內容簡介
溫度對數壓力圖(T-lgpdiagram)。一種由溫度和對數氣壓組成的具有正交或斜交坐標的熱力學圖解。我國普遍採用正交坐標系,,縱坐標為對數氣壓。圖的面積表示能量,1平方厘米的面積表示4.5J/kg的能量,因而它也是一種能量圖解。用它可以進行大氣狀態的溫濕特徵量、氣層厚度、不穩定能量及特徵高度的計算,是氣象台站常用的一種輔助圖表。溫度對數壓力天氣圖的結構
(一)坐標溫度對數壓力圖的橫坐標是溫度( T ),以攝氏度(℃)為單位,每隔 10 ℃ 標出度數值,從圖左端一 85 ℃ ( 188K )起向右遞增,直至 40 ℃ ( 313K );縱坐標是氣壓(對數標尺),以百帕為單位,從基準線 1000 百帕向上遞減,至 200 百帕,而不是零百帕。這是由於當 P 趨近於零時,— lnP 趨近於無窮大,因而縱坐標的設計不能取 P=0 (見圖 7-1 )。
日常工作中使用的氣壓值通常是 1050 百帕到 50 百帕之間。為了使用方便,圖形又不過大,根據對數原理,圖上氣壓值從 1000 ( 5 X 200 )百帕到 200 百帕間的坐標距離和氣壓值自 250 ( 5 X 50 )百帕到 50 百帕間的坐標距離一樣,都是等於 ln5 單位,因而,設計的縱坐標從下部的 1050 百帕到頂部 200 百帕。當氣壓值低於 200 百帕時,可重複使用 1000 百帕至 200 百帕間氣壓坐標,即把原來的 1000 百帕當作 250 百帕, 200 百帕當作 50 百帕使用。為此,縱坐標的左側除標註 1000 、 900 、… 200 百帕氣壓數據外,右側還標註一排相對應的括弧內氣壓數值,即( 250 )、( 200 )、…( 50 )。
(二)基本線條
1 .等溫線:平行於縱坐標的等距離的黃色直線 ① ,每隔 1 ℃ 一條線,每隔 10 ℃ 標出溫度數值,其中大字型為攝氏溫度 ( ℃ ) ,小字型為絕對溫度( K )。
2 .等壓線:平行於橫坐標的以氣壓對數值為間隔的黃色直線,從 1050 百帕到 200 百帕之間,每隔 10 百帕一條線,圖左右兩側每隔 100 百帕標出氣壓數值。
3. 乾絕熱線:又稱等位溫線,是自圖右下方向左上方傾斜的黃色實線,線上每隔 10 ℃ 標出位溫( q )數值。當氣壓值低於 200 百帕時,位溫使用括弧內數值。
4 .溫絕熱線:又稱等假相當位溫線,是自圖右下方向左上方傾斜的綠色虛線。線上每隔 10 ℃ 標出假相當位溫數值。
5 .等飽和比濕線:是圖上向左上方傾斜的綠色實線。每條線上都標出飽和比濕值(從左側的 0 . 01 直到右傾的 40g / kg )。氣壓低於 200 百帕時,使用括弧內數值。
①本教材插圖中黃、綠線一律用黑線表示。
溫度對數壓力圖解的套用
點繪各種曲線為了對大氣狀況進行具體分析,經常根據探空資料在圖上點繪曲線。
1. 溫度壓力曲線:簡稱溫壓曲線或層結曲線,它是把各高度上的氣壓、溫度數據用筆點繪在圖上,然後用直線連線起來的曲線。它可以反映出測站上空溫度的垂直分布狀況。
2 .露點壓力曲線:簡稱露壓曲線,是把各高度上的氣壓、露點溫度數據用筆點繪在圖上,依次把各點用虛線連線起來的曲線。它反映出測站上空水汽的垂直分布狀況。
3 .狀態曲線:從上升氣塊某溫、壓點開始,平行於乾絕熱線畫線,達到凝結高度後,再平行於濕絕熱線所畫出的曲線。它表示氣塊在絕熱過程中溫度隨高度變化的情況。
求算兩用溫濕特徵量
1. 飽和比濕( q s ):某點( A )的等飽和比濕線所對應的數值,如圖 7 - 2 中 A 點的 P=850 百帕, T= 2 5 ℃ , A 點的等飽和比濕數值為 23g /kg 。如果圖上沒有正好通過 A 點的等飽比濕線,可用內插法求得。2 .比濕( q ):通過某點( A ')對應的露點的等飽和比濕線的數值,即 A '點的實際比濕。例如,通過 B 點( P=950 百帕 T d = 0 ℃ )的等飽和比濕線的數值為 4.0g /kg ,就是 A '點的比濕。
