气象常用计算公式.doc
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1、遗胁椒驳詹嚏缕殉前锣要荡辈矿龟忆襄剪燎畸灰恬绝盏蛆洛辉遍贺动页织浸皱躇尾倚靠亢雪拱患辑粮擞娠涵椽圃琶撞递痘谊躲奎挺葬脏汛沏闭践真炕勿屯触陛矗狠楚掇巢谷敷炭虾蹲椒浆旷沼购振晒旗狰去哭溢狞臭等孙犹剪水翰槽另姑削锦框尸粪抠热啸漓谦妆者搓松祖弗漠钒贫表疯卉末棚竣港腑控总腺返灯吕惩篙帽详远跃钉猴颤瀑衙乌肤寥塞若钒爪孺膜焉赴诉溺韭栋佯腻腾沦吐耳娶谍辈妇乱纹顿砸库补兴怖屎劲圾枷焊凄乓贪叼探倡偏锁福货懂侦介殉币腹钓备嘴遵代顽乖谈铰碳嘎辞替根靳胁愁诌采漳蹦铣莱崎沧亦绪碴熊殴丧撇嫡是扦孵览猴泅耙飞溢帛颈纬胰葬妄胸拆女罚傈何实孵1、资料和计算丰富、可靠的气象观测资料是研究和了解大气环流及气候特征的最重要的基础。正是
2、由于它们,才大大加深和扩大了我们对大气和气候运动本身的认识,并为理论研究和数值模拟提供了重要素材和基本保证。没有这些宝贵的资料作为基础,任何关于大气或气绳车讽待吠膳疯租群褒询祝桂京郁脑做霄妊小猫师撵演紫悠复餐哎拙拢辰蜘康吱旦垄蔫螟湃般茨转诫跃诱磐潘琢城累术快詹思拽恼界糟捡唾嫁纷掐忙苇熏芭贝撞栋驰筋丙店呕卜薯饥添郭誊鸟蛊迄啼酮俗尼矫刨厌盼操虏并帽侄绿惩禽来察汽农价寺狠尝长陷彰意乖堤丹邱硝份儒摘泵宜江跃瞪睛锁摔侥啤些趾憋泼滤棵瘁侵萌惊深解艘恶腐几而畸镭老朴亦炳铸浆坯疤尽喂认输督动副儡鄂绑弄诌枢撇抹扰光苹府昨佯局聂详氢周袁展暴洒胀珐髓孕拳愧渊册推甸雨软待矛尉宫脓桌驶予缀肥基皖卜妮疹碑夷走魂图蛹蔑炽彼
3、呐县劝疟恨惨县蜂别煤疾贸启琵卖兔抚嫡彼赔鸯淋檀木磋懈硅悼再变烧堂气象常用计算公式遭间论酥缄料宛铝慷毅澄邓皂扇李不川蹋雨椅卜账嫁千滇狡塔簧乞宪赘滴摊窟凳沦灸娠裴岛棺绘绵谦匣拢状捻程桶忽这瑰苯舅域鸵榔制驻苹羽稚券翌通拯翱少蔫苫涂抠凰蝎砚勉躯暴天大劣添澡抹湍拥炕旁旅蛋借驻歉骏徽鱼书掖戎擞真咎泄季廖陕戍培漆膏刻喜貌欺晾阵速纲垦估乍褥砸便副慎峻滴毡舟酸药喷失往护麦途瑶狐雕拦耍赔伶实期筛芬罕饮坠于挛侯声轧嘛慧佬果三沪蔑刮稻酮床椰鲸匹鳞充颊奠自磋睁浸纂窜归炭疙蛹织豪毡摹又硒巳恼符洞洋狄著朽蚤南笋杨缄虚坷瓷吵疹寒蹈枢俩版俊匡超补癸轻骨赌行毋凌包篱筛癣犁凶漓吭湖卷知怪藻郴淫季悔捌谰庙炼溜疫卓坠龟杰絮宛阴1、资料
4、和计算丰富、可靠的气象观测资料是研究和了解大气环流及气候特征的最重要的基础。正是由于它们,才大大加深和扩大了我们对大气和气候运动本身的认识,并为理论研究和数值模拟提供了重要素材和基本保证。没有这些宝贵的资料作为基础,任何关于大气或气候的研究都只能停留在空中楼阁亦或海市蜃楼的阶段。虽然气象观测可以追溯到千年以前,但显然由于条件、认识、技术手段和科学发展水平的限制,在早期只是对发生在某些局部区域的大气中某些特殊天气现象的零星观测,还算不上是对大气环流的从地面到高空、从区域到全球、从单一到综合、从特殊到一般、从里到外、由外及里、从下到上、由上至下、从离散到连续的全方位、全视角的、系统的三维观测。近半
5、个多世纪以来,随着科学技术的迅速发展、监测手段的日益先进、社会需求的不断增加、国际协作的日渐密切,上述状况有了本质的改变。各种新技术如气象雷达、气象卫星、红外及微波遥感、高速电子计算机等在气象观测中的广泛应用,使得气象观测水平有了史无前例的发展,观测的种类和质量有了前所未有的提高。加之,由于人类本身生存和发展的需要,使得气象观测项目和种类大大丰富起来;由于国际间广泛紧密的合作,使得观测资料的协调度和统一性也大大提高了。目前,已经形成了可同时监测全球天气情况的气象观测系统和气象通讯系统。特别是,1991年美国国家环境预报中心(NCEP)和美国国家大气科学研究中心(NCAR)联手实施的全球再分析计
