天气学分析课件

1第二章

天气图的综合分析22.1溫壓場的綜合分析天氣分析中常用的地面天氣圖和各層等壓面圖都是反映空間大氣運動的工具。各種圖上的現象都是互相聯繫的。只有將各種天氣圖配合起來進行綜合分析，才能從整體上得到對大氣運動的正確認識，從而為做好天氣預報打下基礎。32.1溫壓場的綜合分析（續）為了瞭解各種不同層次的天氣圖之間的聯繫，首先要瞭解氣壓系統的垂直結構。靜力學方程可以改寫成(2.1)式。42.1溫壓場的綜合分析（續）由（2.1）式可見：氣壓隨高度的減小與溫度的高低有關。溫度愈高，氣壓隨高度減小愈慢，這就是說，在暖空氣中氣壓隨高度的減小比在冷空氣中慢。因此氣壓系統的垂直結構與溫度分佈有關。下麵我們就根據這個原理來討論三種常見的高低壓系統的垂直結構。5一、深厚而對稱的高壓和低壓此類系統是對稱的冷低壓和暖高壓，是溫度場的冷(暖)中心與氣壓場的低(高)中心基本重合在一起的溫壓場對稱系統。6一、深厚而對稱的高壓和低壓（續）由於冷低壓中心的溫度低，所以低壓中心的氣壓隨高度而降低的程度較四周氣壓更加劇烈，因此，低壓中心附近的氣壓越到高空比四周的氣壓降低得越多，即冷低壓越到高空越強。7一、深厚而對稱的高壓和低壓（續）同樣，由於暖高壓中心溫度高，所以高壓中心的氣壓隨高度降低的較四周慢，因此暖高壓越到高空也越強。冷低壓和暖高壓都是很深厚的系統，從地面到500hPa以上的等壓面圖上都保持為閉合的高壓和低壓系統。8一、深厚而對稱的高壓和低壓（續）圖2.1是冷低壓和暖高壓在剖面圖上的情形，從圖中可以看到等壓面的坡度隨高度是增大的，說明冷低壓和暖高壓在剖面圖上是隨高度變強的。我國東北冷渦都是一種深厚的對稱冷低壓；西太平洋副熱帶高壓是一種深厚的對稱暖高壓。9圖2.1深厚而對稱的氣壓系統的垂直剖面圖(實線為等壓面，虛線為等溫面)10二、淺薄的對稱高壓和低壓此類系統在低層是對稱的暖低壓和冷高壓，其溫度場的暖(冷)中心基本上和氣壓場的低(高)中心基本重合在一起。暖低壓，由於其中心溫度較四周高，所以氣壓下降較四周慢，低壓中心上空的氣壓，到一定高度以後，反而變得比四周還高，成為一個高壓系統。11二、淺薄的對稱高壓和低壓（續）圖2.2是暖低壓和冷高壓在剖面圖上的情形。可以看到地面的暖低壓如何到高空逐漸變為高壓（表現為等壓面從凹陷變成凸起）。同樣，冷高壓由於其中心溫度較四周低，到高空一定高度以後變為一個低壓系統。12圖2.2淺薄而對稱的氣壓系統的垂直剖面圖(實線為等壓面，虛線為等溫面)低13二、淺薄的對稱高壓和低壓（續）這兩種系統，在地面圖上較明顯，到500hPa高度以上就消失或變為一個相反的系統。我國西北高原地區經常出現淺薄的暖低壓；而南下的寒潮冷高壓就是一種淺薄的冷高壓系統。14三、溫壓場不對稱的系統這類系統是指在地面圖上冷暖中心和高低壓中心不重合的高低壓系統。圖2.3是不對稱的高低壓系統在剖面圖上的情形。15圖2.3不對稱的氣壓系統剖面圖a不對稱高壓b不對稱低壓16三、溫壓場不對稱的系統（續）從圖2.3中可以看到，由於溫壓場的不對稱，使得氣壓系統中心軸線(同一氣壓系統在各高度上的中心點連線)發生傾斜。在高壓中，由於一邊冷，一邊暖，暖區一側氣壓隨高度降低比冷區一側慢，所以高壓中心越到高空越向暖中心靠近，即高壓軸線向暖區傾斜。同樣，在低壓中。低壓中心越到高空越向冷中心靠近，即低壓軸線向冷區傾斜。在中緯地區，多數系統都是溫壓場不對稱的，因而軸線都是傾斜的，如鋒面氣旋等即是。172.2鋒面分析鋒面是溫度水準梯度比較大的區域，斜壓性大，有利於垂直環流的發展與能量轉換，因而鋒面附近常有比較劇烈的天氣變化和氣壓系統的發生和發展，所以鋒區和鋒線的分析在天氣分析中佔有非常重要的地位。182.2鋒面分析（續）在高空等壓面圖上只要正確掌握溫度記錄的分析判斷，要比較正確分析高空鋒區並不困難。本節將要說明在地面天氣圖上如何確定鋒線的要點。192.2鋒面分析（續）由於地面氣象要素受局地下墊面特徵的影響，使得鋒附近要素場特徵不像理論上所說的那樣明顯，甚至鋒面是否存在也很難辨別，這就使鋒面分析成為天氣分析中最困難的問題之一。現在來介紹一下在不同情況下如何靈活應用鋒面附近氣象要素的特徵來確定鋒面的位置和性質。202.2鋒面分析——總體原則為了不盲目地在天氣圖上找鋒面，首先可以按照歷史連續性的原則，將前6小時或12小時鋒面的位置描在待分析的天氣圖上，根據過去幾張圖的連續演變，結合地形條件，就可以大致確定本張圖上鋒面的位置。212.2鋒面分析——總體原則（續）再結合分析高空鋒區(在平原地區，分析850，700hPa等壓面，高原地區分析500hPa等壓面)，就可判斷出地面圖上鋒面的位置和類型。222.2鋒面分析——總體原則（續）根據鋒面向冷區傾斜原理，地面的鋒線應位於高空等壓面圖上等溫線相對密集區的偏暖空氣一側，而且地面鋒線要與等溫線大致平行，高空鋒區有冷平流時，它所對應的是冷鋒；高空鋒區有暖平流時，所對應的是暖鋒。根據鋒的連續演變，如果有冷鋒趕上暖鋒高空又有暖舌，則所對應的是錮囚鋒高空鋒區中冷、暖平流均不明顯時，所對應的是靜止鋒。232.2鋒面分析——總體原則（續）地面圖上鋒面位於氣旋性曲率最大的地方：低壓（槽）或冷高壓前。24一、分析地面天氣圖上各氣象要素場以確定鋒面的位置(一)溫度(二)露點(三)氣壓與風(四)變壓（變溫）(五)雲和降水25(一)溫度鋒面的主要特徵應是鋒面兩側有明顯的溫差及冷鋒後有負變溫而暖鋒後有正變溫，但在大氣底部氣團的溫度因受許多因素的影響，使某一地的氣溫不能正確代表氣團的屬性，因而使鋒面兩側溫差並不明顯，甚至冷鋒過後還可能升溫；而在另一些沒有鋒面存在的區域溫差卻較明顯。26(一)溫度（續）造成鋒面兩側溫差不明顯的原因：27(一)溫度（續）鋒面兩側輻射條件不同：冬半年早上或後半夜，大陸上冷鋒前暖空氣一側雲少風小，形成強的輻射逆溫，地面溫度極低(這種現象在冰雪覆蓋的下墊面上很顯著，而在乾燥的北方也比濕潤的南方要顯著)，而冷峰後冷氣團內因為有雲覆蓋而阻止長波向太空輻射，沒有輻射逆溫，甚至將輻射逆溫破壞，這時冷峰後冷空氣中低層氣溫可能要比暖空氣中的還要高些，冷峰過後氣溫上升可達到5～6℃，△T24也為正值。28(一)溫度（續）這種情況下利用溫度的上升曲線就容易識別出來。夏半年白天，如果冷鋒前暖空氣一側有雲遮蔽，溫度日變化的升溫值小，而冷鋒後晴空，溫度日變化的升溫值大，此時冷鋒兩側溫度差就不明顯，△T24的代表性也不好。29(一)溫度（續）鋒面兩側蒸發凝結條件不同：夏季白天若冷鋒前有降水，因雨滴蒸發吸收了暖空氣中相當多的熱量，溫度日變化的升溫值就減少，而冷空氣中沒有降水，日變化的升溫不變。使鋒面兩側溫差減小。30(一)溫度（續）鋒面兩側垂直運動不同：冷鋒從高原下到平原，冷鋒後的冷空氣下沉運動較鋒前暖空氣強烈得多，增暖也較暖空氣中為多，使冷暖空氣間溫差減小。31(一)溫度（續）冬季，在我國北方或在盆地裏，鋒前晴而風小，近地面層輻射強烈冷卻，有一層氣溫很低，密度較大的冷膜形成；在四周均為高山的盆地裏，這種冷膜更容易形成。當鋒面後的冷空氣密度不如冷膜中的冷空氣密度大時，則鋒面在冷膜上滑行。近地面的氣溫不受鋒面影響，地面鋒線兩側沒有明顯的溫差。32(一)溫度（續）夏季，冷鋒自大陸移到海面上，由於海面溫度比較低，有時會使冷鋒後的氣溫反而比鋒前高。33(一)溫度（續）非鋒面造成的常定溫差帶：在海岸線附近，因為下墊面性質不同容易造成溫差，而且有時還伴有風的差異，甚至可能把局地雲和降水的紀錄也誤認為有鋒存在。所以是否有鋒存在，不能只著眼於地面某些要素的特徵還要考慮歷史的連續性，並配合三度空間內其他資料來確定。在高原與平原接壤處，因為測站海拔高度不同也容易造成溫差，也不一定是鋒面存在表現。34(二)露點一般說來，暖空氣來自南方比較潮濕的洋面上，氣溫高，水汽含量多，露點溫度也較高；來到我國的冷空氣一般來自歐亞大陸，溫度低，水汽含量少，露點溫度也低，35(二)露點（續）所以鋒面附近露點差異顯著。在沒有降水發生的條件下，露點溫度比溫度更為保守，能更好地表達氣團的屬性，對確定鋒的位置很有用，但是如果鋒面附近任一側有降水發生，那麼鋒面附近的露點差異就不能很好地反映氣團屬性的差異了。36(三)氣壓與風如果以溫度的零級不連續面模擬鋒面，已經證明在鋒面兩側的氣壓是連續分佈的，但是氣壓梯度並不連續，等壓線通過鋒面時會有折角，而且折角尖端指向高壓，鋒面兩側的風有氣旋式切變。37(三)氣壓與風（續）如果等壓線與鋒線平行，則鋒面兩側等壓線密集程度一定不同，而兩側的風向雖沒有差異但風速卻不同時，這也是氣旋式切變，這種等壓線互相平行，但僅是梯度不同，而風場具有氣旋性切變的氣壓場型式稱為隱槽(圖2.5)。38隱槽39(三)氣壓與風（續）如果以溫度的一級不連續面來模擬鋒面，則鋒面兩側的氣壓、氣壓梯度都連續，而只是氣壓的二階空間微商即等壓線的曲率或擠度不連續。天氣圖上等壓線經過鋒線時，不一定要畫折角，一般只要有明顯的氣旋性彎曲就可以了，只是在鋒區很狹窄而鋒又很明顯時，亦可畫折角。40(三)氣壓與風（續）鋒面位於氣旋性曲率最大的地方，但是有氣旋性切變處不一定有鋒。另外，風也受地形影響，夏季沿海還受到海陸風的影響，日變化也較明顯。41(三)氣壓與風（續）因此，在利用風場來確定鋒面位置時，一定要注意風的代表性及一些特殊地方鋒面過境時風的演變特點。例如位於秦嶺北側渭水河畔的西安市，冷鋒從河套西側南下而過該站時，風向就轉為西南，冷鋒愈強，西南風愈大。又如冷空氣從天山和阿爾金山之間進入南疆盆地時，鋒後均吹偏東風。42(三)氣壓與風（續）一般地說，風速較大時其風向、風速能反映大範圍空氣運動的情況，可以作為定鋒的依據。43(四)變壓三小時變壓(△P3)：冷鋒後常為較強的+△P3，冷鋒前常為較弱的+△P3或-△P3；暖鋒前常有較強的-△P3，暖鋒後為較弱的-△P3或+△P3；錮囚鋒後往往是+△P3，鋒前為-△P3。但當兩條冷鋒相向而行形成錮囚鋒後，則其兩側都會出現+△P3

