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第一章 天气图分析概述
天气图是在特制地图上绘制的用于表示一定区域某一时刻大气状态的气象图。在天气图上，填有各地同一时刻的气象要素观测值，绘有等值线、天气区和某些天气符号，能显示各种天气现象、气象要素和天气系统的分布及其相互关系。对天气图的连续分析和研究，就可以获得天气过程发生发展演变的规律，从而作
天气图分析就是对天气图上各种天气系统和气象要素的分布状况及其演变进行分析的过程。因为天气现象是发生在三度空间里的，所以仅仅依靠一张平面图来分析天气，显然是不够的。为了详细观察三度空间的实况，在实际业务工作中，除了绘制地面天气图（简称天气图）外，还绘制等压面图（简称高空图），以及探空图、剖面图、单站高空风图等辅助图表。
天气分析就是根据天气学和动力气象学原理，对天气图和其它大气探测资料所做的用于揭示天气性状的分析。天气分析是制作天气预报的重要步骤和前提，目的是了解天气系统的分布和空间结构、演变过程及其与天气现象的关系，为制作天气预报提供依据。因此，只有对天气形势作出正确的分析后，才有可能作出正确的天气预报。
出天气预报。因此，天气图是制作天气预报的基本工具之一。
§1.1 天气图底图
天气图底图是用来填写各地气象站观测记录的特种空白地图。天气图底图上标绘有经纬度、海陆分布、地形等，以便分析时考虑下垫面对天气的影响。底图上还标有气象站的区号、站号和主要城市名称，供填图和预报时使用。底图上的范围和比例尺的大小主要根据天气分析内容、预报时效、季节和地区等而定。本节将简单地介绍天气图底图投影的有关知识。
一、地图投影
地球是一个椭球体，长轴半径长6378.2km，短轴半径长6356.9km，相差0.3%，可以近似地看做是圆球体。把具有球形的地球表面情况表现在平面上，必须要有专门的投影技术。一般将地球上的经、纬线及海岸线在平面上表示出来的方法叫做地图投影。地图投影的方法有很多种，在天气分析和预报工作中，选择地图投影方法时，主要考虑以下几点:
（1）正形：即在每一点上，经圈及纬圈的缩尺一样，地球上两交线间的交角也保持不变，这样可保持地区的形状。
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（2）等面积：即各区域的缩尺一样，因而在底图上的任一区域的面积，都与实际地球表面该区域的面积有一定比例关系，但形状和方向有差异。
（3）正向：即保持方向准确，各区域经纬线都正交。
在天气分析上主要考虑正向和正形，因为这样可以保证图上风向的准确以及气压系统的形状和移动方向与实际相同。常用的天气图底图有以下三种：
1、兰勃特(Lambert)正形圆锥投影
这种投影法也称双标准纬线圆锥投影法，是将平面图纸卷成圆锥形，与地球仪的30o和60o纬圈相割，并把光源置于地球中心(图1.1中的O点)，将经纬线及地形投影到圆锥形的图纸上，然后将图纸展开成扇形，再加适当订正，即得兰勃特投影图(图1.2)。
在这种投影图上，经线呈放射形直线，纬线呈同心圆弧，相割的两纬圈(30o和60o)的长度与地球仪上对应处的实际长度相符，称为标准纬线。在两标准纬线之内各纬圈的长度相应地缩小了。而在两标准纬线之外各纬圈的长度则相应地放大了。这种图的中纬度部分基本满足正向和正形的要求，因此，最适用于作中纬度地区的天气图。欧亚高空图和地面图一般都采用这种投影。
图1.1 双标准纬圈圆锥投影法 图1.2 兰勃特投影图
2、极射赤面投影
这种投影方法是将光源置于南极S，平面图纸MN与北纬60o相交割，把地球表面上各点投影在此平面图纸上。例如球面上A、B、C、D四点分别投影到平面MN上A’、B'、C'、D’的位置上，用这种投影法作成的地图，其经线为一组由北极向赤道发出的放射形直线，纬线为一组围绕北极的同心圆(图1.3和图1.4)。这种投影保持正向和正形，但放大率随纬度的不同而不同。纬度愈低，放大率愈大。这种图表现高纬度地区比较真实，一般用作北半球天气图和极地天气图。
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图1.3极射赤面投影法 图1.4极射赤面投影北半球图
3、墨卡托(Mercator)投影
这种投影方法如图1.5所示，用一圆筒面与南北纬度22.5o圈相交，光源放在地球中心进行投影。把圆筒展开便作成一张地图。在这种地图上经、纬线都是以直线表示的。
由于在低纬地区用这种投影与实况较为接近，而在高纬地区投影面积放大倍数太大。所以这种图主要适用于作赤道或低纬地区的天气图底图(图1.6)。
图1.5墨卡托投影法 图1.6 墨卡托投影图
在天气图上作各种物理量计算时，常要考虑地图投影法的放大率(或放大系数)。从天气学的要求考虑，希望放大系数能近于1。为了便于参考，我们把各种投影法的放大系数m值列于表1.1中。
二、地图比例尺
地图上两点间的长度与地表上相应两点间的实际长度之比，叫做比例尺，或称缩尺。其表示法主要有：
