iceperple
荣誉会员-暖池
荣誉会员-暖池
  • 注册日期2009-09-18
  • 最后登录2018-08-20
  • 粉丝300
  • 关注160
  • 发帖数7525
  • 来自
阅读:15508回复:69

【完成】如何分析3~15天环流

楼主#
更多 发布于:2011-04-30 21:00
在看天气图之前,首先要知道什么是天气图。就目前业余气象界常用的天气图图来说,中短期(3~15天)环流分析主要使用各层面的等高线图,且随着分析时间的延长向着更高层面和更大的显示范围发展,譬如说分析3天环流时需要用到的近地面、850hPa700hPa就一般不在半月分析的考虑范围内,而半月分析中非常常见的200hPa100hPa70/50hPa则很少出现在以3天为目标的分析中。
 
那么什么叫等高线图?想来大家都对等压线图有所了解了吧,它描述的是同一海拔平面上气压的分布,现在我们把这两个概念换一下就成了等高线图了:同一气压在各个地区所对应的高度。说到底,这两种图是基本上没有区别的,只是等高线表达的等压面的状态,考虑到一些垂直输送问题比较方便而已,但请注意,等高线所谓的的高度并不是日常用的海拔高度,而是位势高度,不过在对流层内这两个值基本上是一样的,初等分析无需弄懂这个区别。
 
等高线图上除了等高线,还会有什么东西呢?一般来说,对应气压面的温度数据构成的等温线是必不可少的,其他的则一般根据需要填图,譬如局地变压变高、K(沙)指数、Think1000-500,涡度(平流)等,另外在正式的天气图上会看到各个测站的原始数据填图,不过在业余爱好者的分析中,除非是超低层面(850hPa以下),不然这是不需要的。
 
在弄懂了天气图上都是些什么线条以后,需要了解的就是各个天气系统在图上的表现特征。这里主要介绍对流层关键层(500200)的大型天气系统。
 



1、极涡、冷涡:
极涡全称极地涡旋,是常年盘踞在两极极地的一种气旋性冷性低涡,其内部充斥着从上平流层到地面强大而寒冷的下沉气流,是三圈环流中极地Hadley的下沉支主体部分。在对流层天气图上,除了近地面有时有孱弱的冷高压外,其余层面极涡都表现为一个低压冷心系统,位置通常位于75°以北,也即北冰洋/南极大陆上空,偶尔极涡也会南下至60~70°附近,此时称谓极涡南下,一般来说极涡南下时极地都会有高压脊/单体出现,称为极高(极地高压)。
 
极涡的强度有着明显的季节变化和年纪变化,夏季最弱冬季最强,北半球气候平均的冬季极涡500位势可以达到4850gpm(位势单位,对流层内近似于m)左右,极端最低可以突破4700gpm,而冷心则一般保持在-40℃以下,偶尔出现接近-60℃的极寒。极涡的年纪变化主要是其他气候系统的反馈作用形成的,譬如西风带经向活跃年极涡强度就会偏低而温度偏暖,同时更容易南下一些,一般来说这是Lanina年常见的情况,但无论是什么强迫,南半球的极涡都会强于北半球对应季节的极涡系统,这是因为南半球海陆分布更简单,热涡输送更弱些、规则些而已。
 
当极涡南下发展到一定程度时,极地附近的高层寒冷下沉气流无法再汇入,则可能会在极区重新构架一个新的冷心低涡,此时称新极涡为极涡,而老极涡称为冷涡或者极涡切断(有区别但初级分析时不重要),总的过程成为极涡重建或者极涡更替,这是中纬度地区寒潮爆发的最大原因。一般来说冷涡的强度弱于极涡,所处的位置则比极涡更靠近赤道,他们所具有的共同特征是强度在对流层内随着高度的升高而增强(但温度不是,因为近地面温度分布非常复杂)、系统内部有着非常寒冷的气团,区别在于冷涡的底层冷高压强度通常比极涡要强大得多,而且冷涡的生命周期更短,一般在一周左右(极涡是常年存在的)。冷涡和极涡的区别主要是由于其垂直特性导致的,极涡在理论上说仍然属于相当正压系统的范畴内,而冷涡则是标标准准的斜压系统,垂直结构上极涡中心的气流输送是铅直的,而冷涡则随高度倾斜着,倾斜的方向决定了冷涡的生命里程数。
 
