天气学分析 中尺度天气分析
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第五章 中尺度天气分析 §5． 1地面中尺度分析的基本项目和基 ． 地面中尺度分析的基本项目和基 本 原则 §5．2地面中尺度天气图的分析 ． 地面中尺度天气图的分析 §5．3辅助图的分析 ． 辅助图的分析
§5.1 地面中分析的基本项目和基本原则 地面中尺度天气分析的基本图包括气压分布图 气压分布图（根据风和气压分 气压分布图 析）；温度分布图；降水量图；云和对流性天气分布图；总能量分 温度分布图； 温度分布图 降水量图；云和对流性天气分布图； 布图等。 布图等。 在作中分析时，有三条基本原则 第一条是保持每小时图上天气 三条基本原则。第一条是保持每小时图上天气 三条基本原则 形势的合理的历史连贯性。 形势的合理的历史连贯性。（对于演变较快的系统则常需用每10分 钟或每30分钟图来表现其历史连贯性）；第二条是注意各种图的配 第二条是注意各种图的配 即各种气象要素之间的合理关系； 合，即各种气象要素之间的合理关系；第三条是纯粹的局地性现象 可以光滑掉。 可以光滑掉。 §5.2 气象要素的时间一空间转换 气象要素只有通过自记仪器才能进行完全连续的观测和记录 自记仪器才能进行完全连续的观测和记录，许 自记仪器才能进行完全连续的观测和记录 多重要的中小尺度扰动（如雷暴高压，中尺度低压，龙卷等）都只 有自记仪器才能正确地对其进行记录。作中分析时，可以利用气象 利用气象 要素在自记曲线上反映的变化来了解气象要素的空间梯度。 要素在自记曲线上反映的变化来了解气象要素的空间梯度。将气象 要素的时间变化转换成空间分布的方法叫做“时间一空间转换” 要素的时间变化转换成空间分布的方法叫做“时间一空间转换”， （简称“时空转换”）。由于一般台站网的观测难以做到在空间上 完全连续的观测，因此要了解中系统的正确的空间结构常常必须应 用“时空转换”的方法。
图5．5 1962年6月8日云系分布图（a）14时，(b）20时（虚线为低 云量等值线）
六、综合的地面中分析目 将等压线、等温线、天气区、锋面、飑线 等压线、 等压线 等温线、天气区、锋面、飑线等等内容综合地绘在 绘在 一张天气图上，这样就构成了综合的地面中分析图。 地面中分析图。 一张天气图上 地面中分析图 图 5.6a~d是综合中分析图。为一次飑线过程的发生、发展过程。 图5.6a是过程的酝酿阶段 酝酿阶段。可见，在暖低压的前部气流辐合的地区 酝酿阶段 形成阶段。 正是未来强对流最初爆发的地区。图5.6b为飑线的形成阶段。雷暴 形成阶段 聚集成带，雷暴中下降的冷空气形成一狭长的冷空气堆，气压场上 为雷暴高压或高压脊，其前部温度梯度、气压梯度很大。图5．6c 是飑线的成熟阶段 成熟阶段。雷暴高压带有几个高压中心，前方出现“前低 成熟阶段 压”，后方出现“尾流低压”。图5.6d是消散阶段。雷暴带渐趋消 消散阶段。 消散阶段 散。 § 5．3辅助图的分析 ． 辅助图的分析 作中分析时，除了分析地面中分析图外，还须根据不同的需要作 须根据不同的需要作 一些辅助图。常用的辅助图有： 一些辅助图。常用的辅助图有： 一、等时线图 是一种表现天气现象出现、终止时刻及其规律的图 天气现象出现、 天气现象出现 终止时刻及其规律的图。例如雷暴 起止时刻，飑线过境时刻等等。制作这种图时，可将有关的观测报 告填在图上，将时间相同的地方连线，便成等时线 将时间相同的地方连线， 将时间相同的地方连线 便成等时线，等时线表示某 种天气现象在此线上是同时发生的。