圖 7 - 2 求比濕、飽和比濕水汽壓 圖 7 - 3 求飽和水汽壓
3. 飽和水汽壓( E ):通過某溫度( T )與 622 百帕等壓線交點 E 的等飽和比濕線數值(見圖 7-3 ),即溫度 T 時飽和水汽壓。例如, T= 7 ℃ ,等溫線與622 百帕等壓線交與 F 點,通過 F 點的等飽和比濕線的 數值為 10 ,因而 7 ℃ 時的飽和水汽壓為 10 百帕。
4. 水汽壓:通過某溫度( T )的露點 (T d ) 與 622 百帕等壓線交點 F 的等飽和比濕線的數值,就是溫度 T 時的實際水汽壓(見圖 7 - 3 )。
5 .相對濕度( f ):通常採用圖解和公式並用方法求得。例如,已知 A 點的 =850 百帕, T= 25 ℃ , T d = 17 ℃ 。先從圖 7-2 上查得實際比濕 (q) 為 14 . 2g / kg ,飽和比濕 q s 為 23 . 4g / kg 。再根據相對濕度公式
6 .位溫( q ):通過 A 點的乾絕熱線的數值,即為 A 點的位溫(見圖 7 - 4 )。
7 .凝結高度( Zc ):通過 A 點(圖 7-4 )的未飽和空氣塊沿乾絕熱線上升,直到與當時露點溫度所對應的等飽和比濕線相交,交點即是凝結高度。例如, A 點 P=850 百帕, T= 25 ℃ , T d = 17 ℃ ,沿 A 點所在的乾絕熱線上升,同時也沿 A 點的露點的等飽和比濕線上升,兩者相交於 B 點, B 點 755 百帕的高度 Zc ,即為凝結高度。
圖 7-4 求位溫和相當位溫 圖 7 - 5 求虛溫
8 .假相當位溫( q se ):先從圖 7 - 2A 點沿乾絕熱線上升到凝結高度 B 點後,再沿濕絕熱線上升,直到所含水汽全部凝結,再沿乾絕熱線下降到 1000 百帕時所具有的溫度,即 q se 。
9 .虛溫( T V ):溫度對數壓力圖的各主要等壓線( 1000 、 900 、 800 百帕等)上,有許多綠色的垂直短劃,兩個相鄰綠色短劃所跨的溫度範圍表示飽和虛溫 差△ T' V ,它是根據
而作出的。
當已知氣壓、溫度、露點或相對濕度時,即可求得虛溫。若已知 A 點氣壓( P = 920 百帕),溫度( T= 30 ℃ ),露點( T d = 21 ℃ ),通過 P 與 T d 的交點 D 沿等溫線移動,與距 D 點最近的主要等壓面相交於 E (見圖 7-5 ),則包含 E 點的兩個綠短劃所跨的溫度範圍,即為由( P 、 T )所決定的飽和虛溫差(△ T' V = 2.9 ℃ ),然後將虛溫差與 A 點溫度相加,便得到 A 點的虛溫值,即 T V = 30 ℃ + 2.9 ℃ = 32.9 ℃ 。
求不穩定能量( E )
1. 正不穩定能:指位於狀態曲線左方和層結曲線間的面積(平方厘米) X 功(我國現用溫度一對數壓力圖,圖上 1 平方厘米的面積等於 74.5 焦耳每千克的功)2 .負不穩定能:指位於狀態曲線右方和層結曲線間的面積 X 功。
分析逆溫性質
逆溫性質不同,其溫度、濕度的垂直分布狀態不同。溫度曲線隨高度向右傾斜,表示有逆溫層存在;向左傾斜表示溫度是隨高度降低的。溫度曲線垂直,表示是等溫層。1 .輻射逆溫:逆溫層下限與下墊面相接,而且厚度不大,下部溫度露點差較小。(圖 7 - 6 )
2 .平流逆溫:逆溫層下限往往離開地面而出現在空中某一高度上。逆溫層日變化不明顯。
3 .湍流逆溫:逆溫層底至地面的溫壓曲線與乾絕熱線幾乎平行,露壓曲線與等飽和比濕線近於平行。逆溫層離地面的高度隨湍流混合展的厚薄而不同。
4 .下沉逆溫:多出現在 1 — 2 公里高度上,厚度可達數百米。逆溫層頂上的溫壓曲線常有一段近似平行於絕熱線,逆溫層中的溫度露點差隨高度迅速增大。
圖 7 - 6 輻射逆溫曲線 圖 7 - 7 鋒面逆溫曲線
5 .鋒面逆溫:逆溫高度隨觀測點距鋒線的距離及鋒面坡度而定,可高可低。逆溫層內的濕度分布一般是上濕下乾(圖 7 - 7 )。