2、西风槽脊、阻塞高压脊、切断低压:
西风带是常年绕地球运行的中纬度西风的统称,它贯穿整个对流层,其向极一侧是极地涡旋,向赤一侧是热带Hadley环流,由于这种巨大的温度梯度对比,西风带呈现出非常明显的斜压机构,而且在西风带北缘的所谓极锋西风(北支西风)更为明显。
 
西风带的形成主要是由于地转风的因素释然,赤道地区强烈的太阳照射使得其常年作为行星级热源存在,强烈的抬升气流造就了赤道复合带(ITCZ),这是Hadley环流的上升支,其中的气流的强烈抬升使得赤道对流层层顶的高度非常高,一般在17~18km左右,于是在高空形成了一个水平面上的高压系统,所以在近赤道地区有向极的辐散风存在,他们在科氏力的作用下不断向东偏转,最后形成30°附近的副热带西风。而极地附近来自上层大气的强烈下沉寒冷气流使得极地地区的对流层顶高度异常低,通常只有7~8km左右,所以相对的亚极地、温带地区的对流层顶就高了(但仍远小于副热带),极地Hadley环流中的绕极涡西风气流就是这么形成的,但这还不是西风带。实际意义上的西风带是位于三圈环流中的中纬度高空东风带(低空西风带)上的,这种违背经典三圈环流模型的事实主要由于副热带和温带强烈的高空气压差导致的,副热带地区继承赤道来的气流,对流顶高,则温带则是来自极地的寒冷气流,对流顶比较低,两者一比较就形成了同一水平面上30~60°之间强烈的经向气压对比,其后果是强烈的地转风因素硬生生将高空东风逆转为实际观测中的高空西风,也就是西风带。
 
那么有人会问了,西风带中的槽脊,以及南北支西风由有什么差别呢?其实南北支西风的成因还不相同,南支西风是因为由赤道Hadley环流高空向极气流带来多余的西风动量和温带来的向赤气流气流合并(详见中学地理三圈环流的介绍),形成了强烈的南支西风急流。而北支则是由于热成风因素导致的,副热带高压在底层是强烈的高压辐散气流,其向北的一支和极地南下的气流在温带会合并,这两支气流有非常强烈的温度对比,所以会合抬升后依然会在其北侧保持冷的性质而南侧则是暖的特征,由于气体受热膨胀,所以抬升气流南侧的气柱要比北侧的气流对应的气柱在等压面上所处的高度高上许多,这种效应是随着高度的增加而增强的,到了对流层顶部的位置经向气压差是如此的巨大,以至于直接由地转风形成了急流,也就是西风北支急流。
 
西风带中的槽脊,其实在形成原因上和角动量输送有关。由于科氏力参数是纬度的cos函数,所以不同的纬度上的不同科氏力会导致行星波(Rossby波),它表现为一种经向速度分量震荡叠加在纬向的西风上,由此形成了西风带的槽脊结构,也就是西风波动,一般将向赤延伸的西风定义为槽,对应的脊为向极延伸。西风的槽脊不仅如此,由于热成风导致的强烈垂直风切变,会引起****对流层内的大范围垂直对流,也就是说以西风带做纬圈垂直剖面的话,垂直气流将呈现出下沉-上升交替的特征,一般的说来上升气流出现在槽前脊后,下沉气流则出现在脊前槽后,前者对应的冷高压,后者则常常表现为温带气旋,又称斜压气旋。反过来,温带气旋前部的暖平流指向极地,这里高空正好是西风脊位的后侧,而冷高压前部盛行北风冷平流,对应于高空的西风槽位的后部,这样高空和低空间形成正反馈,维持了西风带的稳定。
 
说道阻塞高压和切断低压,其实他们都是西风波动强烈发展的结果。当一些外界因素导致低空温差平流强烈发展时,温带气旋强烈发展,强烈的抬升气流会引起高空风场出现对应的气旋性变化,最终引导槽区的南部切断出来,形成一个闭合的气旋式环流,这就是切断低压。阻塞高压和切断低压拥有相似的发展过程,而且阻塞高压和切断低压经常是相伴出现的,他们的出现代表了强烈的西风经向活动,通常预示着低空强烈的天气系统活动。
 
