課程名稱天氣學診斷分析
學生姓名
學號學院專業二ｏ一四年 5 月 28 日
一、實習目的
熟練使用天氣學原理和中國天氣中的知識，診斷分析常用的動力和熱力參量（渦度、散度、相對濕度、水汽通量、水汽通量散度等）。
1、學會使用fortran程式讀入有格式的資料檔案，輸出二進位制資料檔案；
2、學會使用fortran程式設計計算渦度、散度、相對濕度、水汽通量等動力和熱力參量。
3、學會使用grads讀入二進位制資料檔案，繪製等值線圖、向量圖等，並儲存。
4、掌握如何分析得到的各物理量的圖形。
二、實習要求
完成計算各物理量的fortran程式，並畫出各物理量的圖形，結合所繪出的圖形，分析這次南方氣旋形成時各要素場的配置情況，對這次降水過程進行天氣診斷分析。
三、實習內容
資料資料
1. 觀測資料：
存放在「micaps」資料夾內，裡面按不同的要素分開存放，每種要素的資料夾下有不同的等壓面層次的資料，檔名為該資料的時間：yymmddtt.000，為yy年mm月dd日tt時的資料。
資料格式說明如下：
為micaps第四類資料（格點資料）。計算範圍：東經32~160，北緯12~80，格距 4*4。所給要素為高度場，風場，溫度以及溫度**差，共11層
2. 再分析資料：
存放在「reanalysis」資料夾下：位勢高度（height.dat）、濕度（humidity.
dat）、溫度（tempe.dat r）、緯向風（u.dat）、經向風（v.
dat）為二進位制格式順序存放。
1.ctl為height.dat的格式說明檔案，其他物理量的格式相同，修改1.ctl中的檔名即可。
具體格式說明：東經32~160，北緯12~80，格距2.5*2.
5。所給要素為高度場，風場，溫度以及比濕（單位為：kg/kg），共17層，時次是2023年1月1日00時到2023年4月30日18時，每6小時一次，共480個時次。
方法說明
1. 利用所給資料（格點）和繪圖軟體繪製等高線、等壓線、等溫線，了解當時環流形勢（主要是500和850hpa）。
2. 計算渦度（實測風渦度和地轉風渦度）和散度（主要是300，500，850hpa）：計算18日08時 ，18日20時，19日08時，19日20點 ，20日08時500hpa實測風渦度平流，分析並比較實測風渦度和地轉風渦度不同的原因，分析南方氣旋發展生成的原因，以及散度高低層的配置。
繪圖： 19日20點850hpa實測風渦度和地轉風渦度以及他們的差， 19日08時，19日20點 ，20日08時500hpa實測風渦度平流。
3. 計算1000-300hpa各層水汽通量並繪圖，分析水汽通量輸送較大的層次及其水汽通量散度，指出水汽輸送通道大致範圍，並說明水汽輻合區域的位置，什麼位置有利於降水的發生，原因是什麼。比較水汽通量中水汽平流和風的散度項的大小。
繪圖：19日08點，20點，20日08點850，700，500hpa水汽通量和水汽通量散度
4. 在以上任務完成後，有時間的同學編制計算垂直速度程式並繪圖，用第二種修正方案，其中大氣層頂的垂直速度可以直接採用0，也可以用絕熱法
四、結果分析
1. 環流形勢分析
正文（宋體 ，五號）
從500hpa圖顯示150°e鄂霍次克海附近有一明顯的低壓中心，在氣旋形成之前，穩定少動，強度較強，後隨氣旋發展東移。另有一低壓中心位於烏拉爾山附近，南海上空也有一南支槽在波動。隨著烏拉爾山低槽東移發展，中緯地區及低緯地區不斷的有短波槽隨西風環流向東輸運，並最終匯入鄂霍次克海的大槽，使其強度得以維持。
19日，由於兩低形式的逼近，漸漸的在貝加爾湖東北部形成了阻塞高壓。與此同時位於華南上空有長波槽形成，西來的小槽開始在此匯集，使得其不斷發展，而高緯地區的阻高形式漸漸減弱，而且位於貝加爾湖西北的低槽漸漸南伸與華南上空的槽慢慢合併，於是南方氣旋形成。而在此後的時間。
位於鄂海的大槽也漸漸東移。圖1.500hpa高度場
