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第一章天气分析的内容和方法学习要点本章介绍了常用的天气分析预报的资料、图表、分析方法、预报方法和预报思路。天气分析是根据天气学和动力气象学的原理，对天气图和各种探测资料进行分析。通过天气分析，可了解天气系统分布状况、空间结构及其演变的过程，明确天气系统和天气变化的关系，进而判断未来天气变化趋势，为天气预报提供依据。天气分析的内容随电子计算机和大气探测技术的发展而不断丰富。本章从天气图分析、物理量诊断、卫星、雷达等探测资料分析以及中尺度分析、数值预报产品、集合预报等方面对天气分析的主要内容和方法作一简要介绍。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。详情进入图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。图1.2aMICAPS中显示的2009年8月17日08:00500hPa天气图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。图1.2aMICAPS中显示的2009年8月17日08:00500hPa天气图冷锋注释内容暖锋注释内容准静止锋注释内容图1.3锋附近3h变压和雨区示意图锢囚锋注释内容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。⑷风场分析：锋面附近有明显的气旋式风向切变。⑸云和天气现象分析：一般锋面附近有较明显的云和降水。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。锋面气旋形成周期动画演示江淮气旋江淮气旋注释内容蒙古气旋云图蒙古气旋注释内容黄河气旋黄河气旋的注释内容1.1.1.3倒槽倒槽倒槽的注释内容1.1.1.4冷高压冷高压冷高压的注释内容1.1.1.5干线干线干线的注释内容1.1.1.6辐合线辐合线辐合线的注释内容隐藏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。详情进入图1.4MICAPS中高空填图与地面填图显示一样，也可根据不同需要，自行设置所显示的要素和所显示的区域范围。图1.2b设置的高空图中只显示了风向、风速。图1.2（b）MICAPS中显示的是2009年8月17日08:00500hPa天气图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。横竖槽⑵切变线：是指风场的不连续线，一般其两侧的风向有明显的气旋式切变。切变线附近气压或高度变化不明显。偏北风与西南风之间的切变为冷式切变，常呈东北—西南向；偏东风与偏南风或西南风的切变为暖式切变，它常呈东—西向或西北—东南走向。此外在两高压之间的切变称为两高切变，图1.2b中在大陆高压与副热带高压之间就有一两高切变。切变线附近有很强的辐合，常有降水天气产生，一般降水出现在700hPa切变线以南、850hPa切变线以北的区域。切变雨区切变种类⑶副热带高压副热带高压（带状）副高活动有着明显的季节变化，一般来说，从冬到夏位置北移，强度增大；从夏到冬，位置南撤，强度减弱。一年中北进与南撤并不是匀速行进的，而是稳定少变、缓慢移动与跳跃三种形式。平均而言，冬季副高脊线在15ºN附近，3、4月份开始缓慢北移，5—6月间（一般在6月中旬）出现第一次北跳，脊线北跳到20ºN以北，并稳定在20～25ºN之间一个月左右。7月中旬，脊线再次北跳，越过25ºN，在7月底或8月初，副高达到一年中最北位置，9月以后，副高向南撤退。副高周围的天气动画演示⑷阻塞高压：在西风带长波槽脊的发展演变过程中，当脊不断北伸时，其南部与南方暖空气的联系会被冷空气所切断，在脊的北端出现闭合环流，形成孤立的暖高压中心，叫做阻塞高压（以下简称阻高）。此时西风带长波槽脊的经向度增加。