西风带槽脊的生命历程,一般来说有出现、发展、巅峰和消亡几个阶段——听起来很无语是不是,事实上判断一个槽的发展状态也简单。对于一个刚刚出现的西风槽,一般的其潜力和其后侧的温度核心以及所处的纬度有关,譬如对于槽来说冷心越冷、纬度越北就越有前途,脊则相反(但注意纬度不能偏差太大)。发展中的西风槽一般都体现出正斜槽的性质——气旋轴心随高度向西倾斜,而温度轴心随高度向东倾斜,最大发展时槽前脊后正对着低空的气旋低压,脊前槽后则正对低空的冷高压,也即上下相差1/4个波长。一般发展中的槽脊在等高图上由开口端向尖端都是向西倾斜的,等到什么时候温度场和高度场基本重合时,槽脊就达到了其巅峰强度,当然还有一种判断方式是相对涡度的应用,一般来说相对涡度极值开始转移到槽前脊前的时候就是巅峰的时候。巅峰期过后就是减弱期,体现为西风气流向纬向状态过度,槽脊振幅减弱,温度场切断或消失。
 
3、超长波、长波、短波
这三种波动是西风带Rossby波的分类,是按照波长分的。一般来说全球波数1~3的为长波,波长通常都大于6000km,而2000~6000km则为长波,全球波数为4~8,波长更短的就是短波了,没办法用全球波数来区分。超长波和长波都是常年存在的波动,它是由海陆分布因素决定的,特别是一些超长波,在年代纪变化上也只是有着东西十几个经度的变化而已,它们太稳定太庞大了,是整个中纬度西风带波动的大背景,是足以睥睨ENSO环流的系统!而长波和短波则是真正在环流分析中所需要的,其中长波决定着3天以上的天气演变,而短波则对于短期的天气系统有很大的影响。
 
区分长波和短波是比较困难的,特别是在经向环流盛行的时期或者波动本身是初生期。一般来说对于我们业余气象爱好者,只需要注意波动发源的位置,一下给出几个参考:
长波槽常出现的位置:
发源:新地岛附近、远东地区、加拿大西北行省和育空行省附近、格陵兰岛地区
巅峰:中欧东欧、里海乌拉尔山以东、贝加尔湖附近、北太平洋白令海、北美大陆东北部
长波脊常出现的位置:
发源:南欧到西亚、日本以东的西北太平洋、东北太平洋温带地区、百慕大以东的大西洋
巅峰:乌拉尔山、贝加尔湖、鄂霍次克海、东太平洋阿拉斯加、冰岛附近
 
可以看出,长波槽脊分布基本和超长波的分布是重合的,一般的都可以将这些地区以外的波动归为短波会其它类型的东西(切低、高空冷涡等),然后再稍微注意一下南支和北支的区别以及状态,就算到家了。
 
扯了这么多****的天气系统,也不知道各位搞明白没有……
 
关于怎么把各种系统联立起来分析,明天再写吧……

喜欢48 评分0
自称万物之灵的人类之于自然,到底是怎样一种渺小的存在呢?
iceperple
荣誉会员-暖池
荣誉会员-暖池
  • 注册日期2009-09-18
  • 最后登录2018-08-20
  • 粉丝300
  • 关注160
  • 发帖数7525
  • 来自
1楼#
发布于:2011-05-01 13:13
好吧,今天接着说怎么把天气图转化为一个个的系统……在这之前,把分析过的一张图贴上来,就是今天的……
  

图片:500.gif




1、读图
读图是最简单的一个步骤,以500hPa的半球天气图为例。首先看的应该是几个气候平均槽脊的位置以及极涡的位置,譬如对于北半球就应该看冰洋的极涡,东亚东北亚、北美东北部以及欧洲中部的槽区,脊区则主要是乌拉尔山、东太平洋和北大西洋。分析这些气候平均区的作用是判断整个环流的状态,如果这些地区单体的低压和高压比较多,或者大槽大脊比较多,就说明了西风的状态是经向活跃的,反之则是纬向的,两者分别对应于纬向风和经向风的变化。
 
读完了正常地区,就要读那些异常的槽脊了,通常异常槽脊的分布都会比较明显,特点比较大的譬如像乌拉尔山以东的槽位、勘察加的脊位等,这些异常槽脊的分布将会是判断整个环流动态变化的一个参考因子,通过它们能够基本判断出一个气候平均槽是将减弱、增强、东移还是西移等等。
 
从图上读出这些东西以后,就要准备拿起纸和笔了,画图吧。
2、作图
作图的目的很简单,将风场中重要的几个部分画在图上以和等高线图作出对比。一般来说作图阶段最关键的是作出两支西风急流的位置,其次则是槽线和脊线的位置(需要温度场配合的才算),最后则是标出****的阻塞高压体和切断低压体,当然还有极涡的位置。
 
