天氣預(yù)報技術(shù)與方法

1.1天氣圖分析

天氣圖是填有各地同一時間氣象觀測記錄的特種地圖，它描述了某一瞬間

某一區(qū)域的天氣狀況。天氣圖能顯示各種天氣系統(tǒng)和天氣現(xiàn)象的分布及其相

互關(guān)系，是分析判斷天氣變化、制作天氣預(yù)報的基本工具。一般分為地面天氣

圖、高空天氣圖和輔助天氣圖三類。過去天氣圖的填繪主要由手工完成，現(xiàn)在

天氣圖的繪制都是由計算機完成。目前業(yè)務(wù)上使用的MICAPS平臺能顯示常

用的各種天氣圖。

地面天氣圖反映了某區(qū)域某時刻的地面天氣系統(tǒng)和天氣狀況。一張地面圖

上用數(shù)值或符號填寫各個氣象觀測站在同一時刻的氣象要素觀測記錄.它

填有觀測時刻地面各種氣象要素和天氣現(xiàn)象，如氣溫、露點溫度、風(fēng)向、風(fēng)速、

海平面氣壓、能見度和雨、雪、霧等；還填有能反映空中大氣現(xiàn)象的一些記錄，

如總云量、低云量、低云高以及高云、中云和低云的云狀等；既有當(dāng)時的記錄，又有

一些能反映短期內(nèi)天氣演變實況的記錄，如3h變壓、過去6h內(nèi)的天氣，過去

6h降水量等。地面天氣圖是填寫氣象觀測項目最多的一種天氣圖，是天氣分析

和預(yù)報中很重要的工具。

BH

圖1.1MICAPS中地面填圖格式

地面圖主要分析海平面氣壓場（即海平面氣壓等值線），分為低壓、高壓、低

壓槽、高壓脊、鞍形氣壓場五種基本形式，任一張海平面氣壓圖都是由這五種

基本形式構(gòu)成的。

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圖1.2aMICAPS中顯示的2009年8月17日08:00500hPa天氣圖

鋒面是冷暖氣團的過渡帶，是水平溫度梯度大的區(qū)域，斜壓性強，有利于垂

直環(huán)流的發(fā)展和能量轉(zhuǎn)換，鋒面附近常有劇烈的天氣發(fā)生。鋒面是天氣預(yù)報

中重點關(guān)注的天氣系統(tǒng)之一。因此，鋒面的識別和分析是地面天氣圖分析中的

重點。根據(jù)鋒面在移動過程中冷、暖氣團所占的主、次地位，可將鋒面分為：

冷鋒、B爰鋒、準(zhǔn)靜止鋒和錮囚鋒。

⑴冷鋒：鋒面移動過程中，冷氣團起主導(dǎo)作用，推動鋒面向暖氣團一側(cè)移動，這

種鋒面稱為冷鋒。冷鋒過境后，冷氣團占據(jù)了原來暖氣團所在的位置，導(dǎo)致氣

溫下降。需要注意的是，氣團在移動過程中，由于變性程度不同，或有小股冷

空氣補充南下，在主鋒后常有副冷鋒形成，一般主鋒兩側(cè)的溫度差值較大，副

冷鋒兩側(cè)溫差較小。圖1.2a中有兩條冷鋒，一條是從低壓中心向南向西伸的氣

旋中的冷鋒，稱為主鋒；另一條是其后部補充南下冷空氣而形成的副冷鋒。

圖1.2aMICAPS中顯示的2009年8月17日08:00500hPa天氣圖

圖1.3(a)第I型冷鋒和暖鋒

El.3(c)推群止錘

圖1.3(d)冷式錮囚

圖1.3鋒附近3h變壓和雨區(qū)示意圖

業(yè)務(wù)上常用的判斷鋒面位置的方法主要有：

(1)溫度分析：鋒面兩側(cè)有明顯的溫差，冷鋒后有負(fù)變溫,而暖鋒后有正變溫。

⑵露點分析：暖空氣露點溫度較高，冷空氣露點溫度較低。在沒有降水發(fā)生的

條件下，露點溫度能較好的表達氣團的屬性，對確定鋒面的位置很有用

(3)氣壓與變壓分析：鋒面位于等壓線氣旋性曲率最大的地方，但有氣旋性

曲率處不一定有鋒面。

,

鋒面亦可和等壓線平行，但鋒面兩側(cè)等壓線的疏密對比顯著。如寒潮冷鋒附

近經(jīng)常有密集的等壓線。冷鋒后常有較強的正3h變壓，暖鋒前常有較強的負(fù)3

h變壓。

⑷風(fēng)場分析：鋒面附近有明顯的氣旋式風(fēng)向切變。

⑸云和天氣現(xiàn)象分析：一般鋒面附近有較明顯的云和降水。

（6）結(jié)合云圖等其他資料分析判斷。

氣旋是指占有三度空間的、在同一高度上中心氣壓低于四周的大尺度渦旋

,按氣旋的結(jié)構(gòu)可分為鋒面氣旋和無鋒面氣旋。這里僅對鋒面氣旋的分析以

及影響做簡要說明o在我國，典型的鋒面氣旋主要有江淮氣旋、蒙古氣旋、黃河氣

旋。

江淮氣旋

蒙古氣旋云圖

倒槽

干線

高空天氣圖也稱高空等壓面圖，常用于分析高空天氣系統(tǒng)。日常分析的高

空圖有925、850、700、500、300、200和1OOhPa等壓面圖，其高度分別約為

1500、3000、5500、9000.12000和16000m。高空圖上填有各探空站或測風(fēng)