图5.4 t。时刻的时空转换线
二、时空转换的操作方法 具体进行时空转换时，可采取以下步骤：① 先作出间隔 小时的 ① 先作出间隔1小时的 气压涌升点等时线（ 气压涌升点等时线（设为t－1、t。、t＋1，如图5．4所示）。②量 ② 出等时线间的距离。 出等时线间的距离。如图5.4中t–1至t0为S1km，t0至t＋l为S2km。于 是可知，在t－l至t0的时段中，系统移速为S1Km/小时，在t0至t＋1 的时段中，系统移速为S2km/小时，③假定系统沿垂直于等时线的 ③ 方向移动。 方向移动。则通过甲、乙、丙三站各作等时线的垂直线，成为时间 轴，方向与系统移向相反。此时，时间轴上t-1~t0的长度相当于在t1到t0时段内，系统移过的空间距离S1；而t0~t+1的长度则相当于系 统在t0到t＋1时段内移过的距离S2 。这样一来，如果在系统移动过 程中系统内要素A的分布不变，则某站t-1时刻自记记录上的A值（ At-l）就是t0时刻该站前方S1距离处的A值；而该站t+1时刻的A值（ At十1 ），就是t0时刻该站后方S2 处的A值（图5．4）。将各站自记 将各站自记 曲线（经海平面订正）上的t－ 到 ＋ 时段内每隔一刻钟的读数填 曲线（经海平面订正）上的 －1到t＋1时段内每隔一刻钟的读数填 写在时间轴上，就得到要素A的空间分布 的空间分布。然后就可进行等值线分 写在时间轴上，就得到要素 的空间分布 析。
图5.7 1959年7月3日0～11时冷锋及 图5.8一个中系统连续演变图 中低压中心的每小时位置图（数字表示时间）
图5.9 1962年6月8日一次飑线过程中气压扰动量的分布图
图5．10 雷达回 波的时 间剖面 图
三、中系统气压扰动置随时间和空间的演变图 从气压自记曲线上将中系统加以平滑，可得“未受扰动 气压自记曲线上将中系统加以平滑， 气压自记曲线上将中系统加以平滑 可得“ 气压”。未受扰动气压与实际气压之差即为气压扰动量。 气压 。未受扰动气压与实际气压之差即为气压扰动量。 将各站的气压扰动按其出现时间的先后描绘在一张图上 描绘在一张图上， 描绘在一张图上 便可清楚地表现出中系统演变 中系统演变的情况。例如图5．9是1962 中系统演变 年6月8日苏北一次飑线过程中，当飑线经过各地时产生的 气压扰动的演变图。从上可以看到飑线由北向南自低压中 飑线由北向南自低压中 心向外传播的情况。 心向外传播 四、雷达回波分析图 雷达资料在中分析中极为重要。通常的分析方法是制作 雷达回波的动态图或时间剖面图等。 雷达回波的动态图或时间剖面图 图5。10是一张雷达回波时间剖面图。图中⊙表示雷达 站（相对于回波的）位置，圆弧线表示90海里范围。图中 每隔1分钟的雷达回波都是相对于该时刻的雷达站的位置 而填上的。这种图形象地表示了雷达回波的连续演变情况 。
随着雷达网的建设，目前已可能利用多部雷达对天气系统进行监 视。这种情况下往往可以得到天气系统的更为完整的形象（图 5．10）。分析多部雷达的同时观测资料时，可将各雷达站按其雷 达最大有效反映圈半径内的回波分别填在其相应的位置上，然后与 天气图互相映照。
Байду номын сангаас
图5．10多部雷达观测