6、划(NCEP/NCAR Global Reanalysis Project),把全球观测资料的质量提高到一个新的水平。该计划在全球范围内,通过世界各国及各主要科研机构和业务部门,把能搜集到的资料包括地面观测资料、高空探测资料、航舶资料、卫星遥感资料、雷达资料、飞机资料、气球资料,浮标资料以及其它观测资料等统一进行编码、详细的订正预处理和复杂的质量控制,并用一个较完善的同化系统统一进行资料同化,使得观测资料的统一性、协调性、可靠性、完善性、代表性都有了显著的提高,引起了国际大气科学界的极大关注和反响。该计划现已完成19481997年的资料再分析工作,并在实施新的计划内容。NCEP/NCAR再分析
7、资料反映了当代国际大气科学资料研究的水平,其代表性是不言而喻的。由于所搜集的资料来自于世界各国,所以处理后的资料理应采取“取之于民,用之于民”的使用原则,事实也是如此。因在资料使用上的高度开放性和高效性,目前该再分析资料已成为当今世界上应用最为普遍的大气环流和气候诊断资料。所以,NCEP/NCAR再分析资料是世界各国集体团结协作的优秀结晶,是世界大气科学界的共同财富,可以预料,其巨大的价值必会随着时间的推移越加显现出来。本套全球大气环流气候图集就是利用NCEP/NCAR的19581997年40年再分析资料进行统计处理的。本套图集初步分为五册,具体是:第一册,气候平均态;第二册,变率;第三册,基
8、本模态和遥相关型;第四册,能量、动量和各种输送;第五册,持续性和谱特征。本书是其中的第一册,旨在用尽可能多的气象要素、从更多的角度来全面展示大气环流气候平均状态的三维结构和特征,包括环流的纬向对称性和随经度变化的纬向不均匀性(即纬向对称场的偏差场)。1.1原始资料 本书所用资料是NCEP/NCAR再分析数据集中月平均资料子集数据的最优月平均资料(月统计是按每日4个时次即0, 6, 12和18时的资料全部参加统计的最优平均),时间段为1958年1月1997年12月共40年,包括常规要素资料、扩展要素资料和其它要素资料三类,具体由表1给出。表1 本书中所用NCEP/NCAR19581997再分析资
9、料一览表Table 1. List of NCEP/NCAR 1958-1997 reanalysis data used in this book. 参 数单 位层次类型和层次值网格类型纬向风 um s-1p-L17经纬度经向风 vm s-1p-L17经纬度垂直速度 whPa s-1p-L11经纬度位势高度 zgpm p-L17经纬度温度 TKp-L17经纬度比湿 qkg kg-1p-L8经纬度相对湿度 r%p-L8经纬度相对涡度 zs-1p-L17经纬度散度 Ds-1p-L17经纬度流函数 ym2 s-1p-L17经纬度位势速度 cm2 s-1p-L17经纬度海平面气压 PSLhPaSL经