，例如我國華北錮囚鋒就是這樣。44(四)變壓（續）鋒面過境時，三小時氣壓傾向呈折角，折角處就表示鋒面過境的時間。以上特徵都可作為定鋒面位置或時間的依據。45(四)變壓（續）但要注意氣壓的日變化和氣壓系統本身的加強或減弱的影響。例如：08時地面圖上，以+△P3居多，因而冷鋒兩側都為+△P3；到14時地面圖上，以-△P3居多，因而弱冷鋒兩側可能都為負值，只是冷峰後的負值比冷鋒前要小。46(四)變壓（續）24小時變壓和變溫(△P24和△T24)：因為△P24和△T24可以消除日變化的影響，在地形較複雜的地區能較好地反映出冷、暖空氣活動的情況。冷鋒後一般有大的正24小時變壓和負24小時變溫，冷鋒前可有小的24小時負變壓和正24小時變溫。應該指出，氣溫受天空狀況的影響較大，有時會失去代表性，但24小時變壓卻比較好。47(五)雲和降水一般在雲和降水較明顯的地區常有鋒面存在，但各地鋒面活動造成的雲和降水有很大差別，所以應按地方性特點來具體分析和考慮。48二、應用衛星雲圖照片分析鋒面(一)鋒面雲系(1)冷鋒雲系(2)暖鋒雲系(3)錮囚鋒雲系(二)鋒面位置(三)銦囚鋒生(四)非鋒面的雲帶49(一)鋒面雲系在衛星雲圖照片上，鋒面往往表現為帶狀雲系，稱之為鋒面雲帶。這種雲帶一般長達數千千米；寬度則各處差異很大，窄的只有2～3個緯距，寬的達8個緯距左右，平均為4～5個緯距左右。鋒面雲帶常是多層雲系，最上面的一層是卷狀雲，下麵是中雲或低雲。50(一)鋒面雲系（續）鋒可以分為兩類：一類是暖空氣主動地沿鋒面上升，此類鋒的雲帶較寬，我們把具有完整雲帶的鋒稱為“活躍的鋒”，它一般都出現在強斜壓性區域內。另一類是冷空氣主動下沉，迫使其前面的暖空氣抬升，雲圖上表現為雲帶窄，甚至斷裂，也可能沒有雲帶，我們把雲帶不明顯的鋒稱為“不活躍的鋒”。51(一)鋒面雲系（續）圖2.6是洋面上鋒面雲帶模型，它反映的鋒面雲系有以下一些特點。52圖2.6洋面上鋒面雲帶模型在500hPa槽線(細虛線)以東的冷鋒是活躍冷鋒，它有一條連續的、完整雲帶，其平均寬度在3個緯距以上。雲帶的邊界很清楚，尤其是靠近冷空氣一側邊界，最為顯著。雲帶為多層雲系，由穩定性雲和不穩定性雲所組成。活躍的冷鋒與強的斜壓區相聯系。在強的斜壓區內一般有明顯的溫度平流(冷平流)和強的風速垂直切變。高空風大體上與活躍冷鋒相平行，這同強的斜壓性條件配合起來，就造成了一條完整的雲帶。在500hPa槽線後面的冷鋒段為不活躍冷鋒，鋒面雲帶與活躍冷鋒有明顯的不同，常出現狹窄而不完整且破碎(斷裂)的雲帶。不活躍冷鋒斜壓性比較弱，因而冷平流和風的垂直切變甚小，高空風大體上與鋒相垂直，所以雲帶斷裂，這種雲帶主要由低層的積狀雲和層狀雲所組成，而中、高雲很少。有時也可出現一些卷雲。在陸地上，不活躍的冷鋒上可以無雲或雲量很少。積雲線副高脊線位置53(1)冷鋒雲系冷鋒分為活躍冷鋒和不活躍冷鋒兩種。圖2.6中，在500hPa槽線(細虛線)以東的冷鋒是活躍冷鋒，它有一條連續的、完整雲帶，其平均寬度在3個緯距以上。雲帶的邊界很清楚，尤其是靠近冷空氣一側邊界，最為顯著。雲帶為多層雲系，由穩定性雲和不穩定性雲所組成。活躍的冷鋒與強的斜壓區相聯系。在強的斜壓區內一般有明顯的溫度平流(冷平流)和強的風速垂直切變。高空風大體上與活躍冷鋒相平行，這同強的斜壓性條件配合起來，就造成了一條完整的雲帶。54(1)冷鋒雲系（續）在500hPa槽線後面的冷鋒段為不活躍冷鋒，鋒面雲帶與活躍冷鋒有明顯的不同，常出現狹窄而不完整且破碎(斷裂)的雲帶。不活躍冷鋒斜壓性比較弱，因而冷平流和風的垂直切變甚小，高空風大體上與鋒相垂直，所以雲帶斷裂，這種雲帶主要由低層的積狀雲和層狀雲所組成，而中、高雲很少。有時也可出現一些卷雲。在陸地上，不活躍的冷鋒上可以無雲或雲量很少。55(1)冷鋒雲系（續）當活躍的冷鋒移動甚緩或變成准靜止鋒時，從鋒面雲帶南部邊界伸出一條條積雲線(e)，這些枝狀雲系可用來定鋒面南邊副高脊線位置(f)。在活躍的准靜止鋒中，高空風大體上平行於鋒，雲圖上表現為一條寬的雲帶。在這類准靜止鋒面雲帶上(在一定條件下)可以發展出氣旋波。不活躍的准靜止鋒，一般出現在較低緯度，其走向大體上是東西向的，鋒區中雲帶斷裂，趨於消失，雲帶中只有高雲，沒有中、低雲。56(2)暖鋒雲系活躍的暖鋒雲帶最寬，在雲圖照片上常呈現一大片高空卷雲覆蓋區，活躍的暖鋒具有強的斜壓性，由於暖鋒雲帶和暖區雲系相連接，因而就不易確定地面暖鋒(d)的位置。活躍暖鋒雲系由層狀雲和積狀雲所組成，上面還有一層卷層雲。57(2)暖鋒雲系（續）關於不活躍暖鋒(地面天氣圖上分析出來的)，在很多衛星雲圖上沒有雲帶。這或者由於沒有什麼熱成風渦度平流，或者由於水汽供應不足，或者由於斜壓性太弱所造成。58(3)錮囚鋒雲系錮囚鋒雲帶是指一條從暖區頂端出發按螺旋形狀旋向氣旋中心的雲帶。暖區頂端的位置定在鋒面雲帶凸起部分即卷雲區的下麵。目前氣象員分析錮囚鋒時，只把錮囚鋒畫到氣旋北部或西北象限中，並不把錮囚鋒繞到氣旋中心。59(3)錮囚鋒雲系（續）在圖2.6中，a點為鋒面雲帶與急流軸(粗箭頭)相交的地方，在急流軸南面，鋒面雲帶凸起部分一片紋理光滑的雲區，而在急流軸北邊的雲區中，卻出現多起伏的積狀雲，這種差異可用來確定錮囚點和暖區頂端的位置。在ac段，鋒面雲帶與急流雲系相重60(二)鋒面位置在衛星雲圖上：活躍的冷鋒鋒面：若系第一類冷鋒(主動上滑)，要定在雲帶的前邊界上，若系第二類冷鋒(暖空氣被迫抬升)，要定在後邊界。不活躍的冷鋒，如果雲帶後部邊界很清楚，則定在後邊界上。61(二)鋒面位置（續）此外如果活躍的鋒面雲帶後部邊界不清楚或雲帶很寬，可以從鋒的兩側雲系結構的差異來確定鋒的位置，鋒定在雲由稠密變到稀疏的分界地區。62(二)鋒面位置（續）在分析雲圖時，有時鋒面雲帶很不明顯，而且也不容易定出其走向，這時要判斷鋒的存在或確定其位置，可以分析鋒後冷氣團內的雲和鋒前暖氣團中雲的差異。在冷氣團中，尤其是在洋面上，會出現積狀雲，而且往往是閉合的或未閉合的細胞狀雲系；在暖氣團中，則有積狀雲和層狀雲同時出現。63(二)鋒面位置（續）在衛星雲圖上確定暖鋒的位置較困難。