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大气层结分析（T-logP图） 　　陶祖钰 郑永光　　　　原稿 北京大学物理学院 国家气象中心 魏鸣 改编 南京信息工程大学 2010年4月 　 主要内容　 １　目的意义 ２　 T-logP图的基本构造和性质 3 　T-logP图的分析和应用 4　 思考题 １　目的意义 为什么要学习T-logP图的分析？ T-logP图—大气层结分析：垂直剖面的大气热力学分析　　 目的：　 预报对流性天气 分析锋面、气团、对流层顶、垂直运动、行星边界层等 实例：北京“05_531”强冰雹 新闻报道 时间——下午2点30分和傍晚19点 地点——门头沟至京南的方庄小区，由西北向东南形成了一个冰雹链。城区南部和东部（门头沟、石景山、丰台、宣武、崇文、朝阳的部分地区），宣武区最严重。 大小——亦庄 “巨型冰雹”，乒乓球大小，个别的有“拳头”大小；李先生看到直径达15厘米的巨型冰雹。海淀区羊坊店直径有3厘米；永定门西街冰雹有大杏大小 最大的冰雹如鸡蛋大小。 20年来最猛烈；持续时间只有5分钟左右。 1969年，北京遭遇过一次严重的冰雹袭击； 80年代也有一场强冰雹袭击北京 （不确切的记忆：白石桥，雷击死亡，云图上突然出现的粒状对流！） 冰雹前1小时 发展迅速的锋前 粒状对流 （尺度很小） 蓝线：气块温度， 红线：环境温度 所以： 对流天气预报的关键： 大气层结是否具备静力不稳定条件？ T-logP图（温熵图）是分析大气层结的基本工具（也写为：T-lnP） T-logP图的基本构造和性质 T-logP图上的两种线： 层结曲线和过程曲线 温度廓线、露点廓线——观测到的温度和露点随高度的分布，揭示环境大气的温湿特征（客观事实）； 层结曲线也称为“环境曲线”。 过程曲线——假设地面气块在上升过程中，如果与外界没有热量交换，气块温度随高度的变化曲线。 过程曲线也称为“状态曲线”，揭示气块的状态变化。 T-logP图的基本构造和性质（1） 1等温线——竖直线 2 等压线（等高线）——横线 3 等位温线——黄斜线 （ ?=?(t,p)，干绝热过程曲线，位温守恒，可逆） 4 等饱和比湿线——实绿线 （qs=qs(p,t),干绝热过程中比湿也守恒，1kg湿空气中的水汽质量：g/kg） 5 等相当位温线——虚绿线 （ ?e=?e(q,t,p) ，湿绝热过程曲线， ?e=常数，不可逆， 夏季?e ?，冬季?e = ? ） T-logP图： 温度—对数压力图 T-logP图的基本构造和性质（2） 干绝热递减率γd，γd =9.8 0C / km 湿绝热递减率γm，γm~ 5 0C / km（4.9-5.5 0C / km ） 大气的一般绝热递减率γ=6.5 0C / km（请思考为什么？） 性质： 干绝热递减率γd大于湿绝热递减率γm 温度越高、比湿越大，湿绝热递减率越小 温度越低、比湿越小，湿绝热递减率接近干绝热递减率γm = 9.8 C / km（两线趋于平行） 气块过程曲线 干绝热线 3种过程及其曲线(干绝热线、湿绝热线、等比湿线） 过程曲线：气块在垂直位移过程中气块状态(p,T,Td)的变化曲线 绝对干的空气块，上升和下沉温度随气压的变化都沿干绝热线； 湿空气块的上升，未饱和时温度沿干绝热线变化，比湿沿等比湿线不变；饱和后，沿湿绝热线变化； 湿空气块下沉，饱和、未饱和，均沿干绝热线变化 ； 未饱和时露点温度沿等比湿线变化（露点的垂直递减率很小） 静力不稳定 静力平衡：浮力（垂直气压梯度力）和重力 “稳定”与“不稳定”：偏离后能自动回复到平衡位置为稳定，反之为不稳定（既可向上偏离，也可向下偏离）。 方法：比较气块温度与环境温度，气块热则浮力上升，反之下沉。 对饱和湿空气向上不稳定的大气层结，但向下时是稳定的（如凝结物没有蒸发等） 静力不稳定是发生对流的必要条件 绝对不稳定（干空气块） ? ? d 条件性不稳定（湿空气块） ? m ? ? d（常态） 若垂直运动强，气块抬升到自由对流高度以上，出现重力不稳定 若垂直运动弱，继续保持原有层结，不显示其不稳定 真潜不稳定 CAPE CIN （正面积负面积） （对流有效位能）静力不稳定能量 对流性不稳定（上干下湿气层）判据： ?e,上 ?e,下 （d?e /dz