站在該等壓面上的位勢高度（單位為位勢什米（dgpm））以及溫度、溫度露點差

、風(fēng)向風(fēng)速等。

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與地面填圖顯示一樣，也可根據(jù)不同需要，自行設(shè)置所顯示的要素和所顯示

的區(qū)域范圍。圖1.2b設(shè)置的高空圖中只顯示了風(fēng)向、風(fēng)速。

圖1.2(b)MICAPS中顯示的是2009年8月17日08:00500hPa天氣圖

分析等壓面形勢圖可以了解空間氣壓場的情況，等高線的高(低)值區(qū)對

應(yīng)空間高、低壓區(qū)，故等壓面圖上的等高線可反映高空低壓槽、高壓脊、切斷低

壓和阻塞高壓、高空低渦、副熱帶高壓等天氣系統(tǒng)的位置和影響范圍；等溫線表

示該等壓面上冷暖空氣分布，可分析出冷、暖中心和冷槽、暖脊，它們同等高

線配合，表征天氣系統(tǒng)的動力和熱力性質(zhì)；從溫度露點差可以判斷該等壓面上

相對濕度的情況，可分析出干、濕中心和濕舌、干舌，一般認(rèn)為T-Tds^C的區(qū)

域為濕區(qū)，而T-Td42℃的區(qū)域為水汽飽和區(qū)，它們通常和云、雨區(qū)相配合。利

用風(fēng)向風(fēng)速可以判斷風(fēng)的切變以及風(fēng)的輻合、輻散情況。綜合分析等高線、等

溫線以及風(fēng)場，可分析判斷冷、暖平流及強度。等高線與等溫線相交，氣流由冷

區(qū)吹向暖區(qū)，這時有冷平流，反之有暖平流。平流的強度可從以下三方面判斷：

①等高線的疏密程度，一般等高線越密，風(fēng)速越大，平流強度也越大;②等溫線的

疏密程度,等溫線越密，說明溫度梯度越大，平流強度也越大；③等高線和等

溫線交角的大小，一般交角越接近90。，平流強度越強；若等高線和等溫線平行

，則沒有明顯的溫度平流.

地面天氣圖分析一樣，分析高空天氣圖時，識別、判斷出高空影響系統(tǒng)，并正

確預(yù)測其未來的發(fā)展和變化，對準(zhǔn)確預(yù)報天氣意義重大。圖1.2b為MICAPS平

臺顯示的2009年8月17008:00500hPa圖，從圖中可以清晰的看到槽線、

切變線、副熱帶高壓、阻塞高壓、切斷低壓、高空低渦等天氣系統(tǒng)。

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橫豎槽

⑵切變線：是指風(fēng)場的不連續(xù)線，一般其兩側(cè)的風(fēng)向有明顯的氣旋式切變。

切變線附近氣壓或高度變化不明顯。偏北風(fēng)與西南風(fēng)之間的切變?yōu)槔涫角?/p>

變，常呈東北一西南向；偏東風(fēng)與偏南風(fēng)或西南風(fēng)的切變?yōu)榕角凶?，它常呈東一

西向或西北—東南走向。此外在兩高壓之間的切變稱為兩高切變，圖1.2b中在大

陸高壓與副熱帶高壓之間就有一兩高切變。切變線附近有很強的輻合，常有

降水天氣產(chǎn)生，一般降水出現(xiàn)在700hPa切變線以南、850hPa切變線以北的

區(qū)域。

切變種類

⑶副熱帶高壓

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副熱帶高壓（帶狀）

副高活動有著明顯的季節(jié)變化，一般來說，從冬到夏位置北移，強度增大；從

夏到冬，位置南撤，強度減弱。一年中北進與南撤并不是勻速行進的，而是穩(wěn)定少

變、緩慢移動與跳躍三種形式。平均而言，冬季副高脊線在15。N附近,3、4月

份開始緩慢北移，5—6月間（一般在6月中旬）出現(xiàn)第一次北跳，脊線北跳到2

0°N以北，并穩(wěn)定在20?25呱之間一個月左右。7月中旬，脊線再次北跳，

越過25。N在7月底或8月初，副高達到一年中最北位置,9月以后，副高向南撤

退。

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副高脊線（110-130°E）+我國東部各地雨季和天氣。