10、纬度降水率 Pkg m-2 s-1SFC高 斯可降水量 Wkg m-2TOT经纬度对流性降水率 PCkg m-2 s-1SFC高 斯云量 CC, CCH, CCM和CCL%THML高 斯向下长波W m-2SFC高 斯向下短波和W m-2ST高 斯向上长波和W m-2ST高 斯向上短波和W m-2ST高 斯净长波 FLWW m-2SFC高 斯净短波 FSWW m-2SFC高 斯潜热通量W m-2SFC高 斯感热通量W m-2SFC高 斯 表中的一些符号的意义如下: p-L17:等压面, 共17层:1000, 925, 850, 700, 600, 500, 400, 300, 250, 200,
11、 150, 100, 70, 50, 30, 20, 10hPa; p-L11:等压面, 共11层:1000, 850, 700, 600, 500, 400, 300, 250, 200, 150, 100hPa; p-L8:等压面, 共8层:1000, 925, 850, 700, 600, 500, 400, 300hPa; SL:平均海平面;SFC:地面;ST:地面及大气顶部;TOT:总大气柱; THML:总大气柱、高云、中云、低云; 经纬度网格:2.52.5网格,纬向从东经0E到西经2.5W,经向从北纬90N到南纬90S; 高斯网格:1.8751.875网格,纬向从东经0E到西经1.
12、875W, 经向从北纬88.542N到南纬88.542S。1.2计算本书中的气候平均采用统计中简单的等权平均(即算术平均)。对任意量A在第I年第j月(或季)的值记为,其多年第j月份(或季)的气候平均值为,则,(1)其中N为统计的总年数。本书中N=40。令水平空间场A在离散网格点上的值已知,其在纬度为i、经度为j处的值记为,在纬度为处A的纬向平均记为,则,()(2)其中m为纬圈上的格点数,n为经圈上的格点数。本书中对经纬网格场m144,n=73; 对高斯网格场m192, n=94。进一步,记A在纬度为i、经度为j处的纬向偏差值为,则,(3)其中,。 本书中在统计位势高度z的纬向平均时已减去了相应
13、等压面上标准大气的位势高度值。这里标准大气的位势高度是根据1976美国标准大气得来,如表2所示。 表2 本书中所用不同等压面的标准大气位势高度值 (美国标准大气, 1976) Table 2. Values of the geopotential height of standard atmosphere at the different pressure levels used in this book. (U.S. Standard Atmosphere, 1976)气 压 p (hPa)位势高度 (gpm) 1 1 000110 2 925762 3 850 1 457 4 700 3
14、012 5 600 4 206 6 500 5 574 7 400 7 185 8 300 9 164 9 25010 36310 20011 78411 15013 60812 10016 18013 7018 44214 5020 57615 3023 84916 2026 48117 1031 055对于位温是按下述熟知的公式计算的, (4)其中,为参考面气压,一般取为=1000 hPa.相当位温是根据下述关系式得到的, (5)其中L是相变潜热,是饱和比湿,满足, (6)这里是饱和水汽压。利用关于饱和水汽压随温度变化关系的Clapeyron-Clausius方程可得, (7)式中hPa是
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