温度-对数压力图(T log-P diagram),也被称为“埃玛图(Emagram)”是一种在
单站天气预报中使用的
热力学图。温度-对数压力图以线性尺度的横坐标表示
气温,对数尺度的纵坐标表示
气压,图中通常包括干绝热线、湿绝热线、等饱和比湿线3条参考线,代表理论上干绝热运动、(不可逆)湿绝热运动和气块水汽饱和所要求的气温、气压变化。
定义
温度对数压力图(T-lgpdiagram)。一种由温度和对数气压组成的具有正交或斜交坐标的热力学图解。我国普遍采用正交坐标系,纵坐标为对数气压。
图的面积表示能量,1平方厘米的面积表示4.5 J/kg的能量,因而它也是一种能量图解。用它可以进行大气状态的温湿特征量、气层厚度、不稳定能量及特征高度的计算,是气象台站常用的一种辅助图表。
温度对数压力天气图的构造
(一)坐标
温度对数压力图的横坐标是
温度( T ),以摄氏度(℃)为单位,每隔 10 ℃ 标出度数值,从图左端一 85 ℃ ( 188K )起向右递增,直至 40 ℃ ( 313K );纵坐标是气压(对数标尺),以百帕为单位,从基准线 1000 百帕向上递减,至 200 百帕,而不是零百帕。这是由于当 P 趋近于零时,- lnP 趋近于无穷大,因而纵坐标的设计不能取 P=0。
日常工作中使用的
气压值通常是 1050 百帕到 50 百帕之间。为了使用方便,图形又不过大,根据对数原理,图上气压值从 1000 ( 5*200 )百帕到 200 百帕间的坐标距离和气压值自 250 (5*50 )百帕到 50 百帕间的坐标距离一样,都是等于 ln5 单位,因而,设计的纵坐标从下部的 1050 百帕到顶部 200 百帕。当气压值低于 200 百帕时,可重复使用 1000 百帕至 200 百帕间气压坐标,即把原来的 1000 百帕当作 250 百帕, 200 百帕当作 50 百帕使用。为此,纵坐标的左侧除标注 1000 、 900 、… 200 百帕气压数据外,右侧还标注一排相对应的括号内气压数值,即( 250 )、( 200 )、…( 50 )。
(二)基本线条
1.
等温线:平行于纵坐标的等距离的黄色直线 ① ,每隔 1 ℃ 一条线,每隔 10 ℃ 标出温度数值,其中大字体为摄氏温度 ( ℃ ) ,小字体为绝对温度( K )。
2.
等压线:平行于横坐标的以气压对数值为间隔的黄色直线,从 1050 百帕到 200 百帕之间,每隔 10 百帕一条线,图左右两侧每隔 100 百帕标出气压数值。
3.
干绝热线:又称等位温线,是自图右下方向左上方倾斜的黄色实线,线上每隔 10 ℃ 标出位温( q )数值。当气压值低于 200 百帕时,位温使用括号内数值。
4.
湿绝热线:又称等
假相当位温线,是自图右下方向左上方倾斜的绿色虚线。线上每隔 10 ℃ 标出假相当位温数值。
5. 等饱和比湿线:是图上向左上方倾斜的绿色实线。每条线上都标出饱和比湿值(从左侧的 0 . 01 直到右倾的 40g / kg )。气压低于 200 百帕时,使用括号内数值。
温度对数压力图的应用
绘制大气层结曲线
一个地区上空大气温度和湿度的垂直分布称为大气层结。将气象台站实测得到的温度、露点和压强的数值点汇到埃玛图上,用折线连接,就能得到该地区
大气温度层结曲线和露点层结曲线。这两条曲线反映了同一时刻该地区上空的大气热力状况,对于预报热对流的发展及分析大气污染扩散状况都有重要的参考意义。
1. 温度-压力曲线:简称温压曲线或层结曲线,它是把各高度上的气压、温度数据用笔点绘在图上,然后用直线连接起来的曲线。它可以反映出测站上空温度的垂直分布状况。
2. 露点-压力曲线:简称露压曲线,是把各高度上的气压、露点温度数据用笔点绘在图上,依次把各点用虚线连接起来的曲线。它反映出测站上空水汽的垂直分布状况。
3. 状态曲线:从上升气块某温、压点开始,平行于干绝热线画线,达到凝结高度后,再平行于
湿绝热线所画出的曲线。它表示气块在绝热过程中温度随高度变化的情况。
求算两用温湿特征量
1.
饱和比湿( q s ):某点( A )的等饱和比湿线所对应的数值,如图 7 - 2 中 A 点的 P=850 百帕, T= 2 5 ℃ , A 点的等饱和比湿数值为 23g /kg 。如果图上没有正好通过 A 点的等饱比湿线,可用内插法求得。
2.
比湿( q ):通过某点( A ')对应的
露点的等饱和比湿线的数值,即 A '点的实际比湿。例如,通过 B 点( P=950 百帕 T d = 0 ℃ )的等饱和比湿线的数值为 4.0g /kg ,就是 A '点的比湿。
3.
