特性层(significant level)是指能反映测站点上空大气层结构的气层,要根据每份探空记录的时温曲线和时温曲线的梯度变化来选取。
简介
特性层(significant level)指在探测得到的时间一湿度、时间一温度状态曲线上,能反映出测站上空大气层结特征的层次,它们包括逆温层、等温层、对流层项、云层、明显的高湿或低温层以及线性内插误差超过
世界气象组织规定值(对流层1℃或10%,平流层2℃)的一些层次。
特性层范围
特性层是指能反映测站点上空大气层结构的气层,要根据每份探空记录的时温曲线和时温曲线的梯度变化来选取。特性层选择范围是:
(1)地面层、对流层顶及记录终止层;
(2)对流层顶(指观测记录中出现的第一对流层顶,下同)以下,大于一分钟的等温层起止点、或大于两个电码符号的逆温层的开始点和终止点;
(3)温度失测的开始层、中间层(任选一点)和终止层;
(4)温度梯度的显著转折点,即两层间的温度分布与用直线连接的温度比较,超过两个电码符号(第一对流屋顶以下),或超过四个电码符号(第一对流层项以上)的差值最大的气层;
(5)湿度梯度的显著转拆点,即两层间的湿度分布与用直线连接的湿度比较,超过十个电码符号的差值最大的气层。
气压
对于某一次放球,在位势高度和气压之间有着单一的关系,它适用于标准层气压也适用于特性层气压。然标准层气压是一些确定的数值(因而没有误差),而特性层气压则会有观测误差。因而与标准层相比,特性层的位势高度准确定因一个气压误差的直接当量值下降。
温、湿特性层
温、湿特性层是指温度或湿度层结曲线的显著转折点。温度和湿度特性层往往具体天气意义,例如逆温层、等温层、云层形成的高湿层。出现上述这些情况时,其温度和湿度时间曲线将存在明显转折。规定两层间的温度分布和直线内插温度比较,超过1℃(对流层顶以下)或2℃(对流层顶以上)以上的气层即可选作稳定特性层。湿度特性层的判断标准为线性内插偏离超过10%的特征点。
温、湿特性层的选择条件:
(1)地面层;
(2)终止层;
(3)对流层顶;
(4)对流层顶以下厚度大于400米的等温层的起始点和终止点;
(5)对流层顶以下温差大于1度的逆温层的起始点和终止点;
(6) 温(或湿)缺测层起、止点,中间再任选一层;
(7)在110-100hPa之间,如果没有温、湿特性层,则应在此范围内加选一层;
(8)凡在T-lnP坐标上,温度变化曲线与已选温、湿特性层间的温度线性内插差值在第一个对流层顶以下超过1℃,在第一个对流层顶以上超过2℃者,则在差值最大处补选一温、湿特性层;
(9)凡在U-lnP坐标上,湿度变化曲线与已选温、湿特性层间的相对湿度线性内插差值超过15%者,则在差值最大处补选一温、湿特性层;
(10)两特性层的上层气压与下层气压比值小于0.6时,该两特性层之间任意加选一层。
计算温、湿特性层的时间、海拔高度、气压、温度、湿度、露点温度、
温度露点差、空间定位经纬度偏差数据等。
特性层与天气
(1)特性层多,说明本站上空气层结构复杂,一为两种不同性质的气团影响,二是大气层有多种扰动存在,所以特性层多是天气转坏的前兆。
(2)作为特性点的逆温层:①中高层(即600hPa以上)有较强逆温,不论其逆温性质,均能使气层稳定度加大,不利于对流的发展,低层气块的热力抬升或降雨的动力抬升均不能冲破逆温层,云层只能在逆温层下聚积,所以不会有较大的降水发生。特别是中层(600~450hPa)有强的下沉逆温,说明为高压
系统控制,未来晴好天气维持。②600hPa以下有逆温层,利于高湿有效位能的积累,当低层气团温度升高超过对流温度,或有冷锋侵入时,热力或动力抬升能使气团冲破逆温层,使高湿有效位能爆发性释放,易触发强对流的发展和中尺度系统的生成,易造成强降水或冰雹天气。
探空观测
探空仪器
从基测到探空测风记录的整理,仪器准备工作起着重要作用。仪器的好坏直接影响信号的接收、记录的整理、气球的施放高度、球炸率等 。