4-5月,15°N附近，華南進入雨季+,

6月中旬，第一次I聆20°右，江淮捌1梅雨，華南雨舞束，相對干旱。

7月上中旬，第二次1微25°即￡右Q梅雨結(jié)束，雨芾移到黃淮流域，熱帶天氣系統(tǒng)活躍

8月初［面］3535°IP華1昧北雨季，長江澈1㈱旱。

9月上旬，迅速南撤25°M雨帶曬攤河流域，華西出現(xiàn)秋雨。

9月底10月初，南撤到20°叫南。秋雨結(jié)束”

（4）阻塞高壓：在西風(fēng)帶長波槽脊的發(fā)展演變過程中，當(dāng)脊不斷北伸時，其南

部與南方暖空氣的聯(lián)系會被冷空氣所切斷，在脊的北端出現(xiàn)閉合環(huán)流，形成

孤立的暖高壓中心，叫做阻塞高壓（以下簡稱阻高）.此時西風(fēng)帶長波槽脊的

經(jīng)向度增加。

在亞洲，阻高主要出現(xiàn)在烏拉爾山、鄂霍茨克海以及貝加爾湖地區(qū)，分別稱

它們?yōu)闉趵瓲柹阶韪?、鄂霍茨克海阻高以及貝加爾湖阻高?/p>

圖1.2(b)MICAPS中顯示的是2009年8月

17日08:00500hPa天氣圖

⑸切斷低壓：是指對流層中上層出現(xiàn)的一堆孤立的冷空氣（氣壓場上表現(xiàn)為低

壓），與北方冷空氣之間被暖空氣所切斷，南北方的冷空氣只在低層連接起來

在高空圖上切斷低壓有兩種形式：一種是無顯著的阻塞高壓存在（圖1.2b中

東部海上的低壓）；另一種是與阻塞高壓同時出現(xiàn)并與之密切關(guān)聯(lián)的切斷低

壓（圖1.2b中阻高前部的低壓）。我國最常見的切斷低壓是東北冷渦o它一

年四季都可能出現(xiàn)，而以春末、夏初活動最頻繁。它的天氣特點是造成低溫和

不穩(wěn)定性的雷陣雨天氣。東北冷渦的西部，常有冷空氣不斷補充南下，在地面

圖上常表現(xiàn)為一條副冷鋒向南移動，有利于冷渦的西、西南、南至東南部發(fā)生

雷陣雨天氣，而且類似的天氣可以連續(xù)幾天地重復(fù)出現(xiàn)。

（6）高空低渦：主要介紹與我國天氣密切相關(guān)的東蒙冷渦、西南渦、西北渦。

東蒙冷渦：是指發(fā)生或經(jīng)過蒙古人民共和國中東部的冷性低渦，常形成于亞

洲高空阻塞形勢下。從春末到秋初都會出現(xiàn)，而尤以初夏為多且影響嚴(yán)重,

主要影響我國的西北、華北以及東北地區(qū)。東蒙冷渦帶來的天氣主要出現(xiàn)在冷

渦的東南方，常造成午后到傍晚的雷雨大風(fēng)、冰雹等強對流天氣，具有日變化

明顯、時間短、強度大、局部性明顯且可能持續(xù)數(shù)日等特點，個別地點降水可達

暴雨。

東蒙冷渦

西北渦：西北渦是指700hPa上，在柴達木盆地到青海湖一帶（99?105吒

34?38ON）發(fā)展東移的低渦。這種低渦原是暖性的地形低渦，當(dāng)有冷空氣入

侵，斜壓性加強，低渦開始東移，當(dāng)?shù)蜏u進入甘陜地區(qū)后，受西南氣流輸送來

的水汽影響及水汽凝結(jié)反饋作用，促使低渦進一步發(fā)展加強，并沿其前部暖

切變線東移，呈"人"字形切變線，暴雨主要產(chǎn)生在低渦前部和暖切變線上。

⑺高空急流：高空急流是指出現(xiàn)在對流層頂附近或平流層中一股強而窄的

氣流，其軸呈準(zhǔn)水平狀，急流中心最大風(fēng)速大于30m/s（圖1.5a）,與我國天氣有

密切關(guān)系的高空急流有：極鋒急流、副熱帶急流和熱帶東風(fēng)急流。

由于風(fēng)速的變化，在高空急流入口區(qū)和出口區(qū)有次級環(huán)流產(chǎn)生，在高空急流

入口區(qū)其北側(cè)有輻合下沉氣流，而南側(cè)有輻散上升氣流；而在出口區(qū)與之相

反，北側(cè)有輻散上升氣流，而南側(cè)有輻合下沉氣流。故當(dāng)高空急流與地面鋒面

同時存在時，高空急流出口區(qū)北側(cè)（或入口區(qū)南側(cè)）的冷鋒段，地面冷鋒前的上

升運動與高空急流次級環(huán)流的上升氣流疊力口，有利于災(zāi)害性對流天氣的發(fā)