对于西风急流的判断,南支相对简单些,在25°~35°之间找到200hPa上等高线相对密集的区域标出就行了,南支上很少会出现振幅极大的槽脊系统,其波形是很规则的。极锋急流才是真正难以判断的,虽然说通过密集的等高线也能判断出其位置,但由于北支强烈的经向波动,这不总是适用的。对于初级分析,个人比较推荐怀俄明大学的天气图,在高层天气图上他们用阴影区标出了两支急流的位置,一开始的时候可以借助其来判断,经过几十次的磨练以后就可以自行在其他天气图上找到准确的急流位置了。
 
3、分析

终于讲到分析了……分析是整个过程中最重要的一环,在之前的文章中我们已经讲解了中纬度的各种大型天气系统,现在要做的就是将这些看似孤立的一个个系统都连接起来,形成一个整体,一个环绕地球运行的动态模型。
 
分析环流的第一步,其实隐藏在第二步作图中——在绘制西风急流的时候,我们已经将两支急流标绘出来,他们的流线波动其实就是西风波动的代表,相当的准确。在阅读这两组流线时,首先需要注意南北支波动的相位,槽脊的波动通常尊崇如下规律:
1)长波规则分布:
所谓规则,就是指每个相隔槽脊之间的距离是接近稳定的,当存在一个区域有异常波动(扰动)的时候,通常都会出现波的合并和替代、消散等,其中比较大的扰动会导致全球波列结构的调整,此时就会发生所谓的长波后退、更新等等。
2)波动叠加原则:
波动叠加指的是同流线上不同波长的波动互相叠加造成的现象,譬如在一个大横槽(长波槽线呈准纬向分布)上常常出现好多的短波波动并进而影响局地短期天气。波动的叠加是线性叠加,长短波间一般互不干扰。
3)南北支互相影响:
这是南北支之间互相影响的关键在于长波的波动,由于北支的槽脊活动要比南支快得多也频繁的多,所以南北支之间在同一经度上同相位、异相位的叠加状态会交替出现,一般管前者叫同相叠加,后者就对应的是异向叠加,同相叠加有利于两个系统的发展,而异相则会引起双双减弱,这是一般规律。还有一种需要注意的是异向叠加时北支如果有很强外援强迫或者正处于长波置换过程中,则在南支的****下将会出现各种异常的情况,譬如大槽分裂,譬如横槽转竖(上下游效应+叠加)……
 
4、时间延伸与层面对应
时间延伸,业余气象爱好者用的最多的方法是经验预报(趋势预报),也就是用历史同期资料求得的系统平均移动规律去加上一些外源因子的影响以达到预报的目的。这种预报方式在5天以内通常是有效的,5日以后则准确率大幅度下降。
 
应用时间延伸,关键在于判断哪几个系统是有温压场支持的(或者外源支持),通过以这些系统作为基准因子进行推算,然后判断出其他的几个系统将会如何演变,一般西风带中的长波北支的置换周期约在7~12天左右,当然这是平均情况。南支波动的移动周期则慢得多,从几天到几周的都层出现过,一般认为在半月左右会有一个周期。
 
判断完中上对流层的环流,接下来就要对应到我们切身感受到的底层了,它同样遵守如下几个规则:
1)斜压对应原则:
前文中说过,西风带,尤其是北支西风急流,是非常强的斜压结构,所以在中低层对应的时候需要根据高空槽脊的状态调整对应时近地面系统的位置和强度,这个具体的度只能在多次的实践中自己摸索了。
2)近地面摩擦:
近地面由于摩擦的关系,并不像****大气中那样是近似的地转风,摩擦力会导致实际的风向偏离地转风而指向低压一侧,Ekman曾经的研究表明这种摩擦效应会随着高度的增大而减小,特点为贴地层风速小偏离地转风的角度也大,而随着高度的增加,风速会增加同时风向趋向于地转风向,在850hPa层面以上则可以认为是进入了****大气,摩擦作用不再重要。
3)多系统的共同作用:
多系统的组合指的是在地面上不同系统间的特殊作用,譬如冬季连续两拨冷高压中间会有强烈的切变,譬如春夏副高西北侧气流和西南低空急流回合时会产生强烈的气旋性切变导致明显的降水。
4)其他因素:
其他因素包括准双周震荡、热带季节内震荡等,在中期预报中才需要考量。
 