实习八 大气稳定度指标的计算及分析 一、目的要求 学会T-lnp图的填写，了解大气稳定度分析方法，熟悉查算或计 算一些稳定 度指标的方法步骤。 二、实习内容 （1）分析1975年5月30日07时南京站的探空记录 ①绘制温度露点展结曲线；②绘制状态曲线，分析不稳定能量 面积，判断不稳定的类型。③绘制压高曲线。 ④求算各种高度。 a、抬升凝结高度。 b、自由对流高度。 c、对流上限。 d、对流凝结高度。 e、O℃高度H。。 f、－20℃高度从。 ⑤计算对流温度T，雷暴大风风速,③求算T500-850，SI及SSI。 ①求算400hPa以下各标准层和各特性层的民。分析对流性不稳 定层层次，计算该层中的 de／Af，计算［ ry］以及 （2）点绘1975年5月30日07时南京站测风曲线并分析： ①各层冷、暖平流。 ②各层稳定度变化趋势。 ③用1～3km和3～5．skin的VT比较测站周围的相对不稳定区。 （3）查算6月8日07时南京的斯拉维指数。 （4）查算6月 8日 07时南京站的云中最大上升速度Win，估计成 雹的可能性。
三、地面气压场的分析 将订正的记录以及用时空转换方法而作出的空间气压分布一起 订正的记录以及用时空转换方法而作出的空间气压分布一起 填在中尺度天气图上后，配合风的记录即可进行地面气压场分析。 填在中尺度天气图上后，配合风的记录即可进行地面气压场分析。 等压线一般每间隔 ．5或lhPa画一条 间隔0． 或 画一条,在分析等压线时，要特别重视 间隔 画一条 气压梯度，而不是气压的数值。对某些有特别强或特别弱的气压梯 气压梯度 特别强或特别弱的气压梯 度的地带可以用点线标出。关于历史连续性 历史连续性较好的高、低压（脊、 高 低压（ 历史连续性 及气压跳跃线等系统要仔细地加以分析。 槽）及气压跳跃线等系统要仔细地加以分析。 四、地面风场的分析 地面图上的风记录，并不全是海平面上的风记录。因风的记录 风的记录 未经高度订正，地形也有影响，与海平面气压场的梯度不完全适应 未经高度订正，地形也有影响 梯度不完全适应 。在海拔相差不太大，平原地区分析等风向线、流线、切变线等。 分析等风向线、 分析等风向线 流线、切变线等。 五、云的分析 地面观测中的云量、云状记录 云量、 云分布图进行分析。在云 云量 云状记录也可作成云分布图进行分析 云分布图进行分析 分布图上可以用不同颜色或阴影区分别表示高、中、低云 用不同颜色或阴影区分别表示高、 低云的分布并 用不同颜色或阴影区分别表示高 标注各区域中的主要云状 主要云状。图上还可分析等云量线， 每隔 成画一 等云量线， 主要云状 等云量线 每隔2成画一 条，并标上“多”或“少”区。借连续几个时刻的云图分析，就可 连续几个时刻的云图分析， 连续几个时刻的云图分析 以研究云系统演变 云系统演变的规律。例如，图5.5（a）、（b）分别是1962年 云系统演变 6月8日14时及20时的云系分布图，显示了一条飑线的云系特点以及 发展的过程。
二、中系统的动态和演变图 这种图可用以表现中系统在不同时刻的位置、范围、强度等 表现中系统在不同时刻的位置、 表现中系统在不同时刻的位置 范围、强度等的连 续演变的情况。了解中系统的来龙去脉。这种图的形式多种多样， 根据需要选取一种表示形式。例如，图5．7是一条冷锋中低压中心 冷锋中低压中心 及降水区的每小时位置图。图5．8是一个中系统的连续演变图 连续演变图，图 及降水区 连续演变图 中既表示了中系统范围的变化，又表示了中系统的活动路径。
一、时空转换的原理 设系统的移动速度为c，则对某气象要素A应有；
若系统本身变化缓慢，则
（5． 2）
