【精品】天气诊断分析8

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1、第七章若干诊断量的分析应用现代天气预报方法是以数值天气预报产品为基础，综合应用多种气彖信息和预报技术的综合预报方法。这就要求预报员不但要了解数值预报模式中所包含的基本物理过程、性能特点以及误差分布规律等，而且还耍熟悉有关诊断量的物理意义，能够借助这些天气诊断分析工具，至少是定性地理解大气中正在发生的以及数值预报所模拟的动力学、热力学过程。在实际业务工作屮，首先通过对当前天气形势的诊断分析了解天气尺度系统的现状并对英未来发展的趋势作出判断。其次，要将这些结果与数值预报进行比较分析，从而使预报员不仅可以利

2、用其主观的经验而且述能够运用客观的方法对大气中的物理过程作出独立于数值模式的判断。事实上，使用数值预报模式的经验和综合分析判断能力的高低，已经成为衡量现代预报员技术水平高低的一•个重要标志。木章介绍Q矢量分析方法，位涡思想的应用，条件性对称不稳定的分析应用以及在强对流天气分析预报屮新近引入的儿个参数。§7.1Q矢量分析垂直运动的分析判断在天气分析预报屮有着特殊重要的作用。大尺度垂直运动的分布决定了人范闲天气现象的分布，大气中发生的热量和动量的垂直输送以及位能与动能之间的相互转换等，都与垂直运动有密切的

3、关系，因而垂直运动常被作为天气系统发生和发展的一个重要指标。但是垂直运动至今无法测量，掌握它的诊断方法，对于实际天气分析和预报，特别是对于暴雨预报具有重要的意义。另外，在国家气象中心和其它主要屮心机构提供大量的定量指导性产品以及局地预报部门的计算能力不断增长的情况下，定性判断垂直运动在许多情况下仍然是十分有用的。预报员可以通过定性查看气压和温度场的结构配置，來判断预报的上升和下沉运动场是否合理。定性判断可能不如更精细的计算准确，但肯定是有用的。事实上，这种分析判断过程就是预报员制作天气预报过程中的-•

4、个重要组成部分。7.1.1Q矢量及其物理意义准地转理论为理解温带天气系统提供了重要的理论框架，其中用得最多的表达式是从位势高度场和温度场诊断垂直运动的3方程，但是如（9）式给出的＜0方程右边代表涡度平流和温度平流作用的两项常倾向于相互抵消。为避免传统方法中两项互相抵消的问题，Trcnbcrth证明了在对流层中层，当略去地转变形项后，co方程右边两项可以用热成风对涡度平流的形式表示，它与Sutcliffe在1949年提出的近似一致，Hoskins称Z为Sutcliffe方法。按照这种方法，沿热成风方向，

5、上升运动出现在正涡度中心的前方,下沉运动出现在正涡度屮心的后方。因此，利用某一层等压而图资料，即可判断该等压面上的垂直运动方向。Hoskins等人(1978)论证了在忽略了科氏参数随纬度变化这一小的作用，不考虑非绝热加热以后，3方程的右侧可以写成一种避开潜在抵消作用的形式。P坐标中不考虑磨擦项、略去垂直变化项的水平运动为：dududur30rdvdvdv丄60rr£—+M—+v—=-/«-—=-/«+///=fuaatdxdydy式中—g,将上式作待运算，得方程如下:利用地转近似得:得:9SveVdp

6、dp825w„6V+r—=-f——•Vvodpdps即:dpdxdp和理=()可dxdydpV,3xk乔丿(8厂J/C、—V•V/—6丿JCup丿(C—+V*V/G、/—6丿w丿dP8P2duadv+fi—=-f——•Vv8pdp(3)式化为:绝热的热力学方程为令，c=-(a/e)(ao/ap)"一鬻七筠一刃,。叫大气稳定度参数，再应用状态方程和静力公式PPR代入(5)式，则——+CXCO0对上式作比运算得:(d-)—+v

7、=•Vdxdxdoco8V—+=®Vdy18pao¥与(4)式'2㈣Loy[Sp))afao—+vdtgr—+v*v8tgJ^dxdp2養」dpdy05wPV+/2」=竺dpox{dpc0)6p比较可得:得:对(9)式的第一式£,第二式?相加dxdy(d2d2)fduadva)mo-1毎JdpI6xdy)+些6>=-2V>2(10)运用连续方和讐+討斜。，W：沪（皿）+.严d2cv=-2V>2(11)这一简洁形式的方程表明：当Q矢量场辐合时，垂直运动向上；当Q矢量场辐散时,垂直运动向下。这种方法称为

8、Q矢量方法，它不仅避免了传统方法中两项互相抵消的问题，而且有物理意义清楚，计算简单的特点，同时又避免了Sutcliffe方法的不足，它包括了变形项，适用于整个对流层。q矢量还可以写成：Q”nQ=RdV•vr如果天气系统很深厚，仲展到整个对流层，那末Q矢量表示了对流层低层的非地转运动的方向，并指向上升区，在对流层高层非地转运动的方向与Q矢量反向。注意到其屮i和j是沿x和y轴的单位矢量。由于x和y轴是互相正交的，而但不受其它限制,为便于理解Q矢量的物理意义