饱和水汽压( E ):通过某温度( T )与 622 百帕等压线交点 E 的等饱和比湿线数值(见图 7-3 ),即温度 T 时饱和水汽压。例如, T= 7 ℃ ,等温线与622 百帕等压线交与 F 点,通过 F 点的等饱和比湿线的 数值为 10 ,因而 7 ℃ 时的饱和水汽压为 10 百帕。
4.
水汽压:通过某温度( T )的露点 (T d ) 与 622 百帕等压线交点 F 的等饱和比湿线的数值,就是温度 T 时的实际水汽压(见图 7 - 3 )。
5.
相对湿度( f ):通常采用图解和公式并用方法求得。
例如,已知 A 点的 =850 百帕, T= 25 ℃ , T d = 17 ℃ 。先从图 7-2 上查得实际比湿 (q) 为 14.2g / kg ,饱和比湿 q s 为 23.4g / kg 。再根据相对湿度公式
6 .
位温( q ):通过 A 点的干绝热线的数值,即为 A 点的位温(见下图)。
7.
凝结高度( Zc ):通过 A 点(图 7-4 )的未饱和空气块沿干绝热线上升,直到与当时露点温度所对应的等饱和比湿线相交,交点即是凝结高度。例如, A 点 P=850 百帕, T= 25 ℃ , T d = 17 ℃ ,沿 A 点所在的干绝热线上升,同时也沿 A 点的露点的等饱和比湿线上升,两者相交于 B 点, B 点 755 百帕的高度 Zc ,即为凝结高度。
8.
假相当位温( q se ):先从图 7 - 2A 点沿干绝热线上升到凝结高度 B 点后,再沿湿绝热线上升,直到所含水汽全部凝结,再沿干绝热线下降到 1000 百帕时所具有的温度,即 q se 。
9.
虚温( T V ):温度对数压力图的各主要等压线( 1000 、 900 、 800 百帕等)上,有许多绿色的垂直短划,两个相邻绿色短划所跨的温度范围表示饱和虚温 差△ T' V ,它是根据而作出的。
当已知气压、温度、露点或相对湿度时,即可求得虚温。若已知 A 点气压( P = 920 百帕),温度( T= 30 ℃ ),露点( Td = 21 ℃ ),通过 P 与 T d 的交点 D 沿等温线移动,与距 D 点最近的主要等压面相交于 E (见图 7-5 ),则包含 E 点的两个绿短划所跨的温度范围,即为由( P 、 T )所决定的饱和虚温差(△ T' V = 2.9 ℃ ),然后将虚温差与 A 点温度相加,便得到 A 点的虚温值,即 T V = 30 ℃ + 2.9 ℃ = 32.9 ℃ 。
求等压面间厚度
因实际大气中虚温与压强不是简单的函数关系,由积分式直接计算等压面间的厚度有困难,故尝尝利用邓文大气的公式计算,这样做的关键是要确定等压面间的平均虚温。
在埃玛图中确定平均虚温是很简便的。采用埃玛图中的气压坐标值后,有公式可以得到:
公式中的积分式就相当于图中的阴影面积,T为气压平均虚温。在等压面间作等温线BAD,使ABC与ADE的面积相等,原阴影面积就和举行DBFGD的面积相等,所以BAD线对应的就是气层p1-p2之间的平均虚温。
应注意,采用等温大气公式计算实际大气层厚度是必须用这种等面积法求平均温度。实际上,1000-850 hPa,850-700 hPa和700-500 hPa 等规定等压面间的气压厚度已标在图上,根据平均虚温很容易查到。
求不稳定能量
1. 正不稳定能:指位于状态曲线左方和层结曲线间的面积(平方厘米)*功(我国现用温度一对数压力图,图上 1 平方厘米的面积等于 74.5 焦耳每千克的功)
2. 负不稳定能:指位于状态曲线右方和层结曲线间的面积*功。
分析逆温性质
逆温性质不同,其温度、湿度的垂直分布状态不同。温度曲线随高度向右倾斜,表示有逆温层存在;向左倾斜表示温度是随高度降低的。温度曲线垂直,表示是等温层。
1 .辐射逆温:逆温层下限与下垫面相接,而且厚度不大,下部温度露点差较小。
2 .平流逆温:逆温层下限往往离开地面而出现在空中某一高度上。逆温层日变化不明显。
3 .湍流逆温:逆温层底至地面的温压曲线与干绝热线几乎平行,露压曲线与等饱和比湿线近于平行。逆温层离地面的高度随湍流混合展的厚薄而不同。
4 .下沉逆温:多出现在 1 — 2 公里高度上,厚度可达数百米。逆温层顶上的温压曲线常有一段近似平行于绝热线,逆温层中的温度露点差随高度迅速增大。
5 .锋面逆温:逆温高度随观测点距锋线的距离及锋面坡度而定,可高可低。逆温层内的湿度分布一般是上湿下干。