首先清洗仪器要彻底。在用汽油清洗仪器时,最好把电码筒取下来清洗,这样电码筒不但清洗得干净,而且温、湿、压指针也能容易地清洗到。清洗后必须按次序安装好,插在风鸣器上,重新听仪器转动,是否有摩擦的地方,信号是否清楚,这样一是能减少重放球,二是避免信号不清而产生误差。电池浸泡时间与信号的接收、施放高度、球炸率有密切关系。有时球放出去,没多久不是信号听不清,就是信号慢慢消失。就考虑是否与电池在盐水中浸泡的时间有关。按规定,电池在盐水中浸泡的时间是3~5分钟。将电池在盐水中浸泡的时间延长到10~15分钟,结果发现这样接收来的信号不但没有杂音,还提高了施放高度 ,减少了突失现象。
特性层选取
特性层(包括对流层)是反映测站上空大气特征的气层,温、湿综合考虑选取地面层、对流层、终止层一般情况下比较好选。还有850hPa以上的逆温层最好选取特性层。有时快要到信号终止时,时间延长到十几~二十几分钟,温度变化不大,中间最好加选一层特性层。选 特性层容易出现误差的一般是温度曲线的转换段(当温度曲线从第一段转到第二段或第二段转到第三段),有时会出现较长距离内很难确定有转折的特性层。
假如仅仅在某一点(符号)加选一点显然不能正确反映温度层结构的实际变化。将采用探空记录纸搬移的办法,即将温度由前一段最后一个特性层和后一段最前一个特性层的两段曲线搬移到一处衔接起来再进行量取选层。方法是,撕一条探空记录纸,取纸条的某一点作记号,这点与衔接处的温度曲线点对齐,用直尺和三角板将直尺的边压在衔接处的某一点上,三角板靠在直尺边上,平移三角板,搬移的那一段温度曲线最近一个特性层的时间水平线上,用铅笔如实描下温度曲线,即得一段完整的温度曲线进行量取。
读数精度
读取各规定等压面间的平均温度是求得各层等压面的最主要依据,如果两层等压面平均温度读数发生了差错,不但影响该层的高度,而且会使以上各等压面的高度产生系统误差,影响整份记录的使用效果。读取平均温度时常用的是直尺式凭目测确定的,难免有误差,两等压面时间距离较短时易于量取,误差较小。反之两等压面时间距离拉得较长,升速慢时就较难确定,费时且产生误差。在核对、审核时我们采取的方法是先将温度曲线平滑处理,遇到这种情况,或是将这段温度曲线在探空记录纸上对折起来,用红、蓝铅笔对折平分开的部分涂上,取中点,中点所处的符号即为平均温度的正确符号值。
特殊情况记录
预审过程中常出现一些特殊情况的记录。某次探空记录中因气球升空后,气压盒漏气,其表现形式是升速过快,升速超过每分钟600m,整份记录只能整理到500hPa。那么探空终止前的测风记录照常整理,编发电报,其最大风层应在探空实有的记录高度中选择,测风记录在探空终止后用单独测风方法整理,改变计算分钟和测风形式。
气球施放
气球升空后的寿命和升速要受到空气的阻力和磨擦力的影响;受到大气的湍流和对流的影响;受到雨滴降落和冰雹、冰晶、霰等等各种天气要素的袭击。接收到的每一个气象信息都是反映大气上空所受以上这些因素的影响而显现出来的特征,其中的气球施放高度,气球的升速,特性层,高空测风等与天气的变化之间存在着非常密切的联系。
气球施放高度与天气
这里所讲的
探空气球的施放高度,指的是回答器好的情况下气球爆炸的高度,气球未炸而信号突失的高度不在此论之列。
(1)气球施放时遇晴天或低层有一层薄云,其上为深厚的干暖空气时,气球是青云直上、畅通无阻,它上升的高度一般可达28~35km,气球施放高度高,说明本站上空为单一的干暖气团控制,多数可预示晴天维持,少数则处于冷锋影响下,天气变坏的前夜。
(2)在冬春的阴冷天气,低层
静止锋云系维持时,施放高度也是很高,因为稳定的低云所产生的微雨雪不足以影响气球在空中的上升和寿命。当云层增厚或上空有扰动时,才对施放高度造成偏低的影响,连阴天气内遇此种情况则是降雪的前兆。
(3)在较大的雨天施放气球时,气球的上升首先要受到密集降雨的阻挠,再升高就要受到冰粒、冰晶、霰的撞击而缩短寿命,还会遇到风向风速突变和乱流湍流的磨擦。特别是雷雨云内的对流、乱流推波助澜和冰雹的袭击,所以在较大的雨天,气球的施放高度较低,大雨和雷雨天气一般不超过100hPa,连续稳定的中雨天气最高可达50hPa。
气球的升速与天气气球的升速在氢气充灌量一定的情况下,直接受空气密度变化的影响,在天气稳定的情况下,因空气密度是随高度而有规律递减的,密度的影响可以忽略不计,只有高空某层有密度平流(冷暖流)时才对升速产生影响。