 
好了,就写这些吧……

自称万物之灵的人类之于自然,到底是怎样一种渺小的存在呢?
回复(0) 喜欢(3)     评分
小蜗牛风迷
论坛版主-副热带高压
论坛版主-副热带高压
  • 注册日期2009-09-21
  • 最后登录2018-08-20
  • 粉丝288
  • 关注59
  • 发帖数9202
  • 来自
2楼#
发布于:2011-05-01 13:30
能有一些例题吗?能让我们理解得更深刻一点……


帖子中所引用图片的所有行政区界和预报数据均以官方为准,机构预报图片仅供交流学习之用。
回复(0) 喜欢(1)     评分
iceperple
荣誉会员-暖池
荣誉会员-暖池
  • 注册日期2009-09-18
  • 最后登录2018-08-20
  • 粉丝300
  • 关注160
  • 发帖数7525
  • 来自
3楼#
发布于:2011-05-01 19:10
习题……其实就是一个分析……
测验题只有一题,一个分析:

以下是2011年5月1日00UTC的KMA天气图,请试分析7天以内的动态,并简述该时刻和24小时后的东亚地面形式。

图片

自称万物之灵的人类之于自然,到底是怎样一种渺小的存在呢?
回复(0) 喜欢(1)     评分
小蜗牛风迷
论坛版主-副热带高压
论坛版主-副热带高压
  • 注册日期2009-09-21
  • 最后登录2018-08-20
  • 粉丝288
  • 关注59
  • 发帖数9202
  • 来自
4楼#
发布于:2011-05-01 20:45
能图解一下西风带吗


帖子中所引用图片的所有行政区界和预报数据均以官方为准,机构预报图片仅供交流学习之用。
回复(0) 喜欢(0)     评分
iceperple
荣誉会员-暖池
荣誉会员-暖池
  • 注册日期2009-09-18
  • 最后登录2018-08-20
  • 粉丝300
  • 关注160
  • 发帖数7525
  • 来自
5楼#
发布于:2011-05-01 21:08
分析案例
瀵逛笉璧!鎮ㄦ病鏈夌櫥褰,璇峰厛鐧诲綍璁哄潧.
自称万物之灵的人类之于自然,到底是怎样一种渺小的存在呢?
回复(2) 喜欢(0)     评分
芏℃killer
超强台风
超强台风
  • 注册日期2010-04-17
  • 最后登录2013-05-08
  • 粉丝85
  • 关注47
  • 发帖数6264
  • 来自
6楼#
发布于:2011-05-01 21:15
回 4楼(小蜗牛风迷) 的帖子
哦……简单画了一张,蓝色表示相对冷流,红色表示相对暖流,注意亚寒带抬升的虽然都是相对暖流,但还是有明显温差的。

另外粉色的是对流层顶
南印度洋温带气旋110902SI01:EC:<940,GFS:923.9!
http://forum.typhoon.gov.cn/read.php?tid=44978
回复(0) 喜欢(0)     评分
小蜗牛风迷
论坛版主-副热带高压
论坛版主-副热带高压
  • 注册日期2009-09-21
  • 最后登录2018-08-20
  • 粉丝288
  • 关注59
  • 发帖数9202
  • 来自
7楼#
发布于:2011-05-02 07:14
同向叠加,异向叠加求解析


帖子中所引用图片的所有行政区界和预报数据均以官方为准,机构预报图片仅供交流学习之用。
回复(0) 喜欢(0)     评分
芏℃killer
超强台风
超强台风
  • 注册日期2010-04-17
  • 最后登录2013-05-08
  • 粉丝85
  • 关注47
  • 发帖数6264
  • 来自
8楼#
发布于:2011-05-02 13:06
回 7楼(小蜗牛风迷) 的帖子
圆滑处理,就是流线不要有直角就OK了……
南印度洋温带气旋110902SI01:EC:<940,GFS:923.9!
http://forum.typhoon.gov.cn/read.php?tid=44978
回复(0) 喜欢(0)     评分
芏℃killer
超强台风
超强台风
  • 注册日期2010-04-17
  • 最后登录2013-05-08
  • 粉丝85
  • 关注47
  • 发帖数6264
  • 来自
9楼#
发布于:2011-05-02 13:07
回 8楼(小蜗牛风迷) 的帖子
南北支在一个同一个经度上都是槽/脊就是同相,反之异相。

这是理想状态,事实上相位总会有一点点差别,一般北支可以被南支的相位略落后一点。
南印度洋温带气旋110902SI01:EC:<940,GFS:923.9!
http://forum.typhoon.gov.cn/read.php?tid=44978
回复(0) 喜欢(0)     评分
上一页
游客

返回顶部