有冷暖鋒存在的氣旋，雲區在暖區頂端向冷區一側凸起，暖區頂端就定在凸起部分，暖鋒可定在雲區凸起部分的某個地區。64(二)鋒面位置（續）在高緯地區還可以利用雲區中的紋線來確定鋒，事實上，鋒與紋線互相平行。對一個成熟的錮囚氣旋來說，錮囚鋒要定在雲帶後邊界附近。靜止鋒定在雲帶的前邊界附近。冷鋒定在雲帶的中間部分。65(三)銦囚鋒生在衛星雲圖上可看到一種在一般理論中沒有提到過的現象，即有時候會發現類似於錮囚鋒型式的鋒面雲帶。這種雲帶是由鋒生作用、而不是由錮囚過程所造成。人們把這種現象稱做“錮囚鋒生”或“暫態鋒生”。66(三)銦囚鋒生（續）在前面講過，逗點雲系出現在對流層中上部最大正渦度平流區域，當逗點雲系逼近一條鋒面雲帶時，在鋒上會產生波動。如果這時逗點雲系繼續加強，與逗點雲系相連的氣旋性環流也會增強。這就使得正渦度中心後面的冷氣團中氣流更加變成偏北風，而在正渦度中心前面的暖氣團中氣流更偏南風。67(三)銦囚鋒生（續）當這逗點雲系與鋒面氣旋波相合併時，在雲圖上就看到冷氣團和暖氣團完全被隔開，即出現了“錮囚鋒雲系”結構(圖2.7)，這時就會得到一個錯誤的印象；即氣旋波沒有經過發展而後達到錮囚階段的過程，一下子就跳到成熟階段。6869(三)銦囚鋒生（續）實際上這是由於逗點雲系和鋒面氣旋波的合併，而使雲帶出現“錮囚鋒雲系”外貌。但從雲圖的前後連貫性來看，這種“錮囚鋒雲系”實際上是鋒生的結果。這種情況一般出現在下述天氣形勢下，即有一高空槽與一東西向的鋒面氣旋波相合併，這種鋒在日本附近常常可以分析出來。70(四)非鋒面的雲帶在衛星雲圖上有一些長的雲帶，它們並不是鋒面雲帶，但其外貌和鋒面雲帶一樣。在這些非鋒面的雲帶中，有許多是與地面氣流的匯合區相聯系的，並不存在密度的不連續。還有一些是由於潮濕空氣向北平流所造成。當一個低壓向東面的一個副熱帶高壓逼近時，在高壓後部，偏東氣流和偏西氣流相匯合，會出現一條南北向的雲帶(圖2.8)。71圖2.8高、低壓之間雲帶72(四)非鋒面的雲帶（續）此外，衛星雲帶上，鋒面雲帶常與急流雲帶，特別是副熱帶急流雲帶相混淆。在一般情況下，鋒面雲帶呈氣旋性彎曲，而急流雲帶則多呈反氣旋性彎曲，有時呈直線；我們可以根據這點來區別他們。73三、應用其他資料來分析鋒面(一)探空資料的應用(二)高空測風資料的應用(三)天氣實況的應用74(一)探空資料的應用有鋒面時，探空曲線上應有鋒面逆溫(或者是等溫，或者是直減率很小)存在。鋒面逆溫的特點是，上界濕度一般大於下界(圖2.9a)75圖2.9a鋒面逆溫時溫(實線)濕(虛線)上升曲線76(一)探空資料的應用（續）因為一般來講，暖氣團比冷氣團潮濕，特別是當鋒上有雲時，逆溫層上的相對濕度接近100％。但如鋒的上下都有雲，同時還有降水，這時，逆溫層下的濕度也會很大。而當暖空氣很乾燥，鋒上無雲時，逆溫層上的濕度就很小，鋒面逆溫與下沉逆溫就很難區別。在這兩種情況下應把前後兩次探空曲線描在同一張圖上，如果逆溫層下有明顯的降溫，而在其上是增溫、等溫或降溫不大(圖2.9b)，即可判斷為鋒面逆溫。77圖2.9b當日(實線)和前日(虛線)冷鋒過境前後溫度上升曲線變化78(二)高空測風資料的應用我們知道，風在鋒區上、下有很大的轉變，熱成風很大。有冷鋒時風向隨高度逆轉；有暖鋒時，風向隨高度順轉。我們可以運用這一特點來分析測風記錄，確定有沒有鋒存在及鋒的類型。79(二)高空測風資料的應用（續）圖2.10a。高度為2.0～2.5km氣層內熱成風很大並且在2km以下是偏北風，2.5km以上是偏西南風，風向隨高度逆轉。冷鋒80(二)高空測風資料的應用（續）圖2.10b。高度為1.5～2.0km氣層內熱成風較大在1.5km以下是東南風，2km以上是西南風，風向隨高度順轉。暖鋒81(二)高空測風資料的應用（續）圖2.10c。鋒區位於高度為1.5～2.0km之間，在1.5km以下吹東北風，2km以上吹西南風，風向轉變180度，風速亦隨之增加。靜止鋒82(二)高空測風資料的應用（續）因為熱成風和平均等溫線平行，所以熱成風方向能大致代表鋒線的走向如圖2.10所示冷鋒走向為東北——西南向；暖鋒近於東西向；靜止鋒則為東北——西南向。83(二)高空測風資料的應用（續）還可以用單站測風時間剖面圖來分析鋒面，如圖2.10d所示，鋒前低層是西南風，冷鋒過後轉成西北風，鋒區位於西北風和西南風的層次內，隨著時間向上抬升。84(三)天氣實況的應用我們還可以用天氣實況來分析鋒面。先將天氣實況填出來(測站的排列順序是位於北方的測站排在上，南方的排在下，或者西方的在上，東方的在下)，應用與分析地面圖同樣的方法進行分析，就可看出各站有無鋒面過境及過站的時間(圖2.11)85圖2.11天氣實況演變862.3天氣分析原則要分析好天氣圖，首先要有高度負責的精神來對待天氣圖分析工作。同時還必須在整個分析過程中，努力克服主觀性、片面性和表面性，正確地運用天氣學原理來處理在分析天氣圖時所遇到的各種問題。872.3天氣分析原則（續）根據廣大氣象工作人員作天氣圖分析的實踐經驗歸納起來，作好天氣分析要掌握以下一些原則。一、注意正確地判斷錯誤記錄二、注意正確地應用記錄三、注意天氣演變的歷史連貫性四、各種圖的配合和各種氣象要素之間的合理關係五、從實際出發抓住分析重點88一、注意正確地判斷錯誤記錄在天氣圖上所填的記錄中，時常會出現一些錯誤的記錄。對於這些錯誤記錄，必須把它們鑒別出來，不然就會導致分析上的錯誤。鑒別方法之一就是互相比較。把有關記錄加以比較之後，我們就能夠正確地判斷哪些記錄是正確的，哪些記錄是錯誤的。89一、注意正確地判斷錯誤記錄（續）錯誤記錄產生的原因通常有兩種。一種是由於儀器本身不標準或測站海拔高度不准確等原因所造成的誤差，稱為系統性誤差。這種誤差比較固定，也比較容易發現，只要同附近測站的記錄比較許多次，便可找出它的誤差訂正值來。訂正後的記錄仍可使用。另一種是由於觀測、通訊、填圖等原因造成的誤差，稱為偶然性誤差。這種誤差並不固定，但也可以借比較來把它鑒別出來。90一、注意正確地判斷錯誤記錄（續）比較的方法大致有四種。