在亚洲，阻高主要出现在乌拉尔山、鄂霍茨克海以及贝加尔湖地区，分别称它们为乌拉尔山阻高、鄂霍茨克海阻高以及贝加尔湖阻高。图1.2（b）MICAPS中显示的是2009年8月17日08:00500hPa天气图阻塞高压的注释内容⑸切断低压：是指对流层中上层出现的一堆孤立的冷空气（气压场上表现为低压），与北方冷空气之间被暖空气所切断，南北方的冷空气只在低层连接起来。在高空图上切断低压有两种形式：一种是无显著的阻塞高压存在（图1.2b中东部海上的低压）；另一种是与阻塞高压同时出现并与之密切关联的切断低压（图1.2b中阻高前部的低压）。我国最常见的切断低压是东北冷涡。它一年四季都可能出现，而以春末、夏初活动最频繁。它的天气特点是造成低温和不稳定性的雷阵雨天气。东北冷涡的西部，常有冷空气不断补充南下，在地面图上常表现为一条副冷锋向南移动，有利于冷涡的西、西南、南至东南部发生雷阵雨天气，而且类似的天气可以连续几天地重复出现。⑹高空低涡：主要介绍与我国天气密切相关的东蒙冷涡、西南涡、西北涡。东蒙冷涡：是指发生或经过蒙古人民共和国中东部的冷性低涡，常形成于亚洲高空阻塞形势下。从春末到秋初都会出现，而尤以初夏为多且影响严重，主要影响我国的西北、华北以及东北地区。东蒙冷涡带来的天气主要出现在冷涡的东南方，常造成午后到傍晚的雷雨大风、冰雹等强对流天气，具有日变化明显、时间短、强度大、局部性明显且可能持续数日等特点，个别地点降水可达暴雨。东蒙冷涡点击查看西南涡动画演示西北涡：西北涡是指700hPa上，在柴达木盆地到青海湖一带（99～105ºE，34～38ºN）发展东移的低涡。这种低涡原是暖性的地形低涡，当有冷空气入侵，斜压性加强，低涡开始东移，当低涡进入甘陕地区后，受西南气流输送来的水汽影响及水汽凝结反馈作用，促使低涡进一步发展加强，并沿其前部暖切变线东移，呈“人”字形切变线，暴雨主要产生在低涡前部和暖切变线上。⑺高空急流：高空急流是指出现在对流层顶附近或平流层中一股强而窄的气流，其轴呈准水平状，急流中心最大风速大于30m/s(图1.5a)。与我国天气有密切关系的高空急流有：极锋急流、副热带急流和热带东风急流。由于风速的变化，在高空急流入口区和出口区有次级环流产生，在高空急流入口区其北侧有辐合下沉气流，而南侧有辐散上升气流；而在出口区与之相反，北侧有辐散上升气流，而南侧有辐合下沉气流。故当高空急流与地面锋面同时存在时，高空急流出口区北侧（或入口区南侧）的冷锋段，地面冷锋前的上升运动与高空急流次级环流的上升气流叠加，有利于灾害性对流天气的发展，同时由于强烈的减压作用而促使爆发性气旋的发展。而处于高空急流出口区南侧（或入口区北侧）的冷锋段，锋前低层的上升运动受到高空急流次级环流下沉支的压制，起减弱对流天气的作用。⑻低空急流：是指出现在600hPa以下的一支风速＞12m/s的强风带(图1.5b)。850hPa以下的低空急流有明显的日变化，一般在日落时开始增大，到凌晨日出前最大。其最大风速轴与最大水汽轴一致，因此低空急流可向北方输送大量的水汽。大雨或暴雨区常出现在急流轴的左前方。急流轴上常有风速突然加大的现象，成为风速脉动，在风速脉动区的下游常有较大降水发生。图1.52010年8月5日08:00高低空急流分布图(a)200hPa风场，阴影为风速≥30m/s的风速区，箭头为高空急流轴图1.52010年8月5日08:00高低空急流分布图(b)850hPa风场，虚线为风速≥12m/s的等风速区，箭头为低空急流轴静力学关系和热成风关系决定了高、低空天气图之间的配置，所以预报天气不能仅凭一张天气图、仅分析一种天气系统，而需要高低空、地面综合分析、考虑，且由于地形的作用，上述天气系统所带来的天气也会发生变化，这就需要预报员在实际工作中不断总结、积累经验，才能更好地使用天气预报图。隐藏1.1.3T-ln-p图T-ln-p图是一种用来判断测站大气层结稳定度、预报强对流天气的重要工具，是常用的一种辅助天气图。它是根据干空气绝热方程和湿空气绝热方程制作的图表，也称绝热图