常用气象物理量的意义及在预报ppt课件

1、常用气候物理量的意义及在预告中的运用 史丹妮v 天气分析和预告中经常运用各种物理量,了解这些物理量的来源、物理意义、性质特点和运用方法无疑对业务任务有很大协助。针对这一情况，本文对任务中常用的一些物理量作讲解。强对流天气指数v 强对流天气的预告不断是天气预告中最为棘手的问题。强对流天气可分为雷暴、雷暴大风、冰雹等不同天气类型，及时准确地预告强对流天气是我们的预告任务重点之一。1、全总指数v 全总指数TT是20世纪70年代由Miller引入的。其表达式为： v TT=T850+Td850-2T500v TT越大越容易发生对流天气。2、强天气要挟指数v 强天气要挟指数SWEAT是20世纪70年代M

2、iller和Maddox引入的，目前在许多国家和地域得到运用。它是根据328次龙卷风资料和日常预告阅历得出的一个预告指数，其表达示为：v I=12Td850+20TT-49+2f850+f500+125S+0.2 其中S=sin(a500-a850)，式中各项不为负数。 此图是根据WAFS美国华盛顿27日1200UTC预告资料制造的SWEAT指数18小时(28日0600UTC)预告场。由图可以看出：北京处于SWEAT指数的梯度区，且指数的值在250以上。v 据统计，雷暴出现前SWEAT指数多在150以上。同时，统计显示，在雷暴继续时间较长或伴随强对流天气的雷暴中，SWEAT指数多在300以上，

3、可见SWEAT指数越大，出现雷暴能够性越大，强度也能够越大。3、K指数(气团指数)v K=T850-T500+TD850-T-TD700 v 温度直减率中层饱和程度低层水汽条件v K指数可以反映大气的层结稳定情况, K指数越大,层结越不稳定，但它不能明显表示出整个大气的层结不稳定程度。K值大小与能够出现雷暴活动的关系为：v K20，无雷暴v 20K25，孤立雷暴v 25K30，零星雷暴v 30K35，分散雷暴v K35，成片雷暴v 在风力微弱无明显的锋面及气旋影响的地域中，可以有气团性雷爆开展。但是，在K指数所指示的不稳定区域中，常受气流辐合、辐散的影响。在辐合区中，雷暴活动加强；在辐散区中，

4、雷暴活动减弱。 K指数可以配合散度、涡度分析制造雷暴的客观预告。为了将气流方式的特征引进到预告方法中，可以用700hpa和850hpa等压面的高度相加得HH=H700+H850，并根据K值与H分布情况作出综合判别和雷暴预告。4、稳定度指数v 稳定度指数是对流天气诊断和分析最常用的方法。在天气分析预告业务中，经常将大气的稳定度用一些指数来表示，称稳定度指数。例如肖沃特指数。肖沃特指数v 肖沃特Showalter指数的定义为850HPA等压面上的湿空气块沿干绝热线上升，到达抬升凝结高度后再沿湿绝热线上升至500HPA等压面上时具有的气块温度T与500HPA等压面上的环境温度T500的差值，即：SI

5、= T500T。v 0SI3，有发生阵雨的能够性v -3SI0，有发生雷暴的能够性v -6SI-3，有发生强雷暴的能够性v SI-6，有发生严重对流天气的危险。5、垂直螺旋度 v 螺旋性是有利于维持大气对流运动最重要的根本特征之一。从运动学观念来看，旋转的流体利于能量的维持，对系统开展及生命维持起积极做用。螺旋度从物理本质上反映了流体涡管扭结的程度，其大小反映了旋转与沿旋转轴方向运动的强弱程度。在大气科学方面，螺旋度对雷暴、龙卷、大范围暴雨以及沙尘暴的分析预告有一定的指示作用。dVVH)()()()()(yuxvvxpuupvyVVH)(yuxvHk其定义为：风速矢量与相对涡度点乘的体积分：

