天气学诊断分析实习报告2013年

天气学诊断分析实习报告

Bruce Lee

1实习目的

熟练使用天气学原理和中国天气中的知识，诊断分析常用的动力和热力参量（涡度、散度、相对湿度、水汽通量、水汽通量散度等）。

1、学会使用Fortran程序读入有格式的数据文件，输出二进制数据文件。

2、学会使用Fortran编程计算涡度、散度、相对湿度、水汽通量等动力和热力参量。

3、学会使用Grads读入二进制数据文件，绘制等值线图、矢量图等，并存储。

4、掌握如何分析得到的各物理量的图形。

2实习要求

完成计算各物理量的Fortran程序，并画出各物理量的图形，结合所绘出的图形及老师已给的现成图形，分析这次南方气旋形成时各要素场的配置情况，对这次降水过程进行天气诊断分析。

3实习内容

3.1实习资料

观测资料：为MICAPS第四类数据（格点数据）。计算范围：东经32∼160，北纬12∼80，格距4*4。所给要素为高度场，风场，温度以及温度露点差，共11层。

3.2详细要求

利用所给资料（格点）和绘图软件绘制等高线、等压线、等温线，了解当时环流形势（主要是500和850hPa）。

计算涡度（实测风涡度和地转风涡度）和散度（主要是300，500，850hPa）：计算18日08时，18日20时，19日08时，19日20时，20日08时500hPa实测风

涡度平流，分析并比较实测风涡度和地转风涡度不同的原因，分析南方气旋发展生成的原因，以及散度高低层的配置。绘图：19日20点850hPa实测风涡度和地转风涡度以及他们的差，19日08时，19日20点，20日08时500hPa实测风涡度平流。

计算1000-300hPa各层水汽通量并绘图，分析水汽通量输送较大的层次及其水汽通量散度，指出水汽输送通道大致范围，并说明水汽辐合区域的位置，什么位置有利于降水的发生，原因是什么。比较水汽通量中水汽平流和风的散度项的大小。绘图：19日08点，20点，20日08点850，700，500hPa水汽通量和水汽通量散度。

在以上任务完成后，有时间的同学编制计算垂直速度程序并绘图，用第二种修正方案，其中大气层顶的垂直速度可以直接采用0，也可以用绝热法。

4结果分析

4.1环流形势分析

500hPa图上很明显的是位于鄂海附近的低压中心，在气旋形成之前，基本都位于当地，且强度未有减弱，另有一低压中心位于乌拉尔山附近但强度刚开始明显不如东边鄂海附近的低压中心。而南方处于南海上空也有一低槽在波动。

随着后绪的发展进行，乌山附近的低槽渐渐东移且有所发展，而中纬地区及低纬地区不断的有短波槽随西风坏流相东输运，并最终汇入鄂海的大槽，使其强度得以维持，由于两低形式的逼近，渐渐的在贝加尔湖东北部形成了阻高形式，阻高大约开成于19日。

与此同时位于华南上空有长槽形成，西来的波动槽开始在此汇集，使得其不断发展，而北边高纬地区的阻高形式渐渐减弱，而且位于贝加尔湖西北的低槽渐渐南伸与华南上空的槽慢慢合并，于是南方气旋形成。而在此后的时间，位于鄂海的大槽也渐渐东移。

850hPa图上的情况与500hPa的大致一样，只是由于靠近地面，图中各低压高压比较零乱，但整体形式基本与500hPa保持一致。

在850hPa的图上可以很清楚地看到西南低涡的形成及其向东推进的过程，而且在这一过程中，西南低涡不断与北方的冷空气合并，并向东北方向移动，最后终于在渤海湾附近形成气旋。

4.24月18日20点到4月20日08点的各物理量图及分析

由图1,2的地转风涡度和实测风涡度的对比可以很明显的看出来，18日20时到20日08时，两种涡度的图形，虽然乍看起来感觉好像完全没丝毫的联系，但两者之间还是有一致性，即我国东部大范围地区主要是正涡度控制，这也很好的与当时时段

图1:18日20时至20日08时实测风涡度

850hPa的高度场形势很好地契合，因为低压对应的是气旋式的环流，而气旋式环流对应的又是正涡度，这样也很好地佐证大气的环流场情况。

图2:18日20时至20日08时地转风涡度

再分析涡度平流，由图3可以看到，几张图的差异较大，高值中心也不总在一个位置，对分析这一变量产生不利的影响。但正负值所处的区域来分析，则可以大致认为，我国的东部沿海地区为正涡度平流控制，在19日08时的图上表现尤为明显，由下正的相对涡度平流对应的是负变高，即有利于槽的发展和形成，而负相对涡度平流正好相反，对应的是正变高，有利于脊的发展和形成。所以可以认为我国东部沿海地区的正相对涡度平流与气旋的形成有着十分紧密的关系。

再来看水汽通量散度，在图5中，水汽通量散度在我国沿海，也即气旋对应的

图3:18日20时至20日08时实测风涡度平流

图4:18日20时至20日08时水汽通量

图5:18日20时至20日08时水汽通量散度

区域是负值中心，水汽通量的负值中心是对应着水汽的辐合，这也说明气旋附近有着很强的降水。

水汽通量散度可分成两项，散度项和平流项。由图5,6,7分析可得，三者的中心分布十分相似，但散度项和水汽通量散度的正负中心位置基本相同，但平流项中心位置却和另外两者基本相反。整体来说，散度项大于平流项的大小，且随着系统的发展，散度项的大小又有所加强。

图6:18日20时至20日08时组成水汽通量散度的散度项

图7:18日20时至20日08时组成水汽通量散度的平流项

4.3水汽输送条件的分析，垂直速度的条件的分析

经过对风的散度及水汽通量散度分析，发现水汽主要来自于洋面上。洋面上大致可分为三个方向，一是来自于西南方向即孟加拉湾地区，二是来自南海洋面，三是东海洋面也对水汽也有所输送，但相对前两个方向，作用要弱一些。

通过对各层水汽通量和散度图象的对比，发现在低层925hPa和850hPa水汽辐合比较明显。由于其低层南边有着丰富的水汽输送，而从北面有冷空气南下，两股势力交绥，在气旋附近会形成强烈的辐合上升运动，有利于降水的形成。

我们可以很明显的看出来实测风涡度和地转风涡度有着不同，从图1,2来看，实测风涡度中心明显且集中，而地转风涡度则相对比较零乱，中心不明显。究其原因，由于地转风涡度计算时，是把大气运动情况已经视为地转了，而真实大气不可能完全的地转，经常是存在在地转偏差的，这样，一个是根据实际风场来计算，而一个是由高度场来算的，这样两者自然会存在一些不同。

图8:19日20时850hPa散度和300hPa散度

对流运动得以形成，主要要归功于垂直运动的产生，而我们可以通过散度来衡量大气的垂直运动情况。通过对高低层散度的分析，可以看出来，在降水区多是低层辐