温度对数压力图分析.ppt

,大气科学学院,天气学分析,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,11,温度,对数压力图分析,1,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。,2,、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1050,hPa,起，自下向上递减到200,hPa，,每隔100,hPa,标上百帕数。,在图的左部，从250,hPa,起自下向上递减至50,hPa，,每隔50,hPa,标百帕数，每小格表示2.5,hPa，,纵坐标上气压最低值为50,hPa。,3,、温度对数压力图的构造和点绘（续）,因为当气压愈低时，1,hPa,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。,4,、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200,hPa,时，位温值标注在括号中)。,5,、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。,6,、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200,hPa,时，等饱和比湿值标在括号中。,7,温度,对数压力图,温度,高度,湿绝热线,假相当位温线,(,s,e,),干绝热线,等位温线,(,),等饱和比湿线,(qs),8,、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,：,9,、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。,10,、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。,11,、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。,12,层结曲线,过程曲线,(,状态曲线,),露压曲线,13,二、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,H,0,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,14,()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=,920,hPa),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,gkg，q=17gkg)。,15,()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=,920,hPa),的等饱和比湿线的数值就是,B,点的饱和比湿值(,qs=,29,gkg)。,16,()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。,17,()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1000,hPa,时的温度。,求法：通过温压点,B(T,=30,，P=,920,hPa),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,)。,18,()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1000,hPa,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。,19,()常用温湿特征量的求法（续）,求法：通过温压点,B(T,=30,，P=,920,hPa)，,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,)。,20,()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1000,hPa，,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1000,hPa，,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。,21,()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),22,()常用温湿特征量的求法（续）,求法：通过温压点,B(T,=30,，P=,920,hPa),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(900,hPa),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,=32.9,23,图3.8,24,图3.9,25,(二)标准等压面位势高度(Hp),定义：用重力位势的19.8所表示的高度。,(3.7),26,(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700500,hPa,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、500,hPa,等压线相交成两个面积相等的三角形(或多边形)，垂线通过590,hPa,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700500,hPa,等压面间的厚度。,27,(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。,28,(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：,29,(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：,cm,2,，1cm,2,面积等于74.5,Jkg)。,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。,30,图3.10,31,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,32,(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。,(39),33,(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850,hPa,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。,34,(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)。,35,(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)。,36,(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。,37,(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。,38,(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)。,39,(五)压高曲线的制法及,H,0,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(,H,0,),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：,40,(五)压高曲线的制法及,H,0,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1000,m。,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。,41,(五)压高曲线的制法及,H,0,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3500,m)。,同样办法，我们可以求得,H,0,及,H,-20,(图中,H,0,=4750,m，H,-20,=,7750,m)。,42,(六)些常用稳定度指标的求法,沙氏指数(,SI),SI=T,500,-Ts (3.10),其中,T,500,为500,hPa,上的实际温度。,Ts,为气块从850,hPa,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500,hPa,的温度。,如,SI0，,则表示稳定，而如,SI+3,时，不太可能出现雷暴天气,0SI+3,，有发生阵雨的可能性,-3SI0,，有发生雷暴的可能性,-6SI-3,，有发生强雷暴的可能性,SI0，,则表示不稳定；,如,LI0，,则表示稳定。,46,(六)些常用稳定度指标的求法（续）,最有利抬升指标(,BLl),把700,hPa,以下的大气，按50,hPa,的间隔分成许多层，并将各层中间高度(即在502=25,hPa,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500,hPa，,这样就得出各点的抬升温度,T,L,。再计算各点的,T,L,与,T,500,之差值，选择其中正值最大者，就是最有利抬升指标。,(3.13),47,(六)些常用稳定度指标的求法（续）,气团指标(,K),K=T,850,-T,500,+Td,850,-,T-Td,700,(3.14),其中,T,850,-T,500,为850,hPa,与500,hPa,的实际温度差。,Td,850,为850,hPa,的露点。,T-Td,700,为700,hPa,的温度露点差。,K,值愈大，愈不稳定。,48,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。,K20,无雷雨,20K 0，则表示不稳定，而如,T,SI,时,KY=0,当,TA SI,时,55,(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%。,56,（七）云中最大上升速度（,W,m,）,的计算,略,57,(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。,58,(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)。,59,(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1,km,以下(图3.13)。,60,(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)。,61,(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)。,62,d,t,d,t,扰动层,特点：,1,、逆温层以下至地面之间，层结曲线与干绝热线平行；,2,、水汽从逆温层顶上界开始急剧减少；,3,、逆温层顶与摩擦层顶吻合，离地约,1km,以下。,扰动逆温,t,d,t,下沉逆温,特点：,在空中一定高度上，气温与露点之差大。,t,d,t,辐射逆温,特点：,地表辐射冷却造成，厚度几十至几百米，湿度较大。,锋面逆温,特点：,暖气团置于冷气团之上，湿度较大。,63,(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。,64,(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度。,下面介绍几种判断云层的主要方法。,65,(九)云层的判断（续）,利用温度露点差判断云层,首先根据地区、季节的特点统计出不同云状的云层形成时所需的温度露点差值（主要根据飞机报告和探空资料,）。,找出有云和无云时温度露点差的数量界限。以此作为判断有无云层的参考。,然后根据实际的温度露点差资料，便可作出初步的判断。,66,(九)云层的判断（续）,利用探空曲线的特点来判断云层,云底和云顶都是有云和无云的分界处，因此当探空仪通过云底和云顶时，温度或湿度往往都有明显变化。,图3.14,67,(九)云层的判断（续）,利用高空风在垂直方向上的变化来判断云层顶部,在温度对数压力图上若填有测风记录，便可知道风随高度的变化。,68,(九)云层的判断（续）,在摩擦层以上，当风向随高度先向右偏转然后很快变为向左偏转，即由暖平流明显地转成冷平流时，在这转换的高度上，就可能是云层的顶部；,当风向原为明显的向右偏转，但到某,高度时突然偏转得不明显，即在暖平流随高度明显减弱的地方，也常为云的顶部。,同理，当风的偏转不明显到转为明显地偏左的高度上，即原为弱的冷平流，随高度升高而到达明显地增强之处，则这,高度也常为云顶所在。,69,(九)云层的判断（续）,应用温度对数压力图作云层判断时，还有些注意事项。,70,(九)云层的判断（续）,注意云层随时间的变化。,根据温度对数压力图定出的云层分布，仅仅反映探测时测站上空的云层分布。,它在天气系统变化不大、云层比较稳定时，可以代表探测时刻前后,个短时间内的云层情况。,但当天气系统变化较快。云层变化较大时，则应充分估计到探测时刻以后云层随时间发生的变化。,71,(九)云层的判断（续）,考虑湿度探测记录的误差。,在低温时误差较大，因此用湿度记录判断高云的准确性较差，而且判断云顶高度比判断云底高度的准确性更要差,些。,72,End,73,