SkewT图简介

SkewT图简介又名SkewT-LogP图，是一个非常有用的气象热力学图，在该图上绘制了整个大气层上地球表面某个点的压力，密度，温度和水蒸气。每个SkewT图都包含了一个静态的大气计算（适用于所有的位置），以及一组动态的空气温度和露点温度计算，这些计算是通过直接测量大气获得的。通常通过每天从全球很多机场和气象站放出一个小的探空仪器（一般是气象气球）来获得这组观测值。美国国家航空航天局（NASA）的

绝尘花遗落

6991人浏览 · 2020-05-08 23:50:31

绝尘花遗落 · 2020-05-08 23:50:31 发布

SkewT图简介

又名SkewT-LogP图，是一个非常有用的气象热力学图，在该图上绘制了整个大气层上地球表面某个点的压力，密度，温度和水蒸气。每个SkewT图都包含了一个静态的大气计算（适用于所有的位置），以及一组动态的空气温度和露点温度计算，这些计算是通过直接测量大气获得的。通常通过每天从全球很多机场和气象站放出一个小的探空仪器（一般是气象气球）来获得这组观测值。美国国家航空航天局（NASA）的大气红外探测仪（AIRS）和高级微波探测器(AMSU-A)

露点温度：在空气中水汽含量不变，保持气压一定的情况下，使空气冷却达到饱和时的温度称为露点温度，简称露点，单位用 $^\circ C$ 或者 $^\circ F$ 。实际上就是水蒸气与水达到平衡状态的温度。

SkewT图布局

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静态部分

这是比较任何实际测量的北京，在上面的图中，沿左垂直轴，空气压力是递减的，按照比例绘制的，靠近海平面或者地面的压力是最大的定义为1013mb，顶部为100mb。该垂直轴使用以10为底的对数刻度以适应严厉随着海拔高度而迅速下降。

而且，地球的大气压力随着高度的增加以对数近似线性地减少，使得在100和1000和100000米的高度处的压力在垂直轴上是等间隔分布。

某些SkewT图中右垂直轴上也包括高度或者Z轴，其中的值是基于标准大气模型。作为参考，商用飞机大约在250mb的高度下运行。

沿水平方向也有两组数字，第一组数字(这里是红色的)标记了从左下到右上成45度角延伸的深红色直线的起点。这些平行的恒温线（等温线），允许在较高的温度绘制非常低的温度。紫色数字是垂直当有些弯曲虚线的起点。这些代表温度与海拔高度（压力）的函数，该温度是可以在其他干燥空气中吸收的最大水量（饱和度）的函数。例如在25摄氏度的海平面（压力为1013mb）下，一千克空气最多可以保留20g水，在700mb的空气中，只有20摄氏度的空气中会出现相同的水分含量。

弯曲的绿色实线表示温度的变化。该变化是空气相对于周围大气的温度上高或降低压力（高度）函数，周围空气温度高的空气上升，而温度低的空气将会下降。另一个有趣的事实也是我们天气的主要部分，一个充满水（紫色线表示）的空气量水滴中的热量保留并非常缓慢地释放。当水蒸气在饱和状态下凝结成云滴时，会释放出大量的热量，类似的过程会使得大气变暖。在SkewT图中，绿色实线表示未处于饱和状态的空气的冷却速度与海拔的关系。这些所谓的“干绝热”包裹将以基于初始化条件（例如，以海平面或陆地上的低地形为起点）的变化速率略微冷却。另一方面，仅在非常低的初始温度下，代表饱和或”潮湿的绝热材料“包裹的绿色虚线类似于干的绝热材料。

大气探测

实际观测值或大气探测值表示为空气温度曲线（红色实线）和露点温度（蓝色实线），分别针对压力和温度绘制，SkewT图的一个重要特征是，当这些线靠近在一起时（大约在10摄氏度以内）将会有云层，而相距较远的线则表示天气晴朗。并且飞机驾驶员能见度高。

从无线电探空仪获得这些大气廓线（声音时），当仪器包装上升并在释放地点的下风出漂移时，会在几小时内收集空气温度和相对湿度的测量值。尽管数据是准确的，但他们代表了探空仪所走过的路径，该路径通常不是直的垂直气柱。因此，无线电探空仪的独特优势是它们可以提供有关风速和风向的价值信息，而AIRS不能从太空中进行测量。另一方面，AIRS+AMSU-A每八秒钟对东西方向的三十条垂直空气列进行一次测量。