其中 A／S为要素随系统移动方向的变化率。由（5． 2）式可知 ，若已知系统移向、移速，则可将单站要素的时间变化转换成空间 分布（图5．3）。其中A／t可由要素自记曲线求得。
图5.3系统与测站的相对运动
§5.1 地面中分析的基本项目和基本原则 地面中尺度天气分析的基本图包括气压分布图 气压分布图（根据风和气压分 气压分布图 析）；温度分布图；降水量图；云和对流性天气分布图；总能量分 温度分布图； 温度分布图 降水量图；云和对流性天气分布图； 布图等。 布图等。 在作中分析时，有三条基本原则 第一条是保持每小时图上天气 三条基本原则。第一条是保持每小时图上天气 三条基本原则 形势的合理的历史连贯性。 形势的合理的历史连贯性。（对于演变较快的系统则常需用每10分 钟或每30分钟图来表现其历史连贯性）；第二条是注意各种图的配 第二条是注意各种图的配 即各种气象要素之间的合理关系； 合，即各种气象要素之间的合理关系；第三条是纯粹的局地性现象 可以光滑掉。 可以光滑掉。 §5.2 气象要素的时间一空间转换 气象要素只有通过自记仪器才能进行完全连续的观测和记录 自记仪器才能进行完全连续的观测和记录，许 自记仪器才能进行完全连续的观测和记录 多重要的中小尺度扰动（如雷暴高压，中尺度低压，龙卷等）都只 有自记仪器才能正确地对其进行记录。作中分析时，可以利用气象 利用气象 要素在自记曲线上反映的变化来了解气象要素的空间梯度。 要素在自记曲线上反映的变化来了解气象要素的空间梯度。将气象 要素的时间变化转换成空间分布的方法叫做“时间一空间转换” 要素的时间变化转换成空间分布的方法叫做“时间一空间转换”， （简称“时空转换”）。由于一般台站网的观测难以做到在空间上 完全连续的观测，因此要了解中系统的正确的空间结构常常必须应 用“时空转换”的方法。
图5．5 1962年6月8日云系分布图（a）14时，(b）20时（虚线为低 云量等值线）
六、综合的地面中分析目 将等压线、等温线、天气区、锋面、飑线 等压线、 等压线 等温线、天气区、锋面、飑线等等内容综合地绘在 绘在 一张天气图上，这样就构成了综合的地面中分析图。 地面中分析图。 一张天气图上 地面中分析图 图 5.6a~d是综合中分析图。为一次飑线过程的发生、发展过程。 图5.6a是过程的酝酿阶段 酝酿阶段。可见，在暖低压的前部气流辐合的地区 酝酿阶段 形成阶段。 正是未来强对流最初爆发的地区。图5.6b为飑线的形成阶段。雷暴 形成阶段 聚集成带，雷暴中下降的冷空气形成一狭长的冷空气堆，气压场上 为雷暴高压或高压脊，其前部温度梯度、气压梯度很大。图5．6c 是飑线的成熟阶段 成熟阶段。雷暴高压带有几个高压中心，前方出现“前低 成熟阶段 压”，后方出现“尾流低压”。图5.6d是消散阶段。雷暴带渐趋消 消散阶段。 消散阶段 散。 § 5．3辅助图的分析 ． 辅助图的分析 作中分析时，除了分析地面中分析图外，还须根据不同的需要作 须根据不同的需要作 一些辅助图。常用的辅助图有： 一些辅助图。常用的辅助图有： 一、等时线图 是一种表现天气现象出现、终止时刻及其规律的图 天气现象出现、 天气现象出现 终止时刻及其规律的图。例如雷暴 起止时刻，飑线过境时刻等等。制作这种图时，可将有关的观测报 告填在图上，将时间相同的地方连线，便成等时线 将时间相同的地方连线， 将时间相同的地方连线 便成等时线，等时线表示某 种天气现象在此线上是同时发生的。
图5.4 t。时刻的时空转换线
