常用气象物理量的意义及在预报.ppt

1、常用气象物理量的意义及其在预报中的应用石在天气分析和预报中经常用到各种物理量。了解这些物理量的来源、物理意义、性质、特征和使用方法，无疑对商务工作有很大帮助。针对这种情况，本文解释了一些在工作中常用的物理量。强对流天气指数和强对流天气预报一直是天气预报中最困难的问题。强对流天气可分为雷暴、雷暴、冰雹等天气类型，及时准确地预报强对流天气是我们的预报重点之一。总指数，总指数(TT)是由米勒在20世纪70年代引入的。表达式是：TT=t850 t850-2t 500，它越大，就越有可能有对流天气。2.强天气威胁指数和强天气威胁指数是由米勒和马多克斯于20世纪70年代引入的，目前已在许多国家和地区得到应

2、用。它是一个基于328次龙卷风数据和日常预报经验的预报指标，其表达式如下：I=12td 85020(TT-49)2f 850 f 500 125(S 0.2)，其中S=sin(a500-a850)，公式中所有项目均非负数。这是根据美国华盛顿州27日1200协调世界时的WAFS预报数据制作的18小时(28日0600协调世界时)汗指数预报场。从图中可以看出，北京处于汗水指数的梯度区域，该指数的值在250以上。据统计，雷暴前的出汗指数超过150。同时，统计数据显示，在持续时间较长的雷暴或强对流天气中，出汗指数超过300。可以看出，出汗指数越大，雷暴的可能性和强度就越大。3。K指数(空气质量指数)，K

3、=(T850-T500) TD850-(T-TD)700、温度直接降低率、中等饱和度、水汽条件较低，K指数能反映大气分层的稳定性，K指数越大，分层越不稳定，但不能清晰地表达整个大气。K值与可能的雷暴活动的关系是：K20，20K25无雷暴，25K30有孤立雷暴，30K35有零星雷暴，K35有零星雷暴，还有一片雷暴。在风力较弱且没有明显锋面和气旋影响的地区，可能会出现气团雷暴。然而，在用K指数表示的不稳定区域，它经常受到气流的辐合和辐散的影响。在辐合区，雷暴活动加强；在辐散区，雷暴活动减弱。k指数可与散度和涡度分析相结合，对雷暴进行客观预报。为了在预报方法中引入气流的特征，可以将700hpa和85

4、0hpa等压面的高度相加得到H(H=H700 H850)，并根据K值和H分布进行综合判断和雷暴预报。4.稳定性指数是对流天气诊断和分析最常用的方法。在天气分析和预报业务中，大气稳定性通常用一些指标来表示，这些指标被称为稳定性指数。例如，肖瓦尔特指数。肖瓦尔特指数和肖瓦尔特指数定义为850百帕等压面上的湿空气块沿干绝热线上升，达到上升冷凝高度，然后沿湿绝热线上升至500百帕等压面时的空气块温度(t)与500百帕等压面上的环境温度(T500)之差，即SI=T500T。0SI3，可能有阵雨-3SI0，雷暴-6SI 3，强雷暴-6，以及强对流天气的危险。5.垂直螺旋度和螺旋度是维持大气对流的最重要的基

5、本特征之一。从运动学的角度来看，旋转流体有利于能量的维持，并在系统开发和寿命维护中发挥积极作用。螺旋度在物理上反映了流体涡旋的扭曲程度，其大小反映了旋转和沿旋转轴运动的强度。在大气科学方面，螺旋度可以指示雷暴、龙卷风、大范围暴雨和沙尘暴的分析和预报。定义为：体积分数乘以风速矢量和相对涡度点；p坐标系中的局部螺旋度可以表示为：上述公式右端的三项是涡度因此，将只讨论k螺旋度。在p坐标中，k螺旋度定义为：图中为2003年5月28日0600UTC 700hPa的垂直螺旋度，阴影区域为螺旋度正值区域(根据美国华盛顿州27日1200UTC的WAFS预报数据制作)。当雷暴发生时，北京上空低层大气的垂直螺旋度

6、应为正。日常雷暴预报经验还表明，只有在某些天气条件下，如低涡和低槽雷暴，对中低层螺旋度的要求较高，但在副热带高压西侧和冷涡等天气情况下，中低层垂直螺旋度很小甚至为负值。因此，低层大气的正垂直螺旋度有利于雷暴的发生，而如果700百帕和850百帕都为正，则雷暴更容易发生。6.潜在温度和潜在温度平流。为了比较不同气压下空气的热状态，在气象学中经常使用潜在温度的概念。潜在温度e被定义为当空气沿着干绝热过程变为P=1000HPA百帕时的温度。e在伪绝热过程中是守恒的。大气分层的稳定性可以用E的垂直分布来表征，即当0时，大气分层为对流不稳定，即当大气中的E随高度的增加而减少时，大气为对流不稳定。潜在温度平

7、流同时代表温度和湿度的平流，它直接反映了相应高度层中E的变化趋势，从而可以更方便地判断E在各层中的垂直分布，更准确地判断大气分层的未来趋势。潜在温度平流和e平流的表达式是：当中低层的e平流为正，中高层的e平流为负时，说明低层有正的能量输入，高层有负的能量输入，容易产生对流天气并进一步维持。e平流在中低层为正，在中高层也为正。然而，当低层平流远大于高层平流时，应特别注意不稳定能量的潜在威胁。因此，选择低层850百帕和中层500百帕的e平流来表征大气分层的对流不稳定趋势。图为2003年5月28日0600协调世界时700百帕的数值，黑点是北京(根据美国华盛顿州WAFS市和5月27日1200协调世界时

8、的预报数据)。单元：为了判断上下层之间能量平流的差异，我们统计了500hPa和850hPa之间能量平流的差异。64个雷暴日中，有28个是负的，即500百帕是相对于850百帕的小能量平流，占总数的43.8%。然而，在降雨量超过10毫米的9次强雷暴中，7次在顶部为负，7次在底部为正。可见，中低层的E平流差异对强雷暴和持续性雷暴的预报有一定的指示意义，但对一般雷暴的指示意义不大。这一结果还表明，强雷暴需要持续输入不稳定能量。大气的垂直速度和垂直运动是天气分析和预报中必须经常考虑的重要物理量。垂直速度不是直接观测的，而是间接计算的。垂直速度由积分连续方程获得：p=p0 ()(p0-p)，其中垂直速度仅

9、指大尺度运动的垂直速度，不包括对流上升和下降运动的速度。正值是下沉运动，负值是上升运动。图为2003年5月28日0600协调世界时700百帕的垂直速度，阴影区为上升运动区(根据美国华盛顿州WAFS市5月27日1200协调世界时的预报数据)。在63个雷暴日中，700hPa和850hPa均为上升气流的次数为28次，占总数的44.4%，而有一层以上上升气流的次数为48次，占总数的76%。同时，在20次强雷暴中，两层上升气流的次数为12次，占总数的60%；850百帕是上升气流的16倍，占850百帕降水、涡度和位涡度是测量气团旋转强度的物理量。根据右手定则，逆时针旋转时为正，顺时针旋转时为负(北半球)。从动力学的角度，根据涡度的变化，我们可以了解气压系统的发生和发展。每日天气分析和预报中的涡度是指垂直相对涡度。等效位涡、热力和动力参数从不同角度