比較同一時間不同臺站的記錄。如某站的某要素比周圍幾個臺站顯然偏高或偏低。若照此記錄加以分析就會出現不合理現象。這樣的記錄就可以判斷為錯誤記錄，分析時不予考慮或在訂正後才使用。91一、注意正確地判斷錯誤記錄（續）比較同一臺站不同要素的記錄。例如某測站的能見度為2千米，而同時其天氣現象有大霧，兩者是矛盾的，因此其中必有一項是錯誤的，這時應結合當時天氣形勢，決定取用哪一個，捨棄哪一個。92一、注意正確地判斷錯誤記錄（續）比較同一測站不同時間的記錄。例如某站的溫度記錄較前次觀測記錄顯然降低很多。若照此記錄分析，便會出現一個很顯著的冷中心，而此冷中心在前一時刻的圖上並不存在。在這種隋況下，一般可判斷此溫度記錄不可靠。93一、注意正確地判斷錯誤記錄（續）比較同一臺站不同高度的記錄。在高空等壓面圖分析中，常常有個別測站高度或溫度記錄偏高或偏低的現象。如果這個測站在其他等壓面上的同時記錄並沒有偏高或偏低的現象，那麼我們可以把可疑記錄用靜力學關係進行訂正後才使用。94二、注意正確地應用記錄天氣圖上所填的許多觀測記錄中，就其在反映大氣情況方面的特點來說大致可以分為兩類：一類是能夠反映大範圍大氣運動的記錄，稱為記錄有代表性；另一類是反映某一局部地區大氣運動特點的記錄，稱為記錄有地方性。95二、注意正確地應用記錄（續）在各種氣象要素中，氣壓和雲受局部影響較小，代表性較好，能反映大範圍大氣運動的共同特點；而溫度和風等要素則容易受局地影響，代表性較差，常常不能反映大範圍大氣運動的共同特點，而只能反映局部地區大氣運動的特殊性。96二、注意正確地應用記錄（續）例如我們在分析天氣圖時，經常可以發現華北平原測站的溫度比其西側黃土高原要高好幾度。初學者往往誤認為有鋒面存在，實際上是由於黃土高原比華北平原海拔高出一千米左右所造成的。另外，地面的氣溫受天空狀況的影響也很大，如陰天或下雨地區白天的最高溫度要比晴朗無雲地區低好幾度，而晚上最低溫度則要比晴朗無雲地區高好幾度。再如北京，由於受山谷風和海陸風的影響，上午吹偏北風，下午吹偏西南風，這種風向的日變化完全是由北京地區的地形特點所造成的，並不意味著大範圍氣壓形勢在發生變化。97二、注意正確地應用記錄（續）因此，在應用這些記錄時，須要注意：只有內陸平原地區的風才能代表大範圍空氣運動；而海拔高度相近的測站溫度才能相互比較。98二、注意正確地應用記錄（續）地方性的記錄，雖然不能反映大範圍大氣運動的共同特點，但卻反映了局部地區的客觀真實情況。因此當我們著眼於分析某一局部地區的天氣演變時，就應當十分慎重地分析地方性記錄的特點，而不能簡單地以一般性代替特殊性。如果我們能熟悉地掌握各站的地方性規律，同樣可以對天氣分析有很大幫助。99二、注意正確地應用記錄（續）例如西安在冷鋒過境後經常吹西南風，這種現象雖然不符合冷鋒過境後一般吹西北風的規律。但這一現象經我們多次分析，確認它符合實際情況後，就可以利用這種風的強烈的地方性特點作為分析該地區鋒面活動的一項客觀指標。由此可見，天氣圖上的每一個記錄只要它是正確的，都是有用的，而不應輕易放過。100三、注意天氣演變的歷史連貫性天氣的生消演變有一定的歷史過程，所以我們分析天氣圖時就應該注意天氣演變的歷史連貫性。當我們在圖上某一地區分析出一個天氣系統時，就要查看一下前一張圖上情形怎樣，看看它是從哪兒移來的。根據它過去的移動速度，看看它到達現在的位置是否合理。看看它過去的中心強度，判斷現在所分析的強度是否合理。101三、注意天氣演變的歷史連貫性（續）另外，大氣中的天氣系統也經歷著不斷的新的系統生成，舊的系統消失的過程。當我們在圖上某一區域分析出一個新生的天氣系統時，就要看看這個地區過去一段時間內有沒有使它新生的條件。反之，如果前一張圖上的某一個天氣系統在這一張圖上“失蹤”了，那就得找找它過去一段時間內有沒有趨於消亡的跡象。102三、注意天氣演變的歷史連貫性（續）總之，我們不能在天氣圖上任意分析出一些前後矛盾的東西來。但在實際工作中，有時由於前後兩張圖的時間間隔較長，對於生消演變迅速的較小的天氣系統，可能在圖上看不出它的演變歷史，而似乎有突然生成或突然消失的現象，但這不能看做是前後矛盾。103四、各種圖的配合和各種氣象要素之間的合理關係天氣發生於三度空間中，為了全面分析天氣狀況，在天氣分析中，還必須注意各種圖的配合，使其符合它們之間的辯證關係。對於天氣圖上的每一個系統，高壓、低壓、槽、脊、鋒等，都要嚴格按照氣壓系統的上下對應關係弄清楚它們在各層天氣圖上的反映，檢查分析中有無遺漏。104四、各種圖的配合和各種氣象要素之間的合理關係（續）此外，大氣中各個氣象要素之間都是互相聯繫，互相制約的。例如自由大氣中風的分佈是與氣壓分佈相適應的；水準氣壓場隨高度的變化是和氣層平均溫度的水準分佈密切聯繫的等等。105四、各種圖的配合和各種氣象要素之間的合理關係（續）因此，在天氣分析中，不論分析哪一種要素都必須與其他要素有機地聯繫起來考慮，使分析結果符合各要素間的合理關係，否則就不可能真正反映出它們之間的內在聯繫。例如，在地面圖上分析鋒面時必須和氣壓形勢相配合；在高空圖分析時要注意每一個系統與溫壓場配合，氣壓系統的深淺及上下層氣壓系統中心的重合或偏離現象必須與溫度場相適應，否則分析上一定存在問題。106五、從實際出發抓住分析重點由於大氣的運動是複雜的，是由大、中、小各種不同尺度的運動系統組成的，而尺度不同的系統，它們的運動規律和對天氣的影響也不相同因此對於存在著許多矛盾的複雜運動的大氣，我們不能把所有大、小系統一把抓，不分輕重，不分主次，而應當根據各地的具體天氣特點和氣象保障任務的要求，抓住分析中的重點系統。107五、從實際出發抓住分析重點（續）例如，應特別認真分析好地面圖上的鋒面和等壓面圖上的低槽和急流。因為它們是大氣中各種矛盾最集中的地方，對天氣影響最大。對於做24小時以內的短期預報，就要著重分析國內的有關地區。在預報地區附近，即使是等高線或鋒面上的小彎曲也必須慎重考慮，因為這些小彎曲往往代表了一些中、小尺度的系統，它們在短時間內(6～24小時)會影響整個預報區域的天氣。108五、從實際出發抓住分析重點（續）對於做48小時以上的中期預報，則不僅需要分析國內部分，而且應該分析整個東亞甚至整個歐亞地區。在分析時一般應著重分析範圍為幾千千米的大尺度系統，而對於一些小彎曲則應光滑掉(有發展前途的小槽除外)，因為這些小彎曲只有幾小時到幾十小時的生命史，對中期預報沒有影響。109實習三