850hpa圖上的情況與500hpa的大致一樣，在850hpa的圖上可以很清楚地看到西南低渦的形成及其向東推進的過程，而且在這一過程中，西南低渦不斷與北方的冷空氣合併，並向東北方向移動，最後終於在渤海灣附近形成氣旋。
圖2.850hpa高度場
2. 4月18日20點到4月20日08點的物理量圖（850hpa實測風渦度和地轉風渦度，500hpa渦度平流，850hpa水汽通量，水汽通量散度），分析系統生成和發展的原因
圖3.850hpa實測風渦度
我國東部地區正渦度中心強度加強，與850hpa低壓環流中心對應，導致東部氣旋的發展和加強。
圖4.850hpa地轉風渦度
對比圖3,4實測風渦度與地轉風渦度並不一致，但較明顯的高低值中心分布相似。如鄂霍次克海，我國東部，西伯利亞地區的渦度高值中心分布較為一致。
3.18日20時到20日08時的物理量圖（850hpa實測風渦度和地轉風渦度，500hpa渦度平流，850hpa水汽通量，水汽通量散度）
圖5.500hpa實測風渦度平流
再分析渦度平流，500hpa上4個時次的實測風渦度平流差異較大，高低值中心不一致，但從正負值所處的區域來分析，可大致得出，19日20時華南向華東地區有一明顯的正渦度輸送帶，我國的東部沿海地區為正渦度平流所控制，在19日08 時的圖上表現為明顯的正值中心，正相對渦度平流對應的是負變高，為槽的發展和形成創造良好的條件，而負相對渦度平流對應的是正變高，有利於脊的發展和形成。所以可以認為我國東部沿海地區500hpa高度上的正渦度平流是氣旋生成重要條件。
圖6.850hpa水汽通量
從850hpa水汽通量圖可看出南海到我國東部沿海地區有很強的水汽輸送帶，從本次降水過程來看，水汽通量可推測出氣旋發生發展的位置，和降水過程水汽的源匯。
圖7. 500hpa水汽通量散度
圖8.850hpa水汽通量散度
再來看水汽通量散度，在水汽通量散度圖中，水汽通量散度在我國東部沿海地區，也即氣旋對應的區域是負值中心，水汽通量的負值中心是對應著水汽的輻合，這也說明氣旋附近有著很強的降水。
圖9.850hpa水汽通量散度平流項
水汽通量散度由散度項和平流項組成。由圖分析可得，三者的中心分布十分相似，散度項和水汽通量散度的正負中心位置基本相同，但平流項中心位置卻和另外兩者基本相反。整體來說，散度項大於平流項的大小，且隨著系統的發展，散度項的大小又有所加強，且散度項能夠較好地表現降水區。
3. 分析水汽輸送條件，水汽輸送較大的層次，以及水汽輻合輻散區域於天氣系統的配合，實測風渦度與地轉風渦度差別的原因。分析散度場的高低層配置，分析垂直速度的條件。
①經過對風的散度及水汽通量散度分析，發現水汽主要來自于洋面上。洋面上大致可分為三個方向，一是來自於西南方向即孟加拉灣地區，二是來自南海洋面，三是東海洋面也對水汽也有所輸送，但相對前兩個方向，作用要弱一些。
②通過對各層水汽通量和散度圖象的對比，發現在低層925hpa和850hpa水汽輻合比較明顯。由於其低層南邊有著豐富的水汽輸送，同時北面有冷空氣南下，兩股勢力交綏，在氣旋附近會形成強烈的輻合上公升運動，有利於降水的形成。
③實測風渦度和地轉風渦度有著不同，從圖3、4來看，實測風渦度中心明顯且集中，而地轉風渦度則相對比較零亂，中心不明顯。究其原因，由於地轉風渦度計算時，是把大氣運動情況已經視為地轉了，而真實大氣經常是存在在地轉偏差的。
圖10.300hpa散度場
圖11.850hpa散度場
④對比分析300hpa和850hpa四個時次散度場可以大致得到垂直運動的情況。垂直上公升運動是對流發生的必要條件之一，通過對高低層散度的分析，可以看出，在降水區多是低層輻合，如圖10、11可知在低層我國東北華北, 江淮地區對應著輻合，而高層相同地區則對應著輻散作用。20日08時我國東部地區低層為負值中心，高層為正值中心，對應強烈的上公升運動為降水發生發展創造條件。
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