折叠存在。大气科学学院天气学分析36(四)锋区分析（续）模式b是将对流层顶附近断裂开，也不与锋面联接，这曾为一般所采用。大气科学学院天气学分析37(四)锋区分析（续）模式c是将对流层锋区引伸到平流层里去成为一段平流层锋区，平流层锋区的坡度和温度梯度均与对流层锋区方向相反，高低纬两对流层顶则从北、南两侧趋向锋区，并在锋区附近稍向下倾斜。大气科学学院天气学分析38(四)锋区分析（续）这种分析方法有很大优点，因为它能清楚地把对流层中和平流层中的极地气团与中纬度气团都划分开来。也有人指出：对流层上层和平流层低层内的锋区是一个系统，经常以同一速度，同一方向移动。目前多采用这种分析方法。大气科学学院天气学分析39(四)锋区分析（续）模式d是将锋区的上界与南面的对流层顶联接，将下界与北面对流层顶联接起来。在东亚上空的副热带锋区的结构与模式d有相类似之处，因其上界与热带对流层顶联接，但其下界不一定与中纬度对流层顶联接。大气科学学院天气学分析40(五)风场分析根据需要而在剖面图上绘制实际风或地转风的等风速线(全风速或某个方向的分量)。来介绍一些等风速线分布的一般情况。大气科学学院天气学分析41(五)风场分析（续）1)在对流层里，除低纬外，以西风为主，风速向上增加；递增速度与气层平均温度水平梯度成比例。特别是锋区上空，风速的垂直切变很大。大气科学学院天气学分析42(五)风场分析（续）2)在高层的风随着高度增加，而逐渐趋向热成风方向。所以，大致可以认为：背风而立，低温在左，高温在右。大气科学学院天气学分析43(五)风场分析（续）3)西风带常出现风速最大中心，即高空急流区，它应与主要锋区同时出现；中心位置在锋区之上，对流层顶之下，常在对流层顶断裂的地方。大气科学学院天气学分析44(五)风场分析（续）4)赤道附近，极地低层及平流层低层以上一般是东风带所在地。大气科学学院天气学分析45End