鋒面的初步分析一、實習目的學會根據地面氣象要素的分佈，確定鋒面的位置及鋒的性質。110實習三

鋒面的初步分析二、實習內容及資料本次實習共有七個例子。學生應根據這些例子所給出的要素場，通過分析比較定出鋒面。這七個例子如下：鋒面初步分析1(a．1965年3月14日20時地面圖、b．1963年11月21日14時地面圖、c．1964年3月19日14時地面圖)。鋒面碗鼢卡斤2(a．1970年4月19日20時地面圖、b．1970年4月10日08時嘲)。鋒面跳晰3(a．1970年4月30日08時蝌、b．1971年5月28日08日朔隨嚼)。111實習三

鋒面的初步分析三、要求①繪製等壓線並標注高、低壓中心及強度。②繪製等三小時變壓線並標注正、負變壓中心及強度。③繪製各種降水區及特殊天氣現象。④根據要素場的分佈定出鋒面位置。112四、鋒面分析步驟根據鋒的定義及鋒面兩側要素場的分佈特點(丁場、了w場、,duP。場、風場、P場、天氣區等)，首先注意風呈氣旋式切變較明顯的帶狀區域或者氣壓場上的低槽區。113四、鋒面分析步驟（續）也可參考歷史圖上標注的鋒面位置，根據歷史連續性原則，在歷史位置的前方(指系統移動的方向)去尋找鋒面的大概位置。114四、鋒面分析步驟（續）沿風呈氣旋式切變明顯的帶狀區域或者低槽區，逐站對比氣象要素丁、7W、△P。、風、天氣區等的分佈，看其是否符合鋒面一側要素場的分佈特徵。若符合，則在此區域內氣象要素改變最明顯的地方分析鋒面。如果使用②仲介紹的方法在找出了鋒面的大概位置以後，也需逐站比較推敲，找出最合適的地方定鋒。115五、注意事項在對比要素場的分佈特徵時，須注意記錄的代表性。測站海拔高度不同，對溫度分佈會有影響。測站處於不同性質的下墊面(海、陸)會對溫度分佈有影響。116五、注意事項（續）不同的天空狀況，對溫度分佈會有影響。要注意地形對風向、風速的影響，如狹管效應、海陸風效應等。注意△P3的日變化對正、負△P3中心強度的影響。隱槽與顯槽須同樣引起注意。要學會判斷錯誤記錄。117實習四

鋒面的綜合分析一、實習目的在鋒面初步分析的基礎上，瞭解鋒的空間結構，學會結合850hPa圖上的鋒區位置，進行上下層配合定鋒。118實習四

鋒面的綜合分析二、實習內容及資料這一部分給出一個例子。學生應根據這個例子中給出的地面要素場和相應的850hPa高空圖，上下配合定出鋒面位置。119實習四

鋒面的綜合分析這個例子是：①綜合分析1(1971年3月27日14時地面圖)；綜合分析2(1971年3月27日20時地面圖)。可在教師指導下，定出該時次的地面圖上的鋒面。②綜合分析3(1971年3月28日08時地面圖)；綜合分析4(1971年3月28日08時850hPa圖)；綜合分析5(1971年3月28日08時700hPa圖)；綜合分析6(1971年3月28日08時500hPa圖)。瞭解鋒的空間結構並結合此時次的850hPa圖及前時次的地面鋒面位置，定出該時次的地面鋒面位置。120實習四

鋒面的綜合分析三、要求①地面圖分析的要求同鋒面初步分析中的前三點相同。②高空圖分析要求：分析等高線並標注高低中心。分析槽線和切變線。分析等溫線並標注冷暖中心，注意高空鋒區的位置以及冷暖平流的區域。③上下層配合，定出地面圖上的鋒面。121實習四

鋒面的綜合分析四、分析步驟①先完成850hPa圖的分析。找出850hPa圖上高空鋒區的位置，判別其各個不同部位的溫度平流性質。②在850hPa圖上鋒區的靠暖區一側的下方，從地面圖上尋找地面鋒的大概位置，在尋找出了地面鋒的大概位置以後，利用“鋒面的初步分析”仲介紹的方法，逐站比較分析、確定出地面鋒的具體位置。122實習四

鋒面的綜合分析③在定出地面鋒面的位置以後，再根據850hPa圖上鋒區的溫度平流性質，確定地面鋒的性質。一般情況是：850hPa上冷平流區的前方，地面上有冷鋒；暖平流區的下方，地面上有暖鋒；溫度平流不明顯的地方，對應靜止鋒，注意：同一條高空鋒區的不同部位可以有不同的溫度平流性質，所以其下方對應的地面鋒面，在某一段上可以是暖鋒，在另一段上可以是冷鋒，在有的部位還可能是靜止鋒，不要粗心大意來個一刀切。123第三章

輔助天氣圖分析124輔助天氣圖？在作天氣分析時，除了應用天氣圖(包括地面、高空天氣圖)以外，還應用很多種輔助圖表，這些輔助圖表統稱為輔助天氣圖。輔助天氣圖的種類很多，可以根據分析、預報工作的需要而擇用。125輔助天氣圖的種類常用的輔助天氣圖有剖面圖高空風分析圖溫度——對數壓力圖能量圖等熵面圖變溫、變壓圖降水量圖，等等。本章只對部分輔助天氣圖的製作和應用做一扼要的介紹。1263.1剖面圖分析地面圖和等壓面圖都是從水準方向或准水準方向來對大氣進行解剖的。為了更詳細地瞭解大氣的三度空間結構，往往還須製作空間垂直剖面圖，簡稱剖面圖。剖面圖是氣象要素在垂直面上的分佈圖，以水準距離做橫坐標，用高度或氣壓的對數尺度做縱坐標。127一、剖面基線的選擇剖面圖所取橫坐標軸的沿線稱為基線。基線的選擇，沒有一定的規定，一般可以從以下幾個方面考慮。128一、剖面基線的選擇（續）為了要瞭解某一子午面上的溫度場和風場的構造，就把基線選在這個子午面上。這樣的剖面圖，稱為經圈剖面圖。當我們要研究某一天氣系統或天氣現象區時，可以取一個能明確表示這天氣系統或天氣區的方向作為剖面圖的基線。例如要瞭解鋒面的空間結構，那麼基線最好與鋒區相垂直。129一、剖面基線的選擇（續）所選剖面上的測站記錄不可太少，否則分析結果就不夠準確。基線上的測站間的距離也不能太遠，否則難以分析，其結果也不會準確。為了補救測站稀少的缺陷，在實際工作中可以把離基線不遠的測站記錄，沿等壓面上的等溫線或等高線方向投影到剖面的基線上，或者垂直投影到剖面的基線(簡稱剖線)上。選用的測站離開剖線的距離應在100km之內，在測站稀少地區，這一距離可以適當放寬(如在300km之內)。130一、剖面基線的選擇（續）剖線左右兩方所表示的方向一般是統一規定的。剖線如為緯線方向(或接近緯線方向)則應把西方定在左方，東方定在右方，而如為經線方向(或接近經線方向)則應把北方定在左方，南方定在右方。131二、剖面圖填寫與分析的規定填寫剖面圖時，先在各站位置上，作垂直線，在垂直線下方注明站名或站號，根據剖線上各地的海拔高度，繪出剖線上的地形線。132(一)填寫專案在剖面圖上要填寫探空報告中標準層和特性層的各項記錄：氣溫，以攝氏度(℃)為單位。露點，以攝氏度(℃)為單位。比濕，以g／kg為單位。假相當位溫(也可以用位溫)，以絕對溫度(K)表示。133(一)填寫專案（續）此外，將各高度上的高空風向、風速記錄填在相應的等壓面高度上，填寫方法與等壓面圖相同。134(一)填寫專案（續）以上各項按填圖模式(圖3.1)填寫，同時將剖線上測站同一時刻的地面天氣報告填寫在剖線的下方。