展，同時由于強烈的減壓作用而促使爆發(fā)性氣旋的發(fā)展。而處于高空急流出口

區(qū)南側(cè)（或入口區(qū)北側(cè)）的冷鋒段，鋒前低層的上升運動受到高空急流次級環(huán)

流下沉支的壓制，起減弱對流天氣的作用。

⑻低空急流：是指出現(xiàn)在600hPa以下的一支風(fēng)速＞12m/s的強風(fēng)帶（圖1.5

以下的低空急流有明顯的日變化，一般在日落時開始增大，到凌

b）o850hPa

晨日出前最大。其最大風(fēng)速軸與最大水汽軸一致，因此低空急流可向北方輸送

大量的水汽。大雨或暴雨區(qū)常出現(xiàn)在急流軸的左前方。急流軸上常有風(fēng)速突然

加大的現(xiàn)象，成為風(fēng)速脈動，在風(fēng)速脈動區(qū)的下游常有較大降水發(fā)生。

圖1.52010年8月5日08:00高低空急流分布圖(a)200hPa風(fēng)場，陰影為風(fēng)速

230m/s的風(fēng)速區(qū)，箭頭為高空急流軸

圖1.52010年8月5日08:00高低空急流分布圖(b)850hPa風(fēng)場，虛線為風(fēng)速

212m/s的等風(fēng)速區(qū)，箭頭為低空急流軸

靜力學(xué)關(guān)系和熱成風(fēng)關(guān)系決定了高、低空天氣圖之間的配置,所以預(yù)報天

氣不能僅憑一張?zhí)鞖鈭D、僅分析一種天氣系統(tǒng)，而需要高低空、地面綜合分

析、考慮，且由于地形的作用，上述天氣系統(tǒng)所帶來的天氣也會發(fā)生變化，這就需

要預(yù)報員在實際工作中不斷總結(jié)、積累經(jīng)驗，才能更好地使用天氣預(yù)報圖。

T-ln-p圖是一種用來判斷測站大氣層結(jié)穩(wěn)定度、預(yù)報強對流天氣的重要

工具，是常用的一種輔助天氣圖。它是根據(jù)干空氣絕熱方程和濕空氣絕熱方程

制作的圖表，也稱絕熱圖或熱力學(xué)圖。

T-ln-p圖上點繪的曲線主要有溫度層結(jié)曲線、露點層結(jié)曲線和狀態(tài)曲線。

溫度層結(jié)曲線是由探空資料點繪出來的，表示測站上空氣溫垂直分布的情況，

也稱為環(huán)境曲線，它在各層的斜率即代表各層的實際溫度遞減率丫；露點層結(jié)

曲線也是由探空資料得到的，表示測站上空水汽垂直分布情況；狀態(tài)曲線是

指氣塊上升過程中其溫度的變化曲線，由于氣塊在水汽未飽和時按干絕熱遞

減率降溫，在飽和后按濕絕熱遞減率降溫，因此狀態(tài)曲線是由飽和點以下的干

絕熱線和飽和點以上的濕絕熱線組成。

導(dǎo)他對比4國I

露點?統(tǒng)一）

8由M涼高ULFC。，一

蛤升*tffSOUCiy

ffile2009年8月10820OOMSll

在實際大氣中,Y>Yd的絕對不穩(wěn)定情況很少，只有在晴朗的白天近地面氣

層才可出現(xiàn)；y<ym的絕對穩(wěn)定層結(jié)通常出現(xiàn)在晴朗的夜間；大多數(shù)情況為條

件不穩(wěn)定層結(jié)。

對流性不穩(wěn)定和條件性不穩(wěn)定都是潛在不穩(wěn)定，即當(dāng)氣層是穩(wěn)定的，需要

有一定的外加抬升力作為"觸發(fā)機制"，潛在的不穩(wěn)定性才能轉(zhuǎn)化成真實的不穩(wěn)

定。條件性不穩(wěn)定的實現(xiàn)只要局地的熱對流或動力因子對個別氣塊進行抬升

即可，往往造成局地性的雷雨天氣。而對流性不穩(wěn)定的實現(xiàn)要有大范圍的整層

抬升運動作為觸發(fā)機制，要有天氣系統(tǒng)的配合或大地形的作用，造成的對流

性天氣也比較劇烈，范圍也較大。

圖1.7“喇叭口”層結(jié)不穩(wěn)定實例六

（“2010年8月12日20:0054511站探空圖；6）2010年8月13日20:0054511站探空圖，

MICAPS3平臺中的右側(cè)顯示有一列物理量分析表，輸出了各種特征高度

以及熱力、動力、溫濕條件以及能量指數(shù)，這里對常用的一些特征高度和指數(shù)

的物理意義以及應(yīng)用簡要說明。

■度對敷壓力忸

平衡高度ELC>

（對流上限）；

等飽和比濕線，

自由對流高度LFC"?