二、时空转换的操作方法 具体进行时空转换时，可采取以下步骤：① 先作出间隔 小时的 ① 先作出间隔1小时的 气压涌升点等时线（ 气压涌升点等时线（设为t－1、t。、t＋1，如图5．4所示）。②量 ② 出等时线间的距离。 出等时线间的距离。如图5.4中t–1至t0为S1km，t0至t＋l为S2km。于 是可知，在t－l至t0的时段中，系统移速为S1Km/小时，在t0至t＋1 的时段中，系统移速为S2km/小时，③假定系统沿垂直于等时线的 ③ 方向移动。 方向移动。则通过甲、乙、丙三站各作等时线的垂直线，成为时间 轴，方向与系统移向相反。此时，时间轴上t-1~t0的长度相当于在t1到t0时段内，系统移过的空间距离S1；而t0~t+1的长度则相当于系 统在t0到t＋1时段内移过的距离S2 。这样一来，如果在系统移动过 程中系统内要素A的分布不变，则某站t-1时刻自记记录上的A值（ At-l）就是t0时刻该站前方S1距离处的A值；而该站t+1时刻的A值（ At十1 ），就是t0时刻该站后方S2 处的A值（图5．4）。将各站自记 将各站自记 曲线（经海平面订正）上的t－ 到 ＋ 时段内每隔一刻钟的读数填 曲线（经海平面订正）上的 －1到t＋1时段内每隔一刻钟的读数填 写在时间轴上，就得到要素A的空间分布 的空间分布。然后就可进行等值线分 写在时间轴上，就得到要素 的空间分布 析。
图5.7 1959年7月3日0～11时冷锋及 图5.8一个中系统连续演变图 中低压中心的每小时位置图（数字表示时间）
图5.9 1962年6月8日一次飑线过程中气压扰动量的分布图
图5．10 雷达回 波的时 间剖面 图
三、中系统气压扰动置随时间和空间的演变图 从气压自记曲线上将中系统加以平滑，可得“未受扰动 气压自记曲线上将中系统加以平滑， 气压自记曲线上将中系统加以平滑 可得“ 气压”。未受扰动气压与实际气压之差即为气压扰动量。 气压 。未受扰动气压与实际气压之差即为气压扰动量。 将各站的气压扰动按其出现时间的先后描绘在一张图上 描绘在一张图上， 描绘在一张图上 便可清楚地表现出中系统演变 中系统演变的情况。例如图5．9是1962 中系统演变 年6月8日苏北一次飑线过程中，当飑线经过各地时产生的 气压扰动的演变图。从上可以看到飑线由北向南自低压中 飑线由北向南自低压中 心向外传播的情况。 心向外传播 四、雷达回波分析图 雷达资料在中分析中极为重要。通常的分析方法是制作 雷达回波的动态图或时间剖面图等。 雷达回波的动态图或时间剖面图 图5。10是一张雷达回波时间剖面图。图中⊙表示雷达 站（相对于回波的）位置，圆弧线表示90海里范围。图中 每隔1分钟的雷达回波都是相对于该时刻的雷达站的位置 而填上的。这种图形象地表示了雷达回波的连续演变情况 。
随着雷达网的建设，目前已可能利用多部雷达对天气系统进行监 视。这种情况下往往可以得到天气系统的更为完整的形象（图 5．10）。分析多部雷达的同时观测资料时，可将各雷达站按其雷 达最大有效反映圈半径内的回波分别填在其相应的位置上，然后与 天气图互相映照。
Байду номын сангаас
图5．10多部雷达观测