se

seTTTdTdqqq135(二)分析專案與技術規定等溫線每隔4℃用紅鉛筆畫一條實線，各線數值應為4的倍數，負值應寫負號。等假相當位溫線(或等位溫線)每隔4K用黑鉛筆畫一條實線，各線數值應為4的倍數。等比濕線每隔1g/kg用綠鉛筆畫成細實線，自2g/kg以後，每隔2g/kg畫一條線。這一項可根據需要確定是否分析。136(二)分析專案與技術規定（續）鋒區按地面圖上有關分析鋒的規定，標出剖面上不同性質鋒的上、下界，如冷鋒的上、下界用藍鉛筆實線標出，而它的地面位置則用黑鉛筆印刷符號在剖面圖底標出。137(二)分析專案與技術規定（續）對流層頂用藍色鉛筆實線標出其頂所在位置。其他根據需要有時還可以在剖面圖上分析渦度、散度、水準風速、地轉風速、垂直速度並標出雲區、降水區、積冰層、霧層等等。138三、剖面分析(一)等溫線與等θ線之間的關係(二)等

se線的分析(三)對流層頂的分析(四)鋒區分析(五)風場分析139(一)等溫線與等

se線之間的關係由關係式140(一)等溫線與等

se線之間的關係（續）由此式就很容易得出下列推論：也就是在穩定層結中，等位溫線較為密集。如圖3.2所示，當等溫線向下凹(即為冷空氣堆)時，等

se線便向上凸起來；相反，等溫線向上凸時，等

se線向下凹。當γ=γd，位溫隨高度不變。層結不穩定，位溫隨高度遞減。141圖3.2冷空氣堆的剖面實線為等位溫線，虛線為等溫線142(二)等

se線的分析在水汽比較充足的地方，在剖面圖上分析

se而不用。其理由是：

se對幹、濕絕熱過程來說都是保守的。作氣團分析時

se比

好。在鋒區附近常有降水過程，

就失去保守性，而

se還是准保守的，也就是說在凝結或蒸發的過程中

se是准保守的。143(二)等

se線的分析（續）在剖面圖上分析等

se線有以下兩種作用：等

se線隨高度的分佈，能反映大氣層結對流性不穩定的情況。即當d

se／dz<0時，大氣為對流性不穩定；當d

se／dz<0>O時，大氣是對流性穩定。144(二)等

se線的分析（續）根據等先線的分佈，可判斷上升運動區和下沉運動區。在等

se線分佈上，自地面向上伸展的舌狀高值區(d

se／dz<O)，多為上升運動區；自高空指向低層的舌狀高值區(d

se／dz>0)，多為下沉運動區。145(三)對流層頂的分析對流層與平流層之間的介面，稱為對流層頂。對流層裏溫度一般隨高度降低。平流層下部溫度隨高度變化可能是逆溫、等溫或遞減率很小三種情況中之一種。146(三)對流層頂的分析（續）由於熱帶對流層頂高，寒帶對流層頂低，所以平流層中冷暖水準分佈與對流層往往相反。等溫線通過對流層頂時有顯著的轉折，折角指向較暖的一方。147(三)對流層頂的分析（續）對流層頂經過分析一般定在溫度最低或遞減率有顯著突變處。對流層頂近乎與等

