【课程】大气对流参数
目录
- 大气对流参数的分类
- 稳定度参数
- 条件性稳定度指数
- 沙氏指数 (Showalter Index, SI)
- 抬升指数(Lifting Index, LI)
- 对流性稳定指数
- IC
- 最大对流稳定度指数BIC
- 其他热力稳定度指数
- K
- 总指数(TT)
- 能量参数
- 有效能量参数
- CAPE的计算
- DCAPE (Downdraft CAPE)
- 与不稳定能量储存相关的参数
- 对流抑制能量(Convective Inhibition,CIN)
- 热力动力相结合的参数
- 理查森数(Ri)
- 粗理查森数(Bulk Richardson Number,BRN)
- 风暴相对螺旋度 SRH(Storm-Relative Helicity)
- 能量螺旋度指数(Energy Helicity Index, EHI)
- 强天气威胁指数(SWEAT)
大气对流参数的分类
- 水汽参数
- 热力参数:普通热力参数(位温);热力稳定度指数(SI, LI 【条件性稳定度指数】, IC, BIC【对流性稳定度指数】, K);能量参数(CAPE,DCAPE【有效能量参数】, Ls,CIN【与不稳定能量储存相关的参数】)
- 动力参数:普通动力参数,风切变,风暴相对螺旋度
- 热力动力相结合的参数
稳定度参数
条件性稳定度指数
条件性不稳定是一种潜在性不稳定。只有当起始 高度上有较强的抬升力或冲击力,将气块抬升到 自由对流高度(LFC) 以上时,对流运动才能发展,不稳定才表现出来。
沙氏指数 (Showalter Index, SI)
850hPa上的湿空气沿着干绝热线抬升,到达抬升凝结高度(LCL)后再沿着湿绝热线上升至500hPa具有的气块温度与500hPa环境温度之差。
- SI<0,层结不稳定。负值越大,越不稳定
- 环境温度递减率越大,SI<0负值越大
- LCL越高,SI绝对值越小
对于海拔较高的地区,不能直接用SI指数,而是应该在低层、高层分别取两个等压面代替850hPa和500hPa。
如果850hPa和500hPa之间存在锋面或者逆温层,SI无意义。
阈值必须针对不同季节、根据各地实际情况确定
抬升指数(Lifting Index, LI)
根据经过修正后的露点和温度,气块自地面沿干绝热线抬升。LI和SI指数的差别只是抬升的起始高度不一样
对流性稳定指数
IC
上下层假相当位温的差值
IC=θse,upper−θse,lowerIC = \theta_{se,upper} - \theta_{se, lower}IC=θse,upper−θse,lower
IC < 0 对流性不稳定
最大对流稳定度指数BIC
BIC=(θse,min−θse,max)BIC = (\theta_{se, min} - \theta_{se, max})BIC=(θse,min−θse,max)
θse,max\theta_{se, max}θse,max为地面-1500m以内的最大值,θse,min\theta_{se, min}θse,min为650 - 500 hPa间最小值
其他热力稳定度指数
K
K=(T850−T500)+Td850−(T−Td)700K = (T_{850} - T_{500}) + T_{d850} - (T-T_d)_{700}K=(T850−T500)+Td850−(T−Td)700
综合反映中低层垂直温度直减率、低层绝对湿度和相对湿度情况的物理量;用于暴雨预报较好
总指数(TT)
TT=T850+Td850−2T500TT = T_{850} + T_{d850} - 2T_{500}TT=T850+Td850−2T500
vertical totals: T850 - T500
cross totals: Td850-T500
能量参数
有效能量参数
当气块受到的垂直方向气压梯度力大于重力时,一部分位能可以释 放,转化成气块运动的动能,这部分位能叫做对流有效位能。
对流有效位能(CAPE)从理论上反映出对流上 升运动可能发展的最大强度。即环境正浮力对气
块做功所产生的动能。
下沉对流有效位能(DCAPE)从理论上反映,对 流云体中下沉气流到达地面时可能具有的最大动 能(下击暴流的强度),即环境负浮力对气块做 功所产生的动能
CAPE的计算
气块在自由对流高度LFC和平衡高度EL之间受到 的环境正浮力做的功
CAPE=g∫ZLFCZELTv′−TveTvedz=Rd[∫PLFCPELTv′d(−lnP)−∫PLFCPELTved(−lnP)]CAPE = g \int_{Z_{LFC}}^{Z_EL} \frac{T_v'-T_{ve}}{T_{ve}}dz = R_d [ \int_{P_{LFC}}^{P_{EL}} T_v' d(-lnP) - \int_{P_{LFC}}^{P_{EL}} T_{ve}d(-lnP)]CAPE=g∫ZLFCZELTveTv′−Tvedz=Rd[∫PLFCPELTv′d(−lnP)−∫PLFCPELTved(−lnP)]
即使CAPE值相同,也会出现不同的对流特征
