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[科普知识] 卫星水汽图在天气尺度分析中的特征

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发表于 2009-1-29 21:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
卫星一般选用6-7μm水汽吸收谱段接收大气中水汽发射的辐射,并以图象表示便得到水汽图。在这一波段,水汽一面接收来自下面的辐射,又以自身较低的温度发射红外辐射。卫星接收到的辐射决定于水汽含量,大气中水汽含量越多,发射的辐射越小;水汽含量越少,大气低层的辐射越可以透过水汽到达卫星,则卫星接收的辐射越大。

    水汽图像一般用灰度表示辐射温度强度的相对高低,对流层中上部(约600hpa以上)的干区表现为比湿区更暗(深)的色调——即在水汽图上,色调越白,辐射越小,水汽越多;否则越少

    对于6-7μm水汽带,卫星测得的辐射来自对流层中上层,水汽图像中看到的大部分重要结构与导致垂直运动和气流变形场的大尺度天气过程有关,因此水汽图像代表对流层中上部的动力特征。对流层顶高度比较低的区域和大气的下沉运动有关,抑制了对流层里水汽的垂直伸展的厚度,在图像上产生深灰色的色调;反之,上升运动或者对流层顶高度高的区域颜色会白亮一些。

    因此将水汽图像应用于天气尺度分析的基础是:干区(深灰色)、湿区(亮白色)以及它们的边界。因为它们经常和重要的高空气流特征有很大的相关性(比如:槽、对流层顶动力异常和急流等等)

    这些边界常用来确定正在移动的天气系统中高层气流的动向。一般来说,图像上的暗区和对流层中部的槽有关系;而白亮的区域则是暖脊为主

[ 本帖最后由 tom.hp 于 2009-1-29 21:59 编辑 ]
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 楼主| 发表于 2009-1-29 21:58 | 显示全部楼层
下面解释一下图像上最主要的亮区暗区

    首先亮区表示湿区,主要可以分为近白色-白色中等灰度-亮灰这2个类型。其中近白色-白色区域表示非常冷的气团,由大尺度垂直运动产生;中等灰度-亮灰区域则表示无云区的上升运动,因为并非所有的上升运动都是云区,云的形成还取决于上升空气的相对湿度,因此这个只能在水汽图像上识别。
暗区表示干区表现为暗灰色-黑色。一般来说,大尺度下沉运动区在水汽图像上对应一个暗带。其可以分为2种主要的干区:干带点和干闯入。其中干带点是中等灰度-暗灰色区域,一般呈带状或者半圆斑点状,不紧挨白色的云区。

干带点还可以分为3种类型:
1.潜在干带点:中等灰度的区域对应有弱的下沉运动、有潜在的对流层顶异常,但是没有高空急流。
2.与变形场http://www.21cma.net/thread-2450-1-2.html有关的干带点:和下沉气流有关,在某种特定形势下,与这种暗区对应的高层干空气可以产生大气的不稳定,从而有利于对流的发生。
3.动力干带点:与强烈下沉、气流和位涡异常对应,是随后干闯入发展的预兆。

    下面说一下干闯入,它是水汽图像上中等-近黑色灰度的区域,一般以重要的天气尺度云系为界,并和任何形势的气旋性环流相联系。干闯入通常在气旋发展刚开始时出现在干带的前缘,与急流和位涡异常有关,当然也和天气尺度的下沉运动对应。干闯入也有另外一个定义——从正在发展中地面低压后部下来一支干冷气流,这支气流构成了从平流层或对流层上部下沉的干冷舌。
    干闯入有如下几个性质:高位势涡度,中、高层低湿球位温
    其发展阶段有:扩张中的干区、干狭缝、干螺旋带。其中干闯入发展过程中最最重要的时候是水汽图像出现狭缝的时候,因为往往在此时,重要气旋产生爆发了。
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 楼主| 发表于 2009-1-30 23:13 | 显示全部楼层
水汽图像还和对流层中上部风场有密切的联系,是因为一般来说水汽图像通常代表了600HPA以上的湿度场,不仅和垂直运动有关,和水平运动也有关。水汽从低层上升并随风移动,而下沉运动使得对流层上部变干。

    在水汽图像上叠加中上层动力场,使我们可以借助图像更加清楚了解对流层上层的大气运动,为天气预报提供很好的参考依据。比如在中纬度地区,急流附近动力对流层顶的高度存在很强的梯度,因此从图像反映出是明暗对比强烈。而且水汽图像中辐射率对比最大的地方就是急流轴的形状,而对流层顶比较低的区域对应阴暗区。