se線平行。平流層裏因為γ很小或為負值，而且氣壓較低，溫度較低，因而

／T>1。此比值較大，而且γd-γ>0，此數值也較大，故d

/dz>0，此數值也比較大，因此在對流層頂之上，等位溫線非常密集(圖3.3)。148圖3.3對流層頂的熱力結構(細實線為等溫線，虛線為等位溫線)149(四)鋒區分析鋒區是個傾斜的穩定層。鋒區內溫度水準梯度遠大於氣團內的溫度水準梯度。等溫線通過鋒區邊界時有曲折。等溫線在鋒區內垂直方向上表現為穩定層。等θse線與鋒區接近平行，而且等θse線在鋒區內特別密集(圖3.4)。150圖3.4鋒附近等θse線分佈示意圖151(四)鋒區分析（續）當極鋒鋒區伸展達到對流層的上層時，其附近對流層頂如何與之聯繫，在分析中，大致有四種不同的模式(圖3.5)。152(四)鋒區分析（續）模式a是將南面對流層頂和北面對流層頂連接並折疊起來，但和鋒面並不相聯結。不過，很少資料能證明確有這種折疊存在。153(四)鋒區分析（續）模式b是將對流層頂附近斷裂開，也不與鋒面聯接，這曾為一般所採用。154(四)鋒區分析（續）模式c是將對流層鋒區引伸到平流層裏去成為一段平流層鋒區，平流層鋒區的坡度和溫度梯度均與對流層鋒區方向相反，高低緯兩對流層頂則從北、南兩側趨向鋒區，並在鋒區附近稍向下傾斜。155(四)鋒區分析（續）這種分析方法有很大優點，因為它能清楚地把對流層中和平流層中的極地氣團與中緯度氣團都劃分開來。也有人指出：對流層上層和平流層低層內的鋒區是一個系統，經常以同一速度，同一方向移動。目前多採用這種分析方法。156(四)鋒區分析（續）模式d是將鋒區的上界與南面的對流層頂聯接，將下界與北面對流層頂聯接起來。在東亞上空的副熱帶鋒區的結構與模式d有相類似之處，因其上界與熱帶對流層頂聯接，但其下界不一定與中緯度對流層頂聯接。157(五)風場分析根據需要而在剖面圖上繪製實際風或地轉風的等風速線(全風速或某個方向的分量)。來介紹一些等風速線分佈的一般情況。158(五)風場分析（續）在對流層裏，除低緯外，以西風為主，風速向上增加；遞增速度與氣層平均溫度水準梯度成比例。特別是鋒區上空，風速的垂直切變很大。159(五)風場分析（續）在高層的風隨著高度增加，而逐漸趨向熱成風方向。所以，大致可以認為：背風而立，低溫在左，高溫在右。160(五)風場分析（續）西風帶常出現風速最大中心，即高空急流區，它應與主要鋒區同時出現；中心位置在鋒區之上，對流層頂之下，常在對流層頂斷裂的地方。161(五)風場分析（續）赤道附近，極地低層及平流層低層以上一般是東風帶所在地。1623.2單站高空風圖分析單站高空風圖是預報工作中另一種常用的輔助圖。尤其是在缺乏等壓面圖時，分析單站高空風圖對於瞭解測站周圍天氣系統的分佈和空間結構，就更為重要。163一、單站高空風圖的填繪單站高空風圖是一張將某站測得的高空風風向、風速填在極座標上的圖。由極點O向外呈輻散狀的許多直線是等風向線，在各直線的端點標有風向的方位(以度數表示。內圈數值表示風的來向，外圈數值表示風的去向)。以0點為圓心的不同半徑的許多同心圓是等風速線。164一、單站高空風圖的填繪（續）在摩擦層以上風隨高度的變化遵從熱成風原理。所以從摩擦層頂(高度為數百米)開始，由下向上按測風報告填寫各層風的記錄。165一、單站高空風圖的填繪（續）填寫的方法是：根據測風報告中的某層風向，在圖上找到相應的風向線，再根據該層的風速，沿此風向線找到相應風速值的點，在這裏點上點子；在該點旁注明風記錄的高度(以km為單位，填寫到小數一位)。其他各層按同法填寫。166一、單站高空風圖的填繪（續）圖3.6就是一張已經填好的單站高空風圖。圖中A、B、C……H各點是根據各高度的測風記錄點的點子。向量OA、OB……OH可分別表示各高度上的風向、風速。AB、BC……GH分別表示兩相鄰高度之間的熱成風方向和大小。A、B、C到H點的連線稱為熱成風曲線。167圖3.6單站高空風圖168二、單站高空風圖的分析(一)冷暖平流的分析(二)大氣穩定度的分析(三)鋒面的分析(四)氣壓系統的分析和判斷169(一)冷暖平流的分析根據熱成風原理可知：在自由大氣中的某層若有冷平流時，則該層中的風隨著高度升高將發生逆時針偏轉；若有暖平流時，則風隨高度升高將發生順時針偏轉。170(一)冷暖平流的分析（續）利用單站高空風分析圖可以很清楚地判斷風隨高度而所偏轉的方向，因而也就很容易地用它來判明測站上空冷暖平流的實際情況。例如在圖3.6中：在地面以上1～3km的氣層中，風隨高度升高而呈逆時針偏轉，因此表示該氣層中有冷平流；在3km以上的氣層中，風隨高度升高是呈順時針偏轉的，表示該層中有暖平流。171(二)大氣穩定度的分析相對不穩定區的分析。在單站高空風分析圖上，根據各層的熱成風方向就可以判斷出各層中相對冷暖區的分佈。如有上下相鄰兩個較厚的氣層(通常厚度大於1000m)，熱成風方向有明顯的不同，則可將兩氣層的熱成風平移到圖上的空白處，繪成交叉的兩條矢線，因而如圖(3.7)所示的那樣構成四個部分。172(二)大氣穩定度的分析（續）交點表示本站所在處，四個部分分別表示相對於測站的部位。凡是上層為冷區，下層為暖區的那個部位，就是相對的不穩定區，如圖中偏西的區域。173(二)大氣穩定度的分析（續）大氣穩定度變化的判斷。利用單站高空風分析圖，還可以通過對各層的冷暖平流符號以及平流強度的變化來判斷大氣穩定度的變化。174(二)大氣穩定度的分析（續）例如，當下層有冷平流，上層有暖平流時，則氣溫直減率趨於減小，氣層穩定度將增大。反之，當下層為暖平流，上層為冷平流時，則氣溫直減率趨於增大，氣層穩定度將減小(或不穩定度增大)。圖3.6中給出的實例是，上層有暖平流，下層有冷平流，說明氣層穩定度將趨於增大(或不穩定度趨於減小)。175(二)大氣穩定度的分析（續）不過務必注意，不穩定度將趨於增大或減小只能表示不穩定度演變的一種趨向，而不應理解為氣層已經處於不穩定或穩定的狀態之下。氣層實際的穩定度狀況應同時應用溫度——對數壓力圖等工具來作深入的分析。176(三)鋒面的分析利用單站高空風分析圖，還可判斷鋒面性質、鋒區所在的位置、鋒區的強度以及鋒的移速和走向等。177(三)鋒面的分析（續）在鋒區內，因溫度水準遞度很大，熱成風也就很大。同時，當測風氣球向上穿過冷鋒時，因有較強的冷平流，所以風隨高度的升高而有明顯的逆時針偏轉；而當氣球向上穿過暖鋒時，因有較強的暖平流，所以風隨高度的升高而有明顯的順時針偏轉。178(三)鋒面的分析（續）根據這些特點，我們就可根據風隨高度發生怎樣的偏轉來判斷有無鋒面存在以及鋒面的性質。例如，在圖3.6中，DE較長，即2.5～3.0km的這一氣層熱成風較大，並且風隨高度升高而作逆時針偏轉，由此我們便可判斷，在2.5～3.0km的氣層中可能存在冷鋒。如最大熱成風線段愈長，則鋒區愈強。179(三)鋒面的分析（續）另外，這種工具也可作為天氣圖定性判斷鋒面移速的補充方法之一。具體作法是：從極座標原點作一垂直於鋒區熱成風矢線(或其延長線)的直線Vd(見圖3.6)，Vd的長度就表示該層垂直於鋒區風速分量的大小。180(三)鋒面的分析（續）如Vd愈大，則垂直於鋒面的風速分量愈大，而鋒的移動較快；反之則鋒的移動較慢。如果Vd很小，則可判定此鋒為准靜止鋒。高空鋒區即等溫線密集帶，而等溫線密集帶又與最大熱成風走向平行。因此根據最大熱成風的走向即可大致判斷高空鋒區的走向。例如根據圖3.6中的DE線段的走向，可以判斷高空鋒區的走向大致為南北向。181(四)氣壓系統的分析和判斷利用單站高空風圖還可判定本站處於什麼氣壓系統之中以及在系統的哪一部位等。在沒有天氣圖時，這就可作為判斷天氣系統的一種參考的依據。182(四)氣壓系統的分析和判斷（續）在不同性質的氣壓系統中，風隨高度的變化的情況是不同的；在同一氣壓系統的不同部位上，風隨高度的變化情況也各不相同。這是應用單站高空風分析圖來判斷測站附近的氣壓系統的性質和本站相對於系統的部位的根據。183(四)氣壓系統的分析和判斷（續）例如，冷高壓是淺薄系統，其高度一般只有3~4km。在冷高壓的東部，近地面風向偏北，向上則轉為偏南風。風向隨高度升高而逆轉，同時風速隨高度升高而出現一風速減小層。又如冷低壓，這是一種深厚系統，氣旋式環流隨高度升高而加強，所以在冷低壓內風向隨高度變化不大，而風速則隨高度升高而增大。1843.3溫度一對數壓力圖分析溫度—對數壓力(T-lnP)圖是我國氣象臺站普遍使用的一種熱力學圖解。它能反映探空站及其附近上空各種氣象要素的垂直分佈情況。因此在天氣分析和預報中有著非常廣泛的應用。185一、溫度一對數壓力圖的構造和點繪溫度—對數壓力圖的縱、橫坐標，分別表示氣壓的對數(LnP)及溫度(T)。溫度以攝氏度為單位，每隔10度標出度數(粗字，另列小字表示絕對溫度)。氣壓以hPa為單位，在圖的右部從1050hPa起，自下向上遞減到200hPa，每隔100hPa標上百帕數。在圖的左部，從250hPa起自下向上遞減至50hPa，每隔50hPa標百帕數，每小格表示2.5hPa，縱坐標上氣壓最低值為50hPa。186一、溫度一對數壓力圖的構造和點繪（續）因為當氣壓愈低時，1hPa氣壓差的垂直距離便愈大，由於圖面大小的限制，縱坐標的氣壓最低值不可能設計得太低。而且因為氣壓P趨於零時，lnP便趨於無窮大，所以圖上不可能有P=0的座標。187一、溫度一對數壓力圖的構造和點繪（續）圖上有五種基本線條，除與縱、橫坐標平行的等溫線和等壓線外，還有三種傾斜的曲線。它們是：幹絕熱線(即等位溫線)，即圖上的黃色實線，表示未飽和空氣在絕熱升降運動中狀態的變化。這種線上，每隔10度標出位溫(θ)的數值(當氣壓低於200hPa時，位溫值標注在括弧中)。188一、溫度一對數壓力圖的構造和點繪（續）濕絕熱線(即等θse線)，即圖上的綠色虛線，表示飽和空氣在絕熱升降運動中狀態的變化。在這種曲線上，每隔10度標有假相當位溫(θse)的數值。189一、溫度一對數壓力圖的構造和點繪（續）等飽和比濕線，即圖上的綠色實線，是飽和空氣比濕的等值線。每條線上都標有飽和比濕值。當氣壓值低於200hPa時，等飽和比濕值標在括弧中。190一、溫度一對數壓力圖的構造和點繪（續）日常分析時，在溫度——對數壓力圖的縱坐標上常常填寫位勢高度、風向、風速等記錄，並在圖上繪製以下三種曲線：191一、溫度一對數壓力圖的構造和點繪（續）溫度—壓力曲線(簡稱溫壓曲線或層結曲線)，表示測站上空氣溫垂直分佈狀況。其作法是，將各高度上的氣壓、溫度數據，用鋼筆一一點繪在圖上，然後將這些點子依次用線段連接起來，便成溫壓曲線。192一、溫度一對數壓力圖的構造和點繪（續）露點—壓力曲線(簡稱露壓曲線)，表示測站上空水汽垂直分佈的狀況。其作法是，將各層上的氣壓、露點數據用鋼筆一一點繪在圖上，然後用虛線依次連接起來，便成露壓曲線。193一、溫度一對數壓力圖的構造和點繪（續）狀態曲線(或稱過程曲線)，表示氣塊在絕熱上升過程中溫度隨高度而變化的曲線。某一高度上氣塊若先經歷了幹絕熱上升，達到飽和後，再經歷濕絕熱上升的過程，則在溫度—對數壓力圖上，要先通過該氣塊的溫壓點，平行於幹絕熱線而畫線；同時通過該氣塊的露壓點平行於等比濕線而畫線，兩線相交於一點，從交點平行於濕絕熱線再畫一線，這樣便作成狀態曲線。194二、溫度——對數壓力圖的應用(一)常用溫濕特徵量的求法(二)標準等壓面位勢高度(Hp)(三)不穩定能量(E)的求法(四)一些特徵高度及對流溫度的求法(五)壓高曲線的制法及H0和H-20的求法(六)一些常用穩定度指標的求法(八)穩定層性質的判斷195(一)常用溫濕特徵量的求法(1)比濕(q)定義：單位品質濕空氣含有的水氣質量。

求法：通過溫壓點B(T=30℃，P=920hPa)的露點A(Td=21℃)的等飽和比濕線的值就是B點的比濕值(在等飽和比濕線上所標數值的單位為g／kg，q=17g／kg)。196(一)常用溫濕特徵量的求法（續）(2)飽和比濕(qs)定義：在同一溫度下，空氣達到飽和狀態時的比濕。求法：通過溫壓點B(T=30℃，P=920hPa)的等飽和比濕線的數值就是B點的飽和比濕值(qs=29g／kg)。197(一)常用溫濕特徵量的求法（續）(3)相對濕度(f)定義：實際空氣的濕度與在同一溫度下達到飽和狀態時的濕度之比值。求法有兩種。198(一)常用溫濕特徵量的求法（續）(4)位溫(θ)定義：氣塊經幹絕熱過程到達1000hPa時的溫度。