理论最大垂直速度(即在气块到达平衡高度EL时的最大垂直速度为 WEL=2CAPEW_{EL} = \sqrt{2CAPE}WEL=2CAPE
在相同的层结下,如果上升气块的起始高度不同, 其状态曲线就不同,CAPE值大小也不同。 一般选取地面或逆温层顶为起始抬升高度。
不稳定能量的大小与空气湿度有关。湿度越 大,越有利于对流发展。
DCAPE (Downdraft CAPE)
对流云体中下沉气流到达地面时可能具有的最大动能(下击暴流的强度),即环境负浮力对气块做功所产生的动能
中层空气越干冷,对流发展越强
当CAPE小于某一临界值时,不计算DCAPE或认为DCAPE=0
与不稳定能量储存相关的参数
对流抑制能量(CIN)和干暖盖指数(Ls)反映了低层大气稳定结构对于对流运动的抑制强度
对流抑制能量(Convective Inhibition,CIN)
气块在大气边界层到自由对流高度LFC之间受到的环境负浮力做的功
合适的CIN值有利于强对流的发生:太大,对流抑制强, 对流不容易发生;太小,不稳定能量不易在低层积聚,容 易发生不太强的对流,难以使对流强烈发展
热力动力相结合的参数
- Ri:静力稳定度 + 风速垂直切变
- BRN:对流能量 + 风速垂直切变
- EHI:对流能量 + 风暴相对螺旋度
- SWEAT:稳定度 + 风向风速垂直切变
理查森数(Ri)
研究湍流运动
层结越不稳定,垂直切变越大,重力加速度 大,越有利于湍流发展
Ri = 静力稳定度(有效位能)/ 垂直切变(有效动能)
Ri ≤ −2 热带性积雨云
粗理查森数(Bulk Richardson Number,BRN)
强对流天气可能发生在:
- 弱的垂直风切变+强的静力不稳定
- 强的垂直风切变+弱的静力不稳定
垂直风切变:风向风速随高度的变化——三维
BRN=CAPE12(u2+v2)=CAPE12(Shr2)BRN = \frac{CAPE}{\frac{1}{2}(u^2 + v^2)} = \frac{CAPE}{\frac{1}{2}(Shr^2)}BRN=21(u2+v2)CAPE=21(Shr2)CAPE
Shr: 在实际计算时,常把u、v取为0 - 6km 的密度加权平 均风与0~500m近地面层平均风之间的风矢差(或风 速差)值的两个分量
风暴相对螺旋度 SRH(Storm-Relative Helicity)
反映一定气层厚度内(一般指3公里), 环境风场旋转程度的大小和输入到对流风暴体内的环境涡度的多少
Hs−r−T=∫0h(V−C)⋅wdzH_{s-r-T} = \int_0^h(V - C) \cdot w dzHs−r−T=∫0h(V−C)⋅wdz
V: 相对于地面的风速
C:风暴的移速
w:三维涡度矢量 w=∇×Vw =\nabla \times Vw=∇×V
能量螺旋度指数(Energy Helicity Index, EHI)
发生强对流(对流风暴)的环境
CAPE与SRH之间存在平衡关系:
- 低SRH(<150)+ 高CAPE(>2500)
- 高SRH(>300)+ 低CAPE(<1000)
EHI=CAPE⋅SRH1.6×105=CAPE1000J⋅kg−1⋅SRH160m2⋅s−2EHI = \frac{CAPE \cdot SRH}{1.6 \times 10^5} = \frac{CAPE}{1000 J \cdot kg^{-1} } \cdot \frac{SRH}{160m^2 \cdot s^{-2}}EHI=1.6×105CAPE⋅SRH=1000J⋅kg−1CAPE⋅160m2⋅s−2SRH
无单位
EHI指数反映了在强对流天气出现时,对流有效位能与风暴相对螺旋度之间的相互平衡特征。当EHI>2时,发生强对流的可能性极大。EHI数值越大,发生强对流天气的潜在程度越大。
强天气威胁指数(SWEAT)
SWEAT=12Td850+20(TT−49)+2f8+f5+125(S+0.2)SWEAT = 12 T_{d850} + 20(TT-49) + 2f_8 + f_5 + 125(S+0.2)SWEAT=12Td850+20(TT−49)+2f8+f5+125(S+0.2)
无单位。
- Td850T_{d850}Td850 低层暖湿
- 20(TT−49)20(TT-49)20(TT−49) 层结不稳定
- 2f8+f52f_8 + f_52f8+f5 850hPa风速和500hPa风速,急流
- 125(S+0.2)125(S+0.2)125(S+0.2) 低层顺时针旋转
SWEAT的值越高,发生龙卷或强雷暴的可能性越大。发生龙卷时SWEAT的临界值为400,发生强雷暴时的临界值为300。SWEAT不应用于一般雷暴的预报。
【课程】大气对流参数相关推荐
- 2-3 Coursera吴恩达《改善深度神经网络》第三周课程笔记-超参数调试、Batch正则化和编程框架
上节课2-2 Coursera吴恩达<改善深度神经网络>第二周课程笔记-优化算法我们主要介绍了深度神经网络的优化算法.包括对原始数据集进行分割,使用mini-batch 梯度下降(mini ...