    大气动力活跃区在水汽图像上有非常明显的特征:

    1. 在急流带和对流层顶高度位势梯度强的区域中,图像上一般显示强烈的明暗对比,其中干区朝向极地一边;
    2. 对流层顶动力异常区,在水汽图像上表现为明显的暗区。

    所以急流和对流层顶动力异常的相互作用的结果,往往导致对流层顶异常更加活跃,在图上显示是这个区域越来越暗

    但是急流在某种条件下会断裂,对应的图像上会出现“干(暗)三角”。形成这个的条件和大气特征是:

    1. 槽出现振荡剧烈的对流层顶动力异常时,断裂发展来自上游脊区的一支急流有关;
    2. 急流断裂一般出现在对流层顶异常轴的沿线上;
    3. 干三角出现在紧邻动力对流层顶最低高度以南区域;
    4. 三角结构明显变暗和对流层顶的动力异常有关。

[ 本帖最后由 tom.hp 于 2009-1-30 23:32 编辑 ]
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 楼主| 发表于 2009-1-31 13:33 | 显示全部楼层
水汽图上的阻塞形势
一般来说,阻塞形势以高空盛行西风气流中存在的一个东风区为特征。在这个区域的西面(也就是上游)气流被阻塞,并分裂为2支。

阻塞形势的形成有两种基本类型——东风带由反气旋生形成的阻塞形势东风带由气旋生形成的阻塞形势

先说第一种类型在图像上的特点:
1.在反气旋的赤道一侧,槽的最南部从原来发展中脊东部槽的地方向西移动;
2.成熟阶段中高空高压闭合,但是上游西风带没有切断;
3.槽在其赤道一侧保持向东开口。

在这类阻塞形势中,由于下沉运动,下游的东风在对流层中基本是干的,从而图像上的暗区可以反映出槽极地一侧的动力位势。

再说第二种类型在图像上的特点:
1.在极地一侧,脊在发展槽东部原来脊的位置重建,并保持向东开口;
2.在成熟阶段,高空气旋闭合但是没有被上游的西风带切断;
3.对流层中上部作为上升运动的结果,东风范围内基本上是湿区。

气旋生在水汽图像上的特征主要有2个:

1.斜压槽里的气旋生:在水汽图像上表现为叶状和斜压叶状。

其中图像上叶状特征又有如下描述:
(1)紧邻动力对流层顶下方有一个高层湿区,其位于对流层顶高度相对低的下游,预示着云系的初步生成;
(2)湿区后面,干空气在它上面,所以在2个共同作用下,图像上显示是中等灰度区。

而图像上斜压叶状特征也有其自身的特点:
(1)斜压叶的凸区随着天气的发展其形状可以发生变化,在气旋生阶段它移动缓慢,有时可以改变东移方向而在西侧重建;
(2)斜压叶凹区位于上游,一般来说和暗区有关。在气旋生阶段其形状容易发生变化,但是暗区有时会维持。

2.有高空前兆的气旋生(一般出现在大西洋)
其触发因素是:大西洋急流;斜压带存在;对流层顶动力异常。
 楼主| 发表于 2009-11-19 21:45 | 显示全部楼层
由于在莉莉的2009年11月19日卫星云图分析发现些许问题,因此提升此帖,欢迎大家补充和提问。

PS:卫星水汽图一般是分析对流层中高层面的天气系统,因为水汽图是着重分析动力气象为主。
发表于 2009-11-21 17:25 | 显示全部楼层
没找到应用卫星气象学的网络课程,手工简要补充一下:
   
1、700HPA以下辐射贡献,约为1.8%,所以水汽图反映不了对流层下半部的空气和云
     
2、理论上,当对流层相对湿度为100%时,水汽图贡献层是350HPA附近;50%,贡献层是400HPA;25%,贡献层是450HPA
   
3、由于一般越向极地对流层越干燥,所以水汽图贡献层高度向极地方向递减
      
4、由于越低层越暖,所以图像上比较暗的云,来自相对低的层面,这跟红外图是一致的
     
5、水汽在图像中的作用,只是示踪物,云的特征在水汽图中大多数表现不出来。所以水汽图用于显示对流层中部气流。
     
6、高空急流上,下沉支位于极地一侧,东侧为高湿云区,急流位置,就在边界强梯度处
            
PS.
图就不帖了,看下象神空间的CIMSS陈列:点击进入

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