求法：通過溫壓點B(T=30℃，P=920hPa)的幹絕熱線的數值就是B點的位溫值(在幹絕熱線上所標數值的單位為℃，θ=37℃)。199(一)常用溫濕特徵量的求法（續）(5)假相當位溫(θse)定義：氣塊經濕絕熱過程，將所含的水汽全部凝結放出，再沿幹絕熱過程到達1000hPa時的溫度。(3.5)其中，θd為位溫，Tk為抬升凝結高度上的溫度，L為凝結潛熱，q為比濕。200(一)常用溫濕特徵量的求法（續）求法：通過溫壓點B(T=30℃，P=920hPa)，沿幹絕熱線上升到凝結高度E，通過E點的濕絕熱線的數值就是B點的假相當位溫(在濕絕熱線上所標數值的單位為℃，θse=94℃)。201(一)常用溫濕特徵量的求法（續）(6)假濕球位溫(θxw)及假濕球溫度(Txw)定義及求法：氣塊按幹絕熱線上升到凝結高度後，再沿濕絕熱線下降到1000hPa，這時它所具有的溫度(即圖3.9中A’2點的溫度)稱為假濕球位溫，以θxw表示。如果氣塊不是下降至1000hPa，而是下降至原來的氣壓值處，這時它所具有的溫度(即圖3.9中A’1點的溫度)稱為假濕球溫度，以Txw表示。202(一)常用溫濕特徵量的求法（續）

(7)虛溫(Tv)定義：在同一壓力下，使幹空氣的密度等於濕空氣的密度時，幹空氣所應具有的溫度。

(3.6)203(一)常用溫濕特徵量的求法（續）求法：通過溫壓點B(T=30℃，P=920hPa)的露點A(Td=21℃)作平行於縱坐標的直線，使該直線與最鄰近的畫有短劃的等壓線(900hPa)相交於F，量出F點兩旁兩短劃間的距離，用橫坐標上的度數來表示，精確到小數一位(2.9℃)，然後將此數值與B點的溫度相加，便得B點的虛溫值，即Tv=30℃+2.9℃=32.9℃204圖3.8205圖3.9206(二)標準等壓面位勢高度(Hp)定義：用重力位勢Φ的1／98所表示的高度。(3.7)207(二)標準等壓面位勢高度(％)（續）求法：先從已知的層結曲線上，求出兩等壓面間的厚度。例如求700~500hPa等壓面間的厚度，其方法是在兩等壓面間作垂線，使該線與層結曲線700、500hPa等壓線相交成兩個面積相等的三角形(或多邊形)，垂線通過590hPa等壓線附近的一排小圓點(小圓點上所標數值的單位為dagpm)，讀取與垂線相交的小圓點的數值(仍用同例、同圖，相交小圓點為G，其值為H=274dagpm)，這就是700~500hPa等壓面間的厚度。208(二)標準等壓面位勢高度(％)（續）然後將所求得的700~-500hPa等壓面間的厚度值和700hPa等壓面的高度相加，就可得到500hPa等壓面的高度。其他標準等壓面高度也可用類似的方法求得。209(三)不穩定能量(E)的求法定義：不穩定大氣中可供氣塊作垂直運動的潛在能量。(3.8)求法：圖3.10。根據探空報告的各層氣壓、溫度和露點值，繪出層結曲線和露壓曲線，再根據地面觀測報告的氣壓、溫度、露點值，繪出狀態曲線，分析層結曲線和狀態曲線之間所包圍的面積，便可得到：210(三)不穩定能量(E)的求法①正不穩定能面積，即位於狀態曲線左方和層結曲線右方之間的面積(單位：cm2，1cm2面積等於74.5J／kg)。②負不穩定能面積，即位於狀態曲線右方和層結曲線左方之間的面積。③求出正、負不穩定能面積的代數和，這就是整個氣層的不穩定能量。211圖3.10212(四)一些特徵高度及對流溫度的求法①抬升凝結高度(LCL)定義：氣塊絕熱上升達到飽和時的高度。(3．9)213(四)一些特徵高度及對流溫度的求法求法：仍用圖3.10所示的例子。通過地面溫壓點B作幹絕熱線，通過地面露點A作等飽和比濕線，兩線相交於C點，C點所在的高度就是抬升凝結高度。有時，由於考慮到地面溫度的代表性較差，也可用850hPa到地面氣層內的平均溫度及露點代表地面溫度及露點來求LCL。有時，近地面有輻射逆溫層，此時可用輻射逆溫層頂作為起始高度來求LCL。214(四)一些特徵高度及對流溫度的求法②自由對流高度(LFC)定義：在條件性不穩定氣層中，氣塊受外力抬升，由穩定狀態轉入不穩定狀態的高度。求法：根據地面溫、壓、露點值作狀態曲線，它與層結曲線相交之點所在的高度就是自由對流高度(如圖3.10的D點)。215(四)一些特徵高度及對流溫度的求法③對流上限定義：對流所能達到的最大高度。求法：通過自由對流高度的狀態曲線繼續向上延伸，並再次和層結曲線相交之點所在的高度，就是對流上限，即經驗雲頂(如圖3.10的E點)。216(四)一些特徵高度及對流溫度的求法④對流凝結高度(CCL)定義：假如保持地面水汽不變，而由於地面加熱作用，使層結達到幹絕熱遞減率，在這種情況下氣塊幹絕熱上升達到飽和時的高度。217(四)一些特徵高度及對流溫度的求法求法：仍用前例。通過地面露點A作等飽和比濕線，它與層結曲線相交，交點F所在的高度，就是對流凝結高度。(見圖3.10)。當有逆溫層存在時(近地面的輻射逆溫層除外)，對流凝結高度的求法是：通過地面露點作等飽和比濕線，與通過逆溫層頂的濕絕熱線相交之點所在高度即對流凝結高度。218(四)一些特徵高度及對流溫度的求法⑤對流溫度(Tg)定義：氣塊自對流凝結高度幹絕熱下降到地面時所具有的溫度。求法：仍用前例。沿經過對流凝結高度F點的幹絕熱線下降到地面，它所對應的溫度，就是對流溫度(圖3.10)。219(五)壓高曲線的制法及H0和H-20的求法為了在垂直方向上得到不同氣壓所對應的高度和比較準確地計算雲高、雲厚、零度層高度(H0)以及-20℃層高度(H-20)等，可在溫度一對數壓力圖上繪製壓高曲線，其方法是：220(五)壓高曲線的制法及H0和H-20的求法①把橫坐標的溫度值改為從右向左增大的高度值，溫度間隔10℃改為高度間隔1000m。縱坐標不變。②將探空報告中的氣壓值和高度值依次點在圖上，然後連接各點，即得壓高曲線。如圖3.11所示。221(五)壓高曲線的制法及H0和H-20的求法③欲知某點A的高度，只要過點A作橫軸的平行線，交於壓高曲線上一點A’。過A’作縱軸平行線交於橫軸上一點H，H即為A的高度(在圖3.11中為3500m)。同樣辦法，我們可以求得H0及H-20(圖中H0=4750m，H-20=7750m)。222(六)一些常用穩定度指標的求法①沙氏指數(SI)SI=T500-Ts(3.10)其中T500為500hPa上的實際溫度。Ts為氣塊從850hPa開始，沿幹絕熱線抬升到凝結高度，然後再沿濕絕熱線抬升到500hPa的溫度。如SI>0，則表示穩定，而如SI<0，則表示不穩定。(SI也可用850hPa及500hPa天氣圖上的數據借附表7而查得)。223(六)一些常用穩定度指標的求法（續）②簡化的沙氏指數(SSI)SSI=T500-Ts(3.11)其中T500為500hPa上實際溫度。Ts為氣塊從850hPa開始，沿幹絕熱線抬升到500hPa的溫度。在一般情況下，SSI≥0，SSI愈小，表示愈不穩定。224(六)一些常用穩定度指標的求法（續）③抬升指標(LI)

LI=TL-T500

(3.12)其中TL為氣塊的抬升溫度，即它從自由對流高度開始，沿濕絕熱線抬升到500hPa的溫度。T500為500hPa上的實際溫度。如LI>0，則表示不穩定；如LI<O，則表示穩定。225(六)一些常用穩定度指標的求法（續）④最有利抬升指標(BLl)把700hPa以下的大氣，按50hPa的間隔分成許多層，並將各層中間高度(即在50／2=25hPa處)上的各點，沿幹絕熱線抬升到凝結高度，然後沿濕絕熱線抬升到500hPa，這樣就得出各點的抬升溫度T’L。再計算各點的T’L與T500之差值，選擇其中正值最大者，就是最有利抬升指標。

(3.13)