实习八 大气稳定度指标的计算及分析 一、目的要求 学会T-lnp图的填写，了解大气稳定度分析方法，熟悉查算或计 算一些稳定 度指标的方法步骤。 二、实习内容 （1）分析1975年5月30日07时南京站的探空记录 ①绘制温度露点展结曲线；②绘制状态曲线，分析不稳定能量 面积，判断不稳定的类型。③绘制压高曲线。 ④求算各种高度。 a、抬升凝结高度。 b、自由对流高度。 c、对流上限。 d、对流凝结高度。 e、O℃高度H。。 f、－20℃高度从。 ⑤计算对流温度T，雷暴大风风速,③求算T500-850，SI及SSI。 ①求算400hPa以下各标准层和各特性层的民。分析对流性不稳 定层层次，计算该层中的 de／Af，计算［ ry］以及 （2）点绘1975年5月30日07时南京站测风曲线并分析： ①各层冷、暖平流。 ②各层稳定度变化趋势。 ③用1～3km和3～5．skin的VT比较测站周围的相对不稳定区。 （3）查算6月8日07时南京的斯拉维指数。 （4）查算6月 8日 07时南京站的云中最大上升速度Win，估计成 雹的可能性。
三、地面气压场的分析 将订正的记录以及用时空转换方法而作出的空间气压分布一起 订正的记录以及用时空转换方法而作出的空间气压分布一起 填在中尺度天气图上后，配合风的记录即可进行地面气压场分析。 填在中尺度天气图上后，配合风的记录即可进行地面气压场分析。 等压线一般每间隔 ．5或lhPa画一条 间隔0． 或 画一条,在分析等压线时，要特别重视 间隔 画一条 气压梯度，而不是气压的数值。对某些有特别强或特别弱的气压梯 气压梯度 特别强或特别弱的气压梯 度的地带可以用点线标出。关于历史连续性 历史连续性较好的高、低压（脊、 高 低压（ 历史连续性 及气压跳跃线等系统要仔细地加以分析。 槽）及气压跳跃线等系统要仔细地加以分析。 四、地面风场的分析 地面图上的风记录，并不全是海平面上的风记录。因风的记录 风的记录 未经高度订正，地形也有影响，与海平面气压场的梯度不完全适应 未经高度订正，地形也有影响 梯度不完全适应 。在海拔相差不太大，平原地区分析等风向线、流线、切变线等。 分析等风向线、 分析等风向线 流线、切变线等。 五、云的分析 地面观测中的云量、云状记录 云量、 云分布图进行分析。在云 云量 云状记录也可作成云分布图进行分析 云分布图进行分析 分布图上可以用不同颜色或阴影区分别表示高、中、低云 用不同颜色或阴影区分别表示高、 低云的分布并 用不同颜色或阴影区分别表示高 标注各区域中的主要云状 主要云状。图上还可分析等云量线， 每隔 成画一 等云量线， 主要云状 等云量线 每隔2成画一 条，并标上“多”或“少”区。借连续几个时刻的云图分析，就可 连续几个时刻的云图分析， 连续几个时刻的云图分析 以研究云系统演变 云系统演变的规律。例如，图5.5（a）、（b）分别是1962年 云系统演变 6月8日14时及20时的云系分布图，显示了一条飑线的云系特点以及 发展的过程。
二、中系统的动态和演变图 这种图可用以表现中系统在不同时刻的位置、范围、强度等 表现中系统在不同时刻的位置、 表现中系统在不同时刻的位置 范围、强度等的连 续演变的情况。了解中系统的来龙去脉。这种图的形式多种多样， 根据需要选取一种表示形式。例如，图5．7是一条冷锋中低压中心 冷锋中低压中心 及降水区的每小时位置图。图5．8是一个中系统的连续演变图 连续演变图，图 及降水区 连续演变图 中既表示了中系统范围的变化，又表示了中系统的活动路径。
一、时空转换的原理 设系统的移动速度为c，则对某气象要素A应有；
若系统本身变化缓慢，则
（5． 2）
其中 A／S为要素随系统移动方向的变化率。由（5． 2）式可知 ，若已知系统移向、移速，则可将单站要素的时间变化转换成空间 分布（图5．3）。其中A／t可由要素自记曲线求得。
图5.3系统与测站的相对运动