對流凝結(jié)高度CCL?

-40-So-ift-lodjb20

.62009年8月10日20:0054511站探空曲線圖+,

⑴抬升凝結(jié)高度LCL:指氣塊絕熱上升達到飽和時的高度。在圖上是通過

地面溫壓點B的干絕熱線與通過地面露點A的等飽和比濕線的交點C所在的高

度為LCL（圖1.6）.超過這個高度就有水汽凝結(jié)現(xiàn)象，故LCL的高低反映了云

底的身低。

⑵自由對流高度LFC:指在條件性不穩(wěn)定氣層中，氣塊受外力抬升，由穩(wěn)定

狀態(tài)轉(zhuǎn)入不穩(wěn)定狀態(tài)的高度.圖上狀態(tài)曲線與層結(jié)曲線的由下向上的第一交

點D所在高度為LFC（圖1.6）。在此點之上氣塊的溫度大于環(huán)境溫度，故即

使不加外力，氣塊也能繼續(xù)加速上升，使對流能自由地得到發(fā)展，LFC的高

低決定了對流所需抬升力的強弱。

（3）對流凝結(jié)高度CCL:指假設(shè)地面水汽不變，而由于地面加熱作用，使層結(jié)達

到干絕熱遞減率，在這種情況下氣塊干絕熱上升達到飽和時的高度。在圖上

通過地面露點A的等飽和比濕線與層結(jié)曲線交點F的高度即為CCL（圖1.

6）。它是空氣熱對流開始凝結(jié)的高度，可用來估計氣團內(nèi)部局地?zé)釋α鳟a(chǎn)生

的對流云云底高度。

⑷對流溫度Tg：指氣塊自對流凝結(jié)高度干絕熱下降到地面時所具有的溫

度。在圖上，由F點沿干絕熱線下降到達地面時所對應(yīng)的溫度為對流溫度T

g（圖1.6）,Tg-T的大小決定著局地?zé)釋α靼l(fā)生的難易，若地面加熱使氣溫能超

過Tg,則就有發(fā)生熱對流的可能，否則將不會產(chǎn)生熱對流.

⑸對流上限：為對流所能達到的最大高度，也是經(jīng)驗云頂、平衡高度ELC。

在圖上，狀態(tài)曲線與層結(jié)曲線由下向上的第二交點E所在高度（圖1.6）。

（6）0℃層高度：指環(huán)境溫度為0℃所對應(yīng)的高度，是形成冰雹條件的一個特

征參數(shù)。一般在600hPa±下，約4km高，有利于冰雹的產(chǎn)生。

（7）沙氏指數(shù)SI:SI=T500-TS,其中T500為500hPa上的實際溫度，TS是

85OhPa等壓面上的濕空氣團沿干絕熱線上升到達凝結(jié)高度后，再沿濕絕熱

線上升至5OOhPa時所具有的氣團溫度。理論上SI負(fù)值愈大，愈有利于不穩(wěn)

定。單位：。C。據(jù)國外研究，SI與對流天氣有以下關(guān)系（《大氣科學(xué)詞典》編委

會1994）:

SI>3℃發(fā)生雷暴的可能性很小或沒有；

0℃<SI<3℃有發(fā)生陣雨的可能性；

-3℃<SI<0℃有發(fā)生雷暴的可能性；

-6℃<SI<-3℃有發(fā)生強雷暴的可能性；

SI<-6℃有發(fā)生嚴(yán)重對流天氣（如龍卷風(fēng)）的危險。

⑻K指數(shù)：K=（T850-T500）+Td850-（T-Td）700,K指數(shù)是一個經(jīng)驗指標(biāo)，它同

時反映了大氣層結(jié)穩(wěn)定度和中低層的水汽條件。一般K值越大，潛能越大，大氣

越不穩(wěn)定。單位：

（9）對流有效位能CAPE:即氣塊在給定環(huán)境中絕熱上升時的正浮力所產(chǎn)

