高空天气分析

第三节　高空天气分析

早先人们在地面通过目测或间接推断，也知道了一些高空的情况。到本世纪20年代末期，由于发明了无线电探空仪，直接获得了高空气象资料，从而开始分析高空天气图。在实践中发现，高空气流在运行中不是成直线的，而是曲曲弯弯，一会儿向南，一会儿朝北，呈曲线运动，好似波浪。而且在渡浪式起伏中，峰与峰、谷与谷之间的距离可达几千公里，于是给它起了一个名字叫长波。从大量长波活动中又发现了它们的移动是有规律的，把这些规律上升为理论，叫做长波理论。长波与地面高、低压等之间的配置与逐渐被人们认识了。自此，气象学进入了一个立体的（三度空间）分析阶段，并逐步完善了天气图预报方法。预报时效也从未来1～2天延伸到2～4天了。这是气象科学上的第二次大进展。

一、向高空的进军

既然在气是立体的，就得想方设法去探测高空的情况。而且航空事业的发展也迫切需要了解高空气象情况，飞机的飞行高度至今还是靠气压表测量出来的。

早在1949年，首次试放了装有温度表的风筝，这是最古老的直接探测高空大气的尝试。但风筝毕竟不能升得很高。1783年6月5日，法国一对兄弟发明了热空气气球。不久，他们把一只鸡、一只鸭、一只羊一起放在热气球吊篮里试飞——成功了！随后，杰佛里斯博士带了气压、气温、湿度等气象仪器，乘坐这种气球第一次飞越英吉利海峡。这可以说是人类第一次升空飞行。也是第一次名副其实地对高空气象进行直接观测。

随着电子技术的发展，一种能代替人升到高空采集气象资料的仪器出现了，这就是无线电探空仪。它是一个重约两千克的电子仪器，悬挂在氢气球下升入空中。它能将测得的气象情况，用无线电讯号发射到地面接受站。现在气球探空的高度一般约30千米，少数可达40千米。从气球上升路径的每一个高度上，可获得气压、温度和湿度的数值。

在无线电探空仪出现以后，自1928年开始，欧洲放了大量探空气球，得到了许多有价值的结果。但是直到第二次世界大战中以及战后，高空观测网才真正建立起来。又经过了多年的扩建，现在全球约有1000多个无线电探空站，形成了韵高空探测网。这些测站每天在统一的世界时00点和12点定时观测两次，观测完毕以后，立即把观测的结果，按照一定的规格编成气象电码，迅速集中到各个气象中心。被集中的还有地面站的观测结果，这些资料是做天气预报的重要依据。

二、动力气象学促进了天气预报的发展

天气预报的进展，是三个方面工作的结果：一是设计仪器，设法取得更多的实际观测资料；二是对观测资料进行整理、分析和概括，揭露实际的状况；三是探讨其物理原因。这三方面的工作是在同时进行着的。从物理的角度研究大气运动的原因和特点，形成了一门学问，叫做动力气象学。在高空观测发展的条件下，到本世纪的40年代，动力气象学有了很大的发展。

现在天气预报的发展和动力气象学的关系日益密切。因为感觉到的东西，我们不能立刻理解它，只有理解了的东西才能更深刻地感觉它。

大气中有各式各样的运动，形成各种天气系统，它们空间上的规模很不相同，时间上生命的长短也大相径庭。一般说来，天气系统的空间规模越大，它维持的时间也越长，就说它尺度大。对于波动，相邻的槽线和脊线之间的距离称为波长。波长常被用来表示波动的尺度。在地面图上的天气系统如高压小气旋波等，尺度约为一千千米左右，高空图上沿着地球纬圈运动的风带，例如中、高纬度西风带和低纬度的东风带是尺度最大的运动。西风带上的行星波尺度为几千千米，被称为长波，尺度达万千米以上的叫超长波。副热带高压也属于长波尺度或超长波尺度。高空的长波移动缓慢，它们常在一定地理区域摆动，带有准静止的特性。

短波多半是低层的现象，与气旋相联系，相对于长波来说是向前移动的，就好像受着长波的牵引在“随大流”。

还有些比短波尺度更小的系统，它们造成小范围地区里短时间的剧烈天气，这些系统只有几千米到一两百千米，称为次天气尺度，维持时间一般只有几小时，如造成大雨和暴雨的飑线。水平尺度在2千米以下，时间尺度在1小时以内的系统如龙卷、雷暴，叫做小尺度系统。次天气尺度和小尺度系统在天气图上反映不出来。

大气运动包括空间为几千米到几万千米，时间尺度为几小时到几周的不同尺度的天气系统。不同尺度的大气运动有很不相同的物理特性。40年代气象学家创立了上述的尺度理论，利用它可以粗略地判明对某一尺度运动的主要特点，使理论研究和实际预报天气获益非浅。大气运动的尺度划分是很重要的，但大气的不同尺度运动又是相互制约的，从这一点讲，它们又是不可分的。一种天气过程包括几种尺度的运动，因此天气预报是极为复杂的一项工作。

在锋面理论之后，又形成了长波理论，地转风理论、斜压不稳定等大气动力学理论。这些理论的出现，促进了人们把天气预报作为一个物理问题来研究，从而使气象学走上了正确的轨道，发展成了一门近代的科学。动力气象的发展成熟解释了从经验得来的许多规律，启示了天气系统发生发展的根源，并且还提出了一些预报方法或着眼点，直接对天气预报产生了指导作用。