GrADS學習與使用:渦度和繪製渦度場圖?

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GrADS(Grid Analysis Display System)可以繪製渦度場圖,它本身有自帶的函式hcurl就是計算渦度的。hcurl可以看作h+curl,curl就是捲曲、使捲起來的意思。但是用GrADS繪製渦度場(通常是指相對渦度的垂直分量),前提要知道速度U和速度V才行,也就是資料中要有速度場(u,v)。

GrADS學習與使用:渦度和繪製渦度場圖

工具/原料

GrADS

相對渦度的垂直分量

方法/步驟

渦度。渦度是描述流體(像空氣)的旋轉情況的物理量(向量),單位是1/s。大氣科學中,在北半球,逆時針為正渦度,順時針為負渦度;根據渦度的變化可以瞭解氣壓系統的發生發展。由於地球是旋轉的,一般渦度採用相對渦度(即不考慮地轉渦度)。相對渦度的表示式如下圖:

GrADS學習與使用:渦度和繪製渦度場圖

相對渦度的垂直分量。渦度雖然是個空間向量,但在天氣分析時,一般只計算相對渦度的垂直分量(亦稱垂直相對渦度)。如下,前者是相對渦度的垂直分量的微分形式,後者是相對渦度的垂直分量的差分形式。

GrADS學習與使用:渦度和繪製渦度場圖

利用GrADS繪製相對渦度的垂直分量(垂直相對渦度)場。GrADS中的hcurl函式命令可以通過風場(u,v)匯出渦度場。前提是使用的資料中要有風場資料。下面是一個畫渦度場的gs指令碼。資料描述檔案(model.ctl)所描述的資料中含有風場資料(u,v)。

GrADS學習與使用:渦度和繪製渦度場圖

執行上面的gs檔案,就可以得到500hpa層上的相對渦度的垂直分量(這裡的渦度乘了10000,見gs檔案)。

GrADS學習與使用:渦度和繪製渦度場圖

看到一個問題,填色的區域小於邊框。這個好辦,可以先計算一個相對大點區域的渦度,存到變數vorticity裡面。見如下gs指令碼。

GrADS學習與使用:渦度和繪製渦度場圖

執行上面改進過的gs指令碼,就會得到下面500hPa層上的相對渦度的垂直分量,明顯好一些。

GrADS學習與使用:渦度和繪製渦度場圖

總結來說。渦度是表示空氣微團旋轉情況的物理量。絕對渦度等於相對渦度加上地轉渦度。一般研究大氣採用相對渦度,而且天氣分析時,主要關心相對渦度的垂直分量。在北半球,逆時針為正渦度,順時針為負渦度。

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