生能量的垂直積分，是風(fēng)暴潛在強度的一個重要指標(biāo)。在圖上，CAPE正比于氣塊

上升曲線和環(huán)境溫度曲線從自由對流高度(LFC)至平衡高度(ELC)所圍成的正

面積區(qū)域。單位：J?kg-L

(10)對流抑制有效位能QNCIN正比于圖上自由對流高度下的負(fù)面積，表

示要發(fā)生對流需克服的能量。QN太大，抑制對流程度，對流不易發(fā)生；太小，

不穩(wěn)定能量不易在低層積聚，易發(fā)生不太強的對流。

在預(yù)報中除了要注意分析不穩(wěn)定層結(jié)外，還要注意分析低層的穩(wěn)定層結(jié)，

尤其要關(guān)注逆溫層、等溫層的分析。所謂逆溫是指溫度隨高度增加，按其產(chǎn)生的

原因可分為輻射逆溫、擾動逆溫、下沉逆溫和鋒面逆溫(圖1.8)。

圖1.8(a)輻射逆溫

⑴輻射逆溫：是由于地表面強烈輻射冷卻而造成的。一般厚度不大，自地面起向上

達幾十米至幾百米。逆溫層下限與下墊面接觸，濕度大，而逆溫層頂，由于穩(wěn)定層阻

礙水汽向上輸送，濕度較小。

圖1.8(b)擾動逆溫

⑵擾動逆溫：是摩擦層內(nèi)由于擾動混合作用產(chǎn)生的逆溫。其特征為逆溫層以下至地

面之間層結(jié)曲線與干絕熱線平行，水汽分布均勻；水汽從逆溫層上界開始急劇減

少；逆溫層高度大約1km以下，與摩擦層頂吻合。

圖1.8(c)下沉逆溫

⑶下沉逆溫：在整層空氣下沉?xí)r，由于氣層壓縮而形成的。其特征是在空中一定高

度上，氣溫與露點之差較大，且差值隨高度升高而增大。

圖1.8(d)鋒面逆溫

(4)鋒面逆溫：由于暖空氣凌駕于冷空氣之上而造成的。其特點是濕度與溫度同時隨

高度升高而增加。

逆溫起抑制對流發(fā)展的作用，同時也使水汽和能量在低層聚集。夏季一旦逆溫的

層結(jié)被破壞，低層的能量釋放，有利于強對流的發(fā)生。而低層逆溫也是預(yù)報大霧所要

重點考慮的因素。

1.2物理量診斷分析

物理量診斷分析是用各種實測資料和數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品，結(jié)合適當(dāng)?shù)臒崃W(xué)、

動力學(xué)診斷方程對所關(guān)心的物理量或方程中的各項進行計算，從而對天氣演

變過程中物理過程的變化和作用進行定量估計和解釋。它是揭示和加深大氣運

動內(nèi)在規(guī)律認(rèn)識的一種有效的手段,有關(guān)物理量的來源、物理意義和計算，

《天氣分析預(yù)報物理量計算基礎(chǔ)》(劉鍵文等2005)和《現(xiàn)代天氣預(yù)報技術(shù)和方法》

(章國材等2007)等有關(guān)書籍進行了詳細(xì)的介紹這里僅對9210系統(tǒng)下發(fā)的產(chǎn)品

、預(yù)報業(yè)務(wù)中常用物理量的意義以及分析應(yīng)用進行簡要說明。

主要有：比濕、相對濕度、水汽通量、水汽通量散度。

(1)比濕

q=622—

P,單位：g?kg-l,量級為100~101

比濕是指某容積中水汽質(zhì)量與同一容積中空氣的總質(zhì)量的比值，是表征空

氣濕度的主要物理量之一。由于比濕具有保守性，即空氣團發(fā)生膨脹或壓縮

時，若無水分凝結(jié)或蒸發(fā)，則其中的水汽質(zhì)量和空氣總質(zhì)量不變，也就是其比

濕保持不變。故在討論濕空氣的上升或下降過程時，常用比濕表示空氣濕度.

⑵相對濕度

RH=-xl00%

E,量級為100~102

相對濕度是空氣中實際水氣壓與當(dāng)時氣溫下的飽和水汽壓的比值，用百分

比表示。飽和水汽壓隨溫度而改變，故相對濕度的大小決定于水汽壓和溫度

的增減，由于通常水汽壓變化較氣溫變化慢，故溫度往往起主導(dǎo)作用.當(dāng)水

汽壓一定時,溫度降低則相對濕度增大，反之，相對濕度減小。霧、霜多在夜間

與清晨產(chǎn)生，就是由于溫度下降，相對濕度增大的結(jié)果。

(3)水汽通量

g,單位：g?(cnrhPa?s)-1;量級為10-2

又稱水汽輸送，一般指水平水汽通量，是單位時間內(nèi)流經(jīng)與氣流方向垂直

的單位截面的水汽克數(shù)。表征水汽來源、水汽量的大小。

(4)水汽通量散度

1

,4=方—qv

S.,單位:g?(cm2?hPa?s)-1;量級為10

7

是指大氣運動所引起的水汽集中程度。若A>0,為水汽通量輻散區(qū)，這個區(qū)

域內(nèi)水汽是減少的；若A<0,為水汽通量輻合區(qū)，水汽將增加。較大降水預(yù)報

時不僅要關(guān)注是否有很好的水汽輸送，更要關(guān)注是否有水汽輻合。特別是低層

的水汽通量輻合，對降水強度的貢獻十分明顯。

圖1.9(a)2009年8月21日08:00

700hPa水汽通量(實線)和比濕(虛線)

