借用探空数据校对云高的分析

2023-02-13

截止目前, 全国气象部门的地面测报均已普及自动站, 但大部分自动气象观测站都不能实现云、能、天的观测;尤其是云的观测关系到天气的演变, 更为重要;“云是天气的招牌”[1], 云的形成和演变, 是大气中错综复杂的物理过程的具体表现之一, 也是预示未来天气变化的重要征兆;云天观测是台站预报的重要依据[2]。

云的观测主要包括:判定云状、估计云量、测定云高和选定云码[3];目测均可解决云量、云状的观测, 但云高目力估测误差较大, 而器测云高受到台站条件的限制, 大部分台站还广泛采用目力估测云高;本站设有高空观测, 探空气球释放后, 探空仪器入云时, 湿度会发生突变, 温度也会有相应的变化, 故可借用探空数据中的湿度以及温度的变化来确定云底的高度范围, 对云高的观测进行校对。

台站名:童丘国家气象观测站一级站2007/05/15/19:15:25

1 采用高空数据中湿度、温度变化校对云高的原因

云是悬浮在天空中的大量微小的水滴或冰晶。形成云的条件有三个:一是充足的水汽, 二是有足够的凝结核, 三是使空气中的水汽凝结 (或凝华) 成水滴 (或冰晶) 时所需的足够的冷却[1]。由此可以看出, 云中的湿度较大, 当探空气球入云时, 湿度会发生明显的突变;而温度也会有相应的降低, 只是变化比较小, 不易看出;故可用高空数据中湿度变化, 参考温度的变化, 来校对云高的观测。

2 资料与方法

采用2007年有代表性的同一时段L波段二次测风雷达观测的高空湿度资料以及相应的温度对数压力图中的露点温度与温度的变化情况, 结合地面目测云状的资料和当地云高范围进行校对观测, 增加目测云高的准确性;分晴朗和雨雾两种天气条件下的校对观测进行举例分析, 阐明探空资料校对云高的可行性。

3 资料分析

(1) 天气晴朗时的校对观测, 用2007年5月15日20时释放的探空气球资料, 如图1。

结合相应的温度对数压力图, 如图2。

由上两图可以进行分析, 从高空气象探测系统数据处理软件中, 用数据辅助处理结合图1, 可知气球升到3分57秒时, 湿度开始突变升高, 表明气球刚入云, 探空数据处理软件中点击任意时刻、高度、气压的气象要素值, 输入时间便可得到如表1的数据表, 计算出此时的高度为1680米。

尽管从图1可以计算出云高, 但是单从一方面的变化还不能足以说明问题, 而且从图1中温度变化很难看出云底在什么地方, 此时可以结合T-Ln P图 (见图2) 进行分析;图2中温度的变化就较明显, 温度突然发生了折变, 说明此处有气团存在, 气团内的温度变化和气团外的温度变化会有明显的区别;再看一下露点温度的变化, 由于露点温度表示的是空气的湿度特征, 在压力一定的情况下, 露点的高低只与空气的水气含量有关, 水气含量越多露点也就愈高[1], 由此可以看出, 当探空气球入云时, 露点温度便会升高或者是降低速度变慢, 图2中可以明显看出, 大约在气压830hpa左右, 露点温度发生变化, 从这个高度以上, 降低比较少, 基本上没有变化, 结合温度变化, 此处可定为云底的范围。

由图1所形成的表中, 可知气球入云时的气压为828hpa, 由图2分析云底范围处的气压大约为830hpa, 两者非常吻合。最后再结合07年5月15日20时地面目测的的云状:阴暗的大条形云状, 云底个体起伏明显, 闭光无缝隙, 云块视宽度大于5°, 符合低云SC OP, 而低云的云高范围是600~2500米;由以上几点可确定, 经过分析计算出的云底高度1680米即为当时观测的云高。

(2) 有雾或有雨的特殊天气条件下的校对观测。

在天气晴朗的条件下, 用探空数据来校对云高, 非常的可行, 但在有雾或有雨时, 地面和空中湿度都较大时, 是否可行呢?用2007年10月23日08时的探空数据进行分析。

在图3中, 根据湿度变化线, 很难分辨出哪一点是表明气球入云, 温度更是难以分辨, 因此不能用探空软件来计算云高。但由此做出的T-Lnp图 (见图4) , 可以看出在820hpa左右露点温度折变比较明显, 但其在920hpa左右也有折变的表现, 而温度没有什么明显的变化, 因此也很难确定到底那个部位是云底。这说明, 观测时空气湿度大, 用探空数据来确定云高不可行, 只能通过人工目测来确定, 尤其是有雾时, 云高的目测误差较大, 到目前也是一个很难解决的问题, 有待进一步的寻求好的方法。