- matlab pid 课设 参考文献,系统控制论文,关于Matlab在计算机控制技术课程“PID控制器参数整定”中的应用相关参考文献资料-免费论文范文...
导读:本论文可用于系统控制论文范文参考下载,系统控制相关论文写作参考研究. 周少武陈敏沈红远 曾照福 (湖南科技大学信息与电气工程学院 湖南湘潭411201) 摘 要:传统PID参数整定的教学方法以定 ...
- 经验似然课程笔记二: 参数似然
1.2参数似然 参数似然方法假设总体分布F具有某种参数分布形式(比如正态分布完全由其均值和方差决定),即除了含有有限个参数未知以外,F完全已知,然后利用似然函数进行推断. 具体来讲,假设 X 1 , ...
- 转载,envi对高光谱进行辐射定标和大气校正
原文地址:http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0102v59e.html 目录 辐射定标和大气校正 概述 辐射定标 多光谱数据FLAASH大气校正 3.1 F ...
- 游戏开发者怎么做出以假乱真的画面效果?大气散射渲染了解一下
参与介质(Participating media) 参与介质是另一种现实中常见的介质,这种介质中粒子分散在一定体积内,比如烟雾.云.牛奶.大气等. 相比于一般的固体材质,光在这类材质中会传播一段较长的 ...
- 超级详细的教程 一步步教你Vue项目中使用axios如何进行参数拼接
文章目录 一.Vue 中的网络请求 二.axios的引入 三.常用网络请求方式 1.get A.字符串拼接方式: B.通过params属性传递对象: C.路径拼接方式: D.无请求参数: 2.post ...
- 次表面散射材质_游戏开发者怎么做出以假乱真的画面效果?大气散射渲染了解一下...
编者按 游戏渲染做得好不好,看看天空就知道了.本文作者Bence将和大家分享游戏中基于物理的大气散射渲染,聊聊如何做出更好看的天空.雾气等等. 文 | Bence 腾讯互动娱乐 游戏客户端开发 参与介 ...
- python大气校正_Python 处理遥感图像:光谱辐射定标、大气校正和计算反射率
唔,最近在做作业的时候,一些实验内容涉及到了用ENVI处理遥感图像,然后自己手动操作软件一遍遍的输入各种参数神马的感觉挺无聊....然后决定自己用python里面的opencv库写个脚本批处理图像反射 ...
- StaMPS结合TRIAN 做GACOS大气校正
StaMPS使用GACOS做大气校正 1. 软件安装 1.1 StaMPS的下载及安装. 可参考以前发表的文章 ubuntu16.04下安装ROI_PAC,ubuntu 16.04 安装StaMPS ...
最新文章
- Python编程专属骚技巧6
- tf.contrib.slim add_arg_scope
- 10张图,让你瞬间给自己减压
- php通过ip地址查询位置,PHP通过IP获取地理位置
- c语言定义学生结构体类型,C语言中结构体的三种定义方式
- python pytest mark
- centos7 部署elasticsearch
- 投稿期刊:机械人机交互图形图象交叉学科
- unity 移动物体位置的常用方法
- Mac 修改hosts
- 1分钟链圈 | 有趣!BM评价V神新共识算法:这是「非拜占庭容错机制」的终结者...
- 计算机蓝屏代码0x0000007b,win7系统开机蓝屏提示STOP:0X0000007B错误代码怎么办
- 牛客练习赛47 D	DongDong坐飞机 (分层最短路)
- ros机器人gazebo仿真
- 浏览器运作原理笔记(来自up主objtube的卢克儿的视频)
- 腾讯游戏学院专家:如何避免出海游戏服务器水土不服?
- split(),slice(),splice()的区别与应用
- 《半小时漫画中国哲学史》读书摘记
- 使用IPC扫描器进行网络扫描
- 黑马程序员博学谷Java就业班课程