SkewT 图的热力学背景

每当个空气包密度小于周围空气密度时，它都会自然通过大气层上升，由于诸如局部风向等因素，周围的空气可能以相同的速度冷却或不以相同的速度冷却。因此，在非常特殊的假设下可视化理论上的空气部分，然后通过如探空仪或AIRS之类的仪器测量实际大气条件下进行比较时，这样的比较才有意义。

上升的空气小包的概念就是：开始的时候空气不不饱和的（干燥的），然后自然上升到周围的相对温度低的空气导致水蒸气凝结成水滴，从而将不饱和的空气转换为饱和的空气团，这样的方式为自然对流。但是有的时候地面上的热空气被凤推到上的一侧，或者只是被各个方向的风聚集而抬起来（质量收敛），这样被称为绝热过程，因为随着空气是上升，没有额外的热能被添加到空气汇总（周围的空气更冷，得以冷却）。

从干燥的绝热体到湿的绝热体的过渡是基于初始表面温度和水的混合比进行计算，称为LCL（提升凝水位）。是SkewT图右边缘的参数之一。在SkewT图上，空气流遵循一条（纯绿色）干绝热线知道计算出的LCL，然后切换到（虚线绿色）湿绝热线。但是它仍然比周围环境温暖和漂浮，它将继续上升。观察下面一个很平坦的云层，LCL非常靠近地面。云层下面的空气通常是温暖潮湿的，云层上面的空气是干净和凉爽的。

首先我们考虑一个非常稳定的大气条件

上面显示的SkewT图表示天气平静，图中没有明显的第三条描述上升的空气包裹的轨迹，空气温度（红色）和露点温度曲线只有几行。原因是上升的空气团首先沿着干燥的绝热线（绿色实线）沿着非常短的距离跟随着空气温度曲线，该绝热线开始于22摄氏度附近的地面附近并到达冷凝区高度（LCL）为854mb（5000英尺）。在LCL处，空气团变得饱和，通常会开始跟随湿的绝热线（绿色虚线），但是我们还可以看到，随着海拔的升高，气温曲线向右弯曲，表明温度恒定或略有上升，就是说，一旦空气到达LCL，即使他已经饱和了，他也会遇到周围变暖的空气。由于下沉的空气团相对较冷，上升的空气团无法再上升，这就是空气团轨迹在此图中不突出的原因。

总体而言，在该图中我们可以看到LCL的露点（蓝色）和空气（红色）温度线之间有很大的距离，这表明没有低层云。空气中有水分，因为我们看到有250毫巴的云迹象，但这些可能是来自单独的遥远天气系统的薄卷云。这也是称为温度倒置的情况的一个示例，在此情况下，温暖的空气位于较凉的地面空气上方

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安静、晴朗天气的SkewT图

另一个有用的SkewT图指示器称为举升指数（LI），它是大气稳定性的量度。负提升指数值表示不稳定的风暴状条件。

考虑一个非常不稳定的大气条件的例子

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说明了当上升的空气团在LCL处饱和但随后遇到相对凉爽的周围空气时发生的情况

首先，请注意，此SkewT图具有三条线，用于说明不稳定的大气条件。红线表示空气温度曲线，表明在低于250毫巴的所有海拔高度，温度均保持一致的下降。露点温度的蓝线是平行的，通常在空气温度线的10摄氏度以内，这表明云层很深。第三行以洋红色显示，跟踪假设的空气团，该空气团在约27摄氏度（约81华氏度）的初始温度下开始于地面（1000毫巴）附近。请注意，它沿着干燥的绝热线（绿色实线）上升，然后在LCL（874毫巴）处变成潮湿的绝热线（绿色虚线）。但是，存在一个点（在814毫巴处），空气团温度（洋红色线）超过了周围的空气温度（红线）。这就是所谓的“自由对流高度”（LFC），从这一点一直到空气囊冷却下来，以245毫巴的“平衡水平”（EL）再次与周围的空气相匹配。该地区称为“自由对流区（Zone of Free Convection）”。在“对流可用势能”（CAPE）中也可以找到这种不稳定性的度量，该值也在右边距处显示为1365。此SkewT图的提升指数为-5.5，这是一个非常大的负数，通常与强雷暴有关。“最大包裹高度”（MPL）反映了空气团的上升最终使CAPE的全部量最终平衡的高度，此后其高度稳定并在冷却时逐渐下沉。通常，仅当存在可靠的CAPE值时，SkewT图才会为航空包裹提供一条单独的轨迹线。