主要有：渦度、散度、垂直速度。

(1)渦度

渦度是一個矢量，表征流體旋轉(zhuǎn)特性，一般只計算渦度的垂直分量。

方_du

垂直相對渦度值為、改%，單位：s-1;量級為10-6-10-5

在日常分析預(yù)報中所說的渦度是指垂直相對渦度，常用它來表征系統(tǒng)的強

度。由天氣學(xué)原理知，脊區(qū)對應(yīng)有負(fù)渦度中心，槽區(qū)對應(yīng)有正渦度中心；高

層負(fù)渦度與低層正渦度相配置，常常反映有較顯著的垂直上升運動O

⑵散度

&Sy,單位：s-1;量級為10-7?10-6

是表征流體水平輻散程度的一個物理量，輻散為正、輻合為負(fù)。低層輻合、高

層輻散的配置表明存在顯著的上升運動。散度場正、負(fù)中心及其分布形勢與強

對流天氣的分布有密切關(guān)系。降水區(qū)的移向與輻合區(qū)很一致，而且中尺度輻合

區(qū)常先于降水1?2h出現(xiàn)，因此掌握中尺度散度場的變化，是預(yù)報未來短時中尺

度降水和暴雨出現(xiàn)的重要依據(jù)。

⑶垂直速度

表征大氣的垂直運動。

3=型

在(x,y,p,t)坐標(biāo)系里為dt,單位：hPa-s-1,量級為10-4-10-2

dz

W=---

田X,y,z,t)坐標(biāo)系里為dt,單位：m-s-1,量級為10-2~100

垂直運動不僅會引起水汽、熱量、動量、渦度等垂直輸送，而且由于與大氣

的絕熱變化和水平輻合輻散運動相聯(lián)，可以引起濕度、溫度、渦度的變化，對天

氣系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展有很大作用，故垂直速度是天氣分析和預(yù)報中最常用的物

理量之一。

主要有：假相當(dāng)位溫、總溫度。

⑴假相當(dāng)位溫

1000)&/%

%=7(

單位：K;量級為102

r=0.622

表達式中r為混合比,可見是溫度、氣壓、水汽含量的函

數(shù)，表示溫、壓、濕綜合的物理量，是預(yù)報業(yè)務(wù)中常用的重要物理量。在同一氣壓

條件下，8"越大空氣越暖濕，反之，空氣越干冷。850hPa的的分布e"與大小

是預(yù)報員常關(guān)注的重點。暴雨時85OhPa的值一般在330K以上.

①乜。-%浜反映大氣中層結(jié)潛在不穩(wěn)定，暴雨落區(qū)一般在0?15K之間。

⑵總溫度(TT)

直接決定大氣狀態(tài)的主要能量有：顯熱能(cpT)、潛熱能(Lq)、位能(gZ)、動能(v2

/2)?？偰芰?Et)是指上述四種能量之和，引入總溫度與其相對應(yīng)，以表征大氣

中的總能量。

TT=^-=T+^-Z+—q+—V2

CPCpCp2cp，單位：|<；量級為io2

7T

在業(yè)務(wù)中常用下式計算總溫度：=1。+%5。-27^,單位：oC;量級為1

01

其值越大，表示大氣中的總能量越大。

主要有：SI、K、CAPE(在1.1.3節(jié)中已介紹).

Ky指數(shù)，又稱山崎指數(shù)，Ky=(TA-SI)/(l+(T-Td)850),量級為100~101

其中TA為850hPa至U500hPa間的平均溫度平流，SI為沙氏指數(shù)。

該指數(shù)是根據(jù)日本氣象工作者認(rèn)為的對流發(fā)生的三個條件(大氣穩(wěn)定度、

低層水汽和上升運動)歸納而成。常用來判斷是否有可能發(fā)生大雨的物理參數(shù)，據(jù)