（1）比例式：如1:10000000即地图上的lcm相当于实际100km。 （2）图解式：如右图所示。
（3）斜线图解尺或称复式图解尺，如图1.7所示。
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表1.1三种投影图各纬圈放大系数 投影法 放大系数m 兰勃特投影法 — 1.293 1.084 1.000 0.968 0.970 1.000 — 1.058 1.150 1.283 极射赤面投影法 0.933 0.939 0.962 1.000 1.056 1.136 1.244 — 1.390 1.589 1.865 墨卡托投影法 ∞ 5.318 2.709 1.847 1.437 1.206 1.066 1.000 0.983 0.938 0.924 纬度 90o 80o 70o 60o 50o 40o 30o 22.5o 20o 10o 0o 由于兰勃特正形圆锥投影图在各纬度上放大率是不同的，故需用复式图解尺表示其缩尺。其特点就是对不同的纬度用不同的缩尺来表示，使用时必须注意与纬度配合，才能正确表示出实际距离。
在我国常用的天气图上有时同时用(1)和(3)两种表示法标出。
天气图底图缩尺的大小与所要分析的天气客体的规模和底图范围有关。小缩尺的底图适宜于研究大规模的天气客体，大缩尺的底图只适宜于研究规模小的天气客体。对于我们研究大规模的天气客体来说，地图缩尺二般为千万分之一到几千万分之一。我国目前所用的东亚天气图的缩尺为1:10000000，即图上lcm相当于实际100km；欧亚天气图的缩尺为1:20000000，即图上lcm相当于实际200km；北半球天气图的缩尺为1:30000000，即图上lcm相当于实际300km。
关于底图范围大小的选择，主要视预报的时效和季节而定，如用作中长期天气预报的底图范围就应该大一些，甚至需要整个北半球天气图。在冬半年，高纬大气活动(如寒潮的侵袭)对我国影响较大，故底图范围应包括极地或极地的一部分；在夏半年，低纬度和太平洋上的大气活动(如台风、副热带高压)对我国影响较大，故底图上低纬度和太平洋区域应多占些面积。处于中纬度地带的我国，主要受西风带的天气系统影响和控制。为了预先察觉从西边或西北边来的天气系统的侵入，底图的范围应尽量包括我国西部或西北部地区。
图1.7 复式图解尺
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§1.2 天气图分析的基础知识
要正确地进行天气图分析，首先要清楚天气图上各种符号、记录的含义，以及在天气分析中一些常用的或专业的名词和概念。下面简要介绍天气图分析中的有关基础知识。
一、一些常用专业名词的含义 1、天气
一定地区某一时刻或某一时段内的大气综合状态。通常用气温、气压、湿度以及发生在大气中的风、云、雨、雪、雷电等现象来表示。也有把影响人类日常生活、生产的大气现象和状态，例如阴、晴、冷、暖、干、湿等作为天气的。
2、天气系统
在气象要素空间分布上具有典型特征的大气运动系统。是气旋(低气压)、反气旋(高气压）、锋、高空槽（切变线）脊、台风、飑线、龙卷、雷暴、热带云团等系统的总称。习惯上，称发生在温带地区的天气系统为温带天气系统，发生在热带 (副热带)地区的为热带 (副热带)天气系统。
3、天气分析
根据天气学和动力气象学原理，对天气图和各种大气探测资料进行的描述、操作、推断的过程。目的是了解天气系统的分布和空间结构、演变过程及其与天气变化的关系，为制作天气预报提供依据。
对天气图的分析内容主要包括:
(1)气压场分析，通常用等压线或等位势高度线的分布表示气压的空间分布。 (2)气温场分析，通常用等温线的分布表示气温分布和大气的热力结构。 (3)湿度场分析，通常用等比湿线或等露点线的分布表示大气中水汽含量的分布。
(4)风场分析，通常用流线和等风速线表示大气的流动状态。
天气图分析采用的方法有传统的手工分析和客观分析两种。客观分析是利用计算机将分布不规则的气象站的观测资料内插到规则的网络点上，然后进行等值线分析。随着大量非常规气象资料的增加，又提出了最优(统计)插值、分析与预报模式相结合的“四维同化”分析方案。
大气探测资料分析，包括气象要素场的诊断分析、卫星云图分析和雷达回波图分析等。诊断分析是对某时刻的各种大气物理量，如垂直速度、涡度、散度、水汽通量、水汽通量散度、能量场等作出的计算，借以寻求其空间分布特征及其与天气系统发生、发展的关系。卫星云图分析是对气象卫星云图上的各种云系的性状、大范围分布和某些特征云型的分析，借以识别各类天气系统，判断其位置、强度、推断其发展趋势，估计降水和风，进而预报未来的天气。雷达回波图分析，是对天气雷达回波的形态、强度、结构、分布和变化特征等所作的分析，借以了
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