6、P坐标系下的局地螺旋度可表示为：上式右端3项分别为x，y，z方向的涡度分量和风速相联络，称之为i-螺旋度，j-螺旋度， k-螺旋度。研讨指出，k -螺旋度较之i-螺旋度和j -螺旋度有更为清楚和重要的意义。所以仅讨论k -螺旋度。在P坐标下，将k -螺旋度定义为： 图 为2019年5月28日0600UTC 700hPa垂直螺旋度,阴影区域为螺旋度正值区根据WAFS美国华盛顿27日1200UTC预告资料制造。v 雷暴出现时北京区域上方低层大气中垂直螺旋度应为正值，在日常雷雨预告阅历也阐明：只需在一定天气条件下如低涡、低槽雷雨时，对中低层螺旋度要求较高，但在如副高西侧、冷涡等天气情势下，中低层垂直

7、螺旋度很小甚至为负值。所以低层大气垂直螺旋度为正值有利于雷暴的发生，而700hPa和850hPa全为正值，那么出现雷暴能够性较大。6、位温及位温平流 v 为了比较不同气压情况下空气的热形状,在气候学中常用到位温概念。位温e的定义为空气沿干绝热过程变化到P=1000HPA时的温度。v e在假绝热过程中守恒。大气层结稳定度可用e的垂直分布表征，即当 0时，大气层结呈对流不稳定，即大气中e随高度升高而降低时大气为对流不稳定。 位温平流同时代表了温度和湿度的平流，直接反映了相应高度层的e变化趋势，使我们可以更方便的判别各层e的垂直分布变化情况从而更准确地判别大气层结的未来趋势。Pe位温平流 v e平流

8、的表达式为：dydvdxduee 当中低层的e平流为正，中高层的e平流为负时，阐明低层有正的能量输入，高层有负的能量输入，易产生对流性天气且进一步维持。当中低层的e平流为正，中高层的e平流也为正，但低层平流量远大于高层平流量时，也要特别留意不稳定能量的潜在要挟。 因此选取了低层850hPa及中层500hPa的e平流来表征大气层结的对流不稳定变化趋势。v 图 为2019年5月28日0600UTC 700hPae值，黑点为北京根据WAFS美国华盛顿据27日1200UTC预告资料制造。单位: v 为了判别上下层能量平流的差别，我们统计500hPa与850hPa的e平流差值。64次雷暴日中，28次为负

9、值，即500hPa相对于850hPa为小的能量平流，占总数的43.8%。但在伴随10mm以上降水量的9次较强雷暴中，有7次为上负下正，可见中低层e平流差对于强雷雨和继续雷雨的预告具有一定指表示义，但对于普通性雷暴，那么指表示义不大。此结果也阐明了强雷雨需求较继续的不稳定能量的输入。7、垂直速度 v 大气垂直运动是天气分析和预告中必需经常思索的一个重要物理量。垂直速度不是直接观测到的，而是经过间接计算得到的。垂直速度由积分延续方程得到： p=p0+( )(p0-p)v 这里垂直速度仅指大尺度运动的垂直速度，不包括对流性上升与下沉运动的速度。正值为下沉运动，负值为上升运动。yvxuv 图 为201

10、9年5月28日0600UTC 700hPa垂直速度,阴影区域为上升运动区根据WAFS美国华盛顿据27日1200UTC预告资料制造v 统计63次雷暴日中，700hPa及850hPa均为上升气流的次数为28次，占总数的44.4%，而有一层以上为上升气流的次数为48次，占总数的76.2%，阐明雷暴出现时并非中低层均为上升气流，而是在中低层存在上升气流即有能够出现雷暴。v 同时，在20次强雷暴中，两层均为上升气流的次数为12次，占总数的60%；850hPa为上升气流的16次，占总数的80%；700hPa为上升气流的14次，占总数的70%。而且中低层上升速度越大越有利于雷暴的产生。8、散度及水汽通量散度yvxuD 散度是衡量在程度面上速度场辐散、辐合强度的一个物理量，辐散时为正、辐合时为负。 程度散度的表达式为：v水汽通量散度的表达式为：v水汽通量散度的意义是指单位时间内单位体积中水汽的净流失量。如水汽通量散度为正，表示有水汽流失。如水汽通量散度为负，表示有水汽积聚。v降水量gvqyguqxpqgppdVtM1009、涡度及位涡v 涡度是衡量空气块旋转运动强度的一个物理量。根据右手定那么，逆时针旋转时为正，顺时针旋转时为负北半球。从动力学角度分析，根据涡度的变化，就可以了解气压系统的发生和开展。在日常天气分析预告中的涡度是指垂