統(tǒng)計Ky21要注意大雨的發(fā)生;Ky22大雨發(fā)生的可能性大；Ky23大雨發(fā)生的可

能性較高；Ky25可能發(fā)生大到暴雨。

理查遜數(shù)Ri

絲/耳

edz!\dz），量級為100~102

在物理上表示大氣靜力穩(wěn)定度和動力穩(wěn)定度的綜合參數(shù)；在能量上，它可看

作氣塊浮升要消耗的能量和通過湍流從大尺度風(fēng)場能夠得到的能量之比。

dTa朋

在降水分析和預(yù)報中，以二（心為與靜力能量相當(dāng)?shù)目倻囟龋┐婕保儞Q

后：

一牌可其中喑）

其中為氣柱上、下層的總溫度差，AP為上、下層的風(fēng)速矢量差，萬為上、下層

的平均氣壓。當(dāng)上、下層取50OhPa和850hPa等壓面時，01.488,Ri數(shù)和對

流活動之間的判據(jù)為：當(dāng)Ri<-2時，有積雨云產(chǎn)生；當(dāng)Ri<-1時，有雷暴產(chǎn)生；

當(dāng)-14RE0.25時，有系統(tǒng)性對流產(chǎn)生。

主要有：溫度平流、總溫度平流、渦度平流、水汽平流，業(yè)務(wù)上最常用的是溫度

平流和渦度平流。

⑴溫度平流

，單位K.s-1;量級為10-5

溫度的冷暖平流是表明大氣斜壓性的一種度量，大尺度天氣系統(tǒng)的發(fā)生

發(fā)展均與之有關(guān)。此外預(yù)報還常關(guān)注85OhPa和500hPa溫度平流的差值，若

差值＞0,則表明低層有暖平流，高層為冷平流，有利于不穩(wěn)定層結(jié)加強，反

之，則表明低層有冷平流，高層為暖平流，不利于不穩(wěn)定層結(jié)的加強。

⑵渦度平流

一八。=Li■+v

3dx)

p，單位：s-2;量級為10-10

表征由水平風(fēng)引起的渦度輸送，其中相對渦度平流的作用是使槽脊移動。

高空槽前的正渦度平流可引起輻散，槽后的負(fù)渦度平流可引起輻合。

預(yù)報中發(fā)現(xiàn)，各種物理量在不同地區(qū)、不同季節(jié)、不同天氣系統(tǒng)、不同層次

有很大差異。以暴雨為例，表1.1為東北地區(qū)不同天氣系統(tǒng)和不同性質(zhì)暴雨時

各物理量的差異(鄭秀雅等1992)。各地預(yù)報員應(yīng)針對本地災(zāi)害性天氣具體分析

總結(jié)各物理量的應(yīng)用經(jīng)驗和指標(biāo)，以提高預(yù)報準(zhǔn)確率。

表1.1氣旋、副高后部東北地區(qū)不同性質(zhì)暴雨時的物理量比較

850hPa700hPa850hPa700hPa

物理量全風(fēng)速水汽通量垂直速度假相當(dāng)位溫

(m■s')(g/■(cm-hPa-s'1)1ff3hPa?sH(K)

系統(tǒng)

降水性^\^氣旋副高后氣旋副局后氣旋副局后氣旋副局后

區(qū)域性暴雨8101013-10-6340347

局地暴雨6767-5-4335338

1.3衛(wèi)星云圖

在日常的天氣預(yù)報業(yè)務(wù)工作中，我們每天都要用到衛(wèi)星云圖。加強衛(wèi)星資

料的應(yīng)用能力，對提高災(zāi)害性天氣預(yù)報預(yù)警準(zhǔn)確率、防災(zāi)減災(zāi)具有重大意義。

2005年6月1日我國的第一顆業(yè)務(wù)服務(wù)靜止氣象衛(wèi)星（FY-2C）正式投入業(yè)

務(wù)運行，2006年12月8日FY-2D業(yè)務(wù)衛(wèi)星又成功發(fā)射，F(xiàn)Y-2D與FY-2C共同

實現(xiàn)在軌備份，形成雙星組網(wǎng)觀測能力，形成對我國范圍內(nèi)最高15min-

次的連續(xù)觀測。同時風(fēng)云二號衛(wèi)星數(shù)據(jù)實時生成的圖像產(chǎn)品、定量產(chǎn)品，通過氣

象部門9210通信系統(tǒng)陸續(xù)分發(fā)，省地市氣象臺的預(yù)報員都可實時得到并應(yīng)用。

2009年11月FY-2E代替FY-2c業(yè)務(wù)應(yīng)用。

衛(wèi)星在10.5?12.5pm通道得到的云圖稱作紅外云圖或長波紅外云圖，這

種云圖所反映的是地面和云面的紅外輻射或亮度溫度分布。在這種云圖上，

色調(diào)越暗表示紅外輻射越大，溫度越高；色調(diào)越淺表示紅外輻射越小，溫度越

低。紅外云圖上的色調(diào)決定于物體的溫度。根據(jù)這種云圖上的色調(diào)差可以估計

地面、云面溫度的相對分布和云的相對高度。由于紅外云圖可以全天進行觀

測，在預(yù)報業(yè)務(wù)中使用頻率最高。

可見光云圖是衛(wèi)星儀器在可見光譜段測量地面、云面對太陽輻射的反射輻

射，經(jīng)過轉(zhuǎn)換得到的。其色調(diào)決定于反射太陽輻射的大小，若反射太陽輻射

大，色調(diào)就白，反之就暗。這種黑白色調(diào)與太陽天頂角和物體反照率有關(guān)?

在一定的太陽天頂角下，物體的反照率越大，其色調(diào)越白；而反照率越

小，色調(diào)就越暗。從可見光云圖上的色調(diào)可以估計反照率的大小，從而來區(qū)分

各種物體。由于云與地表間的反照率差異很大，所以在可見光云圖上很容易

將云和地表區(qū)別開。而同一目標(biāo)物其色調(diào)還與太陽高度角有關(guān)，即與衛(wèi)星觀

測的季節(jié)和每