天气学诊断实习报告.doc

天气学诊断实习报告
南京信息工程大学天气学诊断分析实习报告
实习名称 天气学诊断分析 日期 2016年12月17日 得分 指导教师
系 大气科学 专业 大气科学 年级 班次 姓名 学号

一、 实习目的 
熟练使用天气学原理和中国天气中所学的知识，诊断分析常用的动力和热力参量（涡度、散度、涡度平流、温度平流、水汽通量、水汽通量散度、垂直速度等）。 
1、学会使用Fortran 程序读入有格式的数据文件，输出二进制数据文件。     
2、学会使用Fortran 编程计算涡度、散度、涡度平流、温度平流、水汽通量、水汽通量散度、垂直速度等动力和热力参量。 
3、学会使用Grads 读入二进制数据文件，绘制等值线图、矢量图等，并存储。 
4、掌握如何分析得到的各物理量的图形。
二、实习要求 
完成计算各物理量的Fortran程序，并画出各物理量的图形，结合所绘出的图形，分析这次南方气旋形成时各要素场的配置情况，对这次降水过程进行天气诊断分析。
三、实习资料
该过程的观测资料和再分析资料，实习要求用micaps资料进行计算和分析。
1、观测资料：计算范围：东经30-160，北纬10-80，格距 2.5*2.5。所给要素为高度场，风场，温度以及温度露点差，共11层。时次是2013年5月21日08时到2013年5月31日18时，每12小时一次，共22个时次。
2、再分析资料：东经30-160，北纬10-80，格距 2.5*2.5。所给要素为高度场，风场，温度以及比湿（单位为：kg/kg），共17层，时次是2013年1月1日00时到2013年5月31日20时，每6小时一次，共604个时次。
四、实习内容：
1. 利用所给资料和绘图软件绘制等高线、等压线、等温线，了解当时环流形势（主要是500和850hPa）。
2. 计算涡度和散度（主要是300，500，850hPa），500hPa实测风涡度平流，计算850hPa温度平流并绘图，利用高空和地面形势预报方程，从热力和动力因子分析南方气旋生成、发展的原因，以及散度高低层的配置。
3. 计算850，700，500hPa水汽通量并绘图，分析水汽通量输送较大的层次及水汽通量散度，指出水汽输送通道大致范围，并说明水汽辐合区域的位置，什么位置有利于降水的发生，原因是什么。比较水汽通量中水汽平流和风的散度项的大小
4. 编制计算垂直速度程序，并绘制500hPa垂直速度。用第二种修正方案，其中大气层顶的垂直速度可以直接采用0，也可以用绝热法。
5. 以上任务完成后，有兴趣的同学可以编写计算流函数和势函数的程序。也可以对以上计算结果模仿文献绘制一些垂直剖面图等，从不同角度对该次过程进行分析。
五、结果分析
本次实习内容为2013年5月25-28日一次南方气旋发展过程，25日20时气旋在贵州境内生成，处于波动阶段，至26日08时发展成熟，此时降雨强度也明显加大，气旋在成熟阶段持续了近一天时间，26日20时气旋发展至最强，且移动缓慢，于27日20时开始减弱， 28日08时气旋填塞。
①环流形势分析
从850hpa的高度场可以看出，5月25日20时大约在北纬30度、东经100度贵州附近有一个气旋生成，气旋强度较弱，之后开始加强并向东移动。500hpa高空大约东经85度附近有一个低槽，此后低槽缓慢东移并加强发展。初始阶段温度场大致落后于高度场，为气旋发展提供有利的发展条件，这是此次南方气旋过程的环流背景。中低空东移的低涡和切变线是主要的影响系统，此次气旋活动伴随着降雨的发生。
②500hPa涡度平流

分析：500hpa的8个时次涡度平流差异较大，高低值中心有些散乱，但从正负值所处的区域来分析，可大致得出，5月25日东经95度地区有正涡度平流中心，对应有利于气旋的形成，随后正涡度平流中心向东移动，气旋也随之向东移动。正相对涡度平流对应的是负变高，为槽的发展和形成创造良好的条件，而负相对涡度平流对应的是正变高，有利于脊的发展和形成，500hPa高度上的正涡度平流是气旋生成重要条件，气旋在我国大约西南地区形成，随后往东移动。
③850hPa温度平流

分析：从850hpa温度平流的图中可以看出，有冷平流从我国北方向东部沿海输送冷空气，较弱的暖平流从南海洋面向东部沿海输送暖湿空气，在我国中东部地区汇聚，为降水提供有利的条件。从500hpa的温度平流可以看出，大致槽前有暖平流，槽后有冷平流，有利于槽的加深发展，槽的加深发展有利于地面槽前的气旋加深发展。
分析高低空的散度：在我国东部高空有辐散，地空有辐合，对应着上升运动，为降水提供有利的条件。
④850hPa水汽通量

分析：从850hPa水汽通量图可看出，水汽主要来自于洋面上，水汽通量矢量箭头汇集与此地，有较强的水汽来自南海和我国东部沿海地区，是较强的水汽输送带，西南方向即孟加拉湾地区也有些微水汽通量，作用要弱一些，为降水提供了充足的水汽条件。低层水汽通量较大。
⑤850hPa水气通量散度

分析：水汽通量散度在我国沿海，也即气旋对应的区域是负值中心，水汽通量的负值中心是对应着水汽的辐合，这也说明气旋附近有着很强的降水。5月25日20时，水汽通量辐合，之后最大辐合区随着气旋东移。水汽辐合持续时间较长，辐合较强，为此次暴雨提供了充足的水汽。
对各层水汽通量和散度场的对比分析:发现在低层850hpa和900hpa水汽通量较大地区风的散度也比较大，水汽辐合比较明显，为降水提供有利条件。由于其低层东南边有着丰富的水汽输送，而从北面有冷空气南下，干冷和暖湿的气流在我国东部地区相遇，水汽在此处辐合，有利于降水的发生，气旋附近会形成强烈的辐合上升运动，有利于降水的形成。
⑥500hPa垂直速度

分析：在w方程中，负值代表上升，正值代表下沉。对流运动得以形成，主要归功于垂直运动的产生，而我们可以通过散度来衡量大气的垂直运动情况，低空辐合，高层辐散对应着上升运动。通过对高低层散度的分析，可以看出来，在降水区多是低层辐合，而高层对应着辐散。5月25日上升运动不太强，随后上升运动向我国东部地区扩展。26日上升运动达到最强，强烈的垂直上升运动为此次降水的形成提供了充足的动力条件，此时降雨强度也是最强的。随后上升运动明显减弱，气旋于27日20时开始减弱，28日08时气旋填塞。
六、实习小结 
通过对本次南方气旋的分析，让我对南方气旋的生成过程有了深刻的认识，让我认识到气旋生成的动力、热力、水汽及垂直运动等条件。本次实习着重考察了我对天气过程中对各变量的诊断分析能力，它既要求我拥有足够的编程和绘图知识，同时，还对我对课堂上所学的各物理量的计算和处理有足够的理解和把握。实习过程中遇到一些困难，但经过翻阅fortran书籍和向老师请教，我明白了我遇到的困难大都出于同一些问题并解决了它们。通过天气学诊断分析这门课，让我锻炼了自己的编程与画图能力并使我对理论知识有了更深次的认识，是一门很实用的课程。