Skip to content

阅读探空与垂直结构 ​

先修:水汽与露点、上升空气、稳定度、观测。

天气不仅在地图上,也在地图上方 ​

探空(sounding)展示温度、湿度和风随高度或气压变化的垂直剖面(vertical profile)。观测探空来自气球等仪器;模式探空则由预报或分析网格提取。两者画法可以相似,但来源、时刻和分辨率必须写清。

先用普通的温度—高度图建立直觉。温度T与露点Td越接近,通常表示相对湿度越高;明显分开则较干。它们靠近的层次可提示湿层,但确认云还需要结合传感器、云水和环境信息。

合成温度与露点剖面,标出近地湿层、逆温与高处干层

在曲线上找三件事 ​

第一,温度是否随高度下降,下降多快。逆温(temperature inversion)指某段高度内温度反而随高度上升,常限制近地层混合;不能因为图上有逆温就认为整层绝对没有任何上升运动。

第二,湿层有多厚。地面很潮湿但上方很干,与从地面延伸到较高处的深厚湿层,对云和对流意味着不同条件。

第三,风速和风向怎样随高度改变。风切变影响输送、湍流和风暴组织;风的来向表示法与向量分量记法不能混淆。气球会随风漂移,特别强的局地边界附近,一条廓线也未必代表整片区域。NWS 探空观测

手算一层递减率 ​

下表为合成剖面,几何高度相对本例近海平面地面;所有温度单位为°C,不是同一时刻的真实测站资料。

高度 km温度T露点Td初步解释
02620较湿近地层
1.02018较接近饱和
1.5229暖而干的盖帽层
3.0104温度再次下降
5.5−5−12较冷且未饱和

0–1 km的环境温度递减率为 (26−20)/1=6°C/km。1–1.5 km温度增加2°C,所以是逆温层。比较气块与环境时,应沿所选择气块的干或湿绝热路径计算,不能只拿全层平均递减率替代每一层的结构。

再进入 Skew-T ​

斜温—对数气压图(Skew-T log-P diagram)把温度轴倾斜、气压轴按对数安排,方便同时画等温线、等压线、干绝热线、湿绝热线和混合比线。向上通常气压降低;等温线倾斜,温度数值不能照普通图的水平坐标直接读取。

初学先辨认T、Td和气压,再根据图例追踪一条气块路径:未饱和上升阶段沿干绝热近似,到抬升凝结高度(lifting condensation level,LCL)后改用饱和路径。LCL是理想气块计算的凝结起点,不保证等于实际最低云底。CAPE/CIN还依赖起始气块、湿度处理与积分范围。NOAA Skew-T 图

若要比较两次探空,还要匹配观测来源和时刻,并考虑空气团平流与昼夜变化,不能默认曲线差异全部来自同一柱空气的加热。

常见误解与自检 ​

仪器异常也会造成尖锐跳变,不能把每根锯齿都解释为真实薄层。需要检查质量标志和邻近资料。NWS 探空误差案例

自检: 表中地面26°C能否直接证明空气能持续上升到5.5 km?

展开答案

不能。上升气块自身也会冷却,需要逐高度比较其浮力,考虑盖帽、夹卷和起始湿度。1–1.5 km的逆温正提醒我们:地面热不等于没有抑制。

气象学 · 数学基础 · 地理可视化