11 温度对数压力图分析ppt课件

1 11温度 对数压力图分析 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 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 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 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 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 的数值 当气压低于200hPa时 位温值标注在括号中 6 温度 对数压力图的构造和点绘 续 湿绝热线 即等 se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 se 的数值 7 温度 对数压力图的构造和点绘 续 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 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 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 10 温度 对数压力图的构造和点绘 续 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 11 温度 对数压力图的构造和点绘 续 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 12 温度 对数压力图的构造和点绘 续 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 13 层结曲线 过程曲线 状态曲线 露压曲线 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 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 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 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 18 常用温湿特征量的求法 续 4 位温 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 37 19 常用温湿特征量的求法 续 5 假相当位温 se 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 d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 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 se 94 21 常用温湿特征量的求法 续 6 假湿球位温 xw 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 xw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 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 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 24 图3 8 25 图3 9 26 二 标准等压面位势高度 Hp 定义 用重力位势 的1 9 8所表示的高度 3 7 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 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 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 30 三 不稳定能量 E 的求法 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 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 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 31 图3 10 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 A B C D F E G 33 四 些特征高度及对流温度的求法 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 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 35 四 些特征高度及对流温度的求法 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 36 四 些特征高度及对流温度的求法 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 37 四 些特征高度及对流温度的求法 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 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 39 四 些特征高度及对流温度的求法 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 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 41 五 压高曲线的制法及H0和H 20的求法 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 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 42 五 压高曲线的制法及H0和H 20的求法 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 43 六 些常用稳定度指标的求法 沙氏指数 SI SI T500 Ts 3 10 其中T500为500hPa上的实际温度 Ts为气块从850hPa开始 沿干绝热线抬升到凝结高度 然后再沿湿绝热线抬升到500hPa的温度 如SI 0 则表示稳定 而如SI 0 则表示不稳定 SI也可用850hPa及500hPa天气图上的数据借附表7而查得 44 沙氏指数的应用 SI 3 时 不太可能出现雷暴天气0 SI 3 有发生阵雨的可能性 3 SI 0 有发生雷暴的可能性 6 SI 3 有发生强雷暴的可能性SI 6 有发生龙卷风的危险性 45 六 些常用稳定度指标的求法 续 简化的沙氏指数 SSI SSI T500 Ts 3 11 其中T500为500hPa上实际温度 Ts为气块从850hPa开始 沿干绝热线抬升到500hPa的温度 在 般情况下 SSI 0 SSI愈小 表示愈不稳定 46 六 些常用稳定度指标的求法 续 抬升指标 LI LI TL T500 3 12 其中TL为气块的抬升温度 即它从自由对流高度开始 沿湿绝热线抬升到500hPa的温度 T500为500hPa上的实际温度 如LI 0 则表示不稳定 如LI 0 则表示稳定 47 六 些常用稳定度指标的求法 续 最有利抬升指标 BLl 把700hPa以下的大气 按50hPa的间隔分成许多层 并将各层中间高度 即在50 2 25hPa处 上的各点 沿干绝热线抬升到凝结高度 然后沿湿绝热线抬升到500hPa 这样就得出各点的抬升温度T L 再计算各点的T L与T500之差值 选择其中正值最大者 就是最有利抬升指标 3 13 48 六 些常用稳定度指标的求法 续 气团指标 K K T850 T500 Td 850 T Td 700 3 14 其中 T850 T500 为850hPa与500hPa的实际温度差 Td 850为850hPa的露点 T Td 700为700hPa的温度露点差 K值愈大 愈不稳定 49 气团指标 K 的应用 下列指标可供参考 各地可总结本地的预报指标 K 20 无雷雨20 K 35 有局部雷雨K 35 有成片雷雨 50 六 些常用稳定度指标的求法 续 斯拉维指标 T 由于夹卷作用 使云外空气进入云内 与云内空气混合 因而使实际的状态曲线比没有考虑夹卷作用的状态曲线偏于低温 侧 斯拉维指标就是实际状态曲线在500hPa上的温度Tk和层结曲线在500hPa上的温度Tm之差值 51 六 些常用稳定度指标的求法 续 其计算式为 3 15 如 T 0 则表示不稳定 而如 T 0 则表示稳定 如果用700hPa的湿度代替云外空气的湿度 用850hPa的温度代替凝结高度上温度 那么 根据850hPa和500hPa的温度 700hPa的露点 就可从预先制好的查算图中求得斯拉维指标 T 52 六 些常用稳定度指标的求法 续 强天气威胁 SWEAT 指标 3 16 3 16 式 其中各项的意义已在 天气学原理和方法 书中的对流天气过程中作过说明 这里不再重复 53 六 些常用稳定度指标的求法 续 理查孙数 Ri 理查孙数是 个表示湍流强度的无因次指标 3 17 54 六 些常用稳定度指标的求法 续 KY指数日本有人指出 如满足以下三个条件时 则在12 24小时内就易有大雨发生 SI 1 5 但6月 3 5月要 4 850hPa温度露点差为 T Td 850 3 850 500hPa的温度平流为TA 2 10 5 s 55 六 些常用稳定度指标的求法 续 这三个判断大雨的条件称为 对流三条件 三条件可综合成 个KY指数KY TA SI 1 T Td 850 当TA SI时KY 0当TA SI时 56 六 些常用稳定度指标的求法 续 据日本的 些地方统计的结果 得出 如KY 1 则要注意大雨的发生 如KY 2 则大雨发生的可能性大 如KY 3 则大雨发生基本上可以肯定 如KY 5 则可能有大暴雨 准确率为70 57 七 云中最大上升速度 Wm 的计算 略 58 八 稳定层性质的判断 在T lnP图上逆温层的层结曲线随高度向右倾斜 而等温层的层结曲线是垂直于横轴的 逆温层 等温层或递减率小的层结等三种层结都是稳定层 它们对天气的影响比较大 今以逆温层为例 分类加以说明 59 八 稳定层性质的判断 续 辐射逆温这是由于地表面强烈辐射冷却而造成的 般厚度不大 自地面起向上达几十米至几百米 逆温层下限与下垫面接触 湿度较大 逆温层顶上由于稳定层阻碍水汽向上输送 湿度较小 图3 13 60 八 稳定层性质的判断 续 扰动逆温摩擦层内扰动混合作用使该层的层结曲线趋于干绝热线 这样就在扰动层与无扰动层之间发生稳定层 强的可达逆温程度 它的特征是 逆温层以下至地面之间层结曲线与干绝热线平行 水汽分布比较均匀 水汽从逆温层上界开始急剧减少 逆温层高度大致与摩擦层顶相吻合 离地大约1km以下 图3 13 61 八 稳定层性质的判断 续 下沉逆温这是在整层空气下沉时由于气层压缩而形成的 它的特征是在空中 定高度上 气温与露点之差值很大 而且这差值是随高度升高而增大的 图3 13 62 八 稳定层性质的判断 续 锋面逆温这是由于暖空气凌驾于冷空气之上而造成的 因为锋面是倾斜的 所以锋面逆温的高度沿锋的剖线也是倾斜的 般暖气团中湿度比冷气团大些 所以湿度与温度同时随高度升高而增加 图3 13 63 d 64 八 稳定层性质的判断 续 以上是各种逆温层在温度 对数压力图上表现的 般特征 实际情况有时也可能不像上面所说的那样典型 有时往往几种原因混杂在 起 使逆温层性质不易判断 在这种情况下 我们应根据逆温层出现的时间 地点和天气条件等加以具体分析 从而作出正确的判断 65 九 云层的判断 温度 对数压力图可用于判断云层 定出云底和云顶 从而定出云的层次和厚