[科普中国]-暖脊

简介

气象上，通常需要借助温度场来分析对流层低层暖空气和中高层冷空气及其之间的配比， 需要在对流层低层分析暖脊，在中层分析冷槽。暖脊是指从高温区中延伸出来的较狭长区域， 通常用暖脊线来表征， 即从暖中心出发，沿系列等温度线曲率极大值点勾勒而成。

暖脊线暖脊线的识别和绘制在我国地域， 暖脊线通常呈南到北、西到东或西南到东北的走向 。在我国的气象数据资料分析处理中， 暖脊线的识别和绘制是通过人工或借助计算机软件（如我国的MICAPS－气象信息综合分析处理系统； ）提供的辅助工具人工完成的。其绘制质量难免受到人为因素（ 如经验不足） 的影响， 通过构建合理的算法 ，实现暖脊点的自动提取及暖脊线的自动绘制， 并为基于天气图的自动分析、挖掘出更多的客观天气规律奠定基础。

在地质领域，从数字化地形资料中自动提取山脊线和山谷线的研究相对成熟， 常见的有适于数字化等高线资料的二维算法和适于高程网格数据的三维算法， 分别称为等高线曲率极值法和地形断面极值法，两者均是从数据中提取脊线或谷线上的候选点， 再根据一定的规则对这些候选点进行分析和归类。如果将对流层等压面上的温度值等同于地形高度， 暖脊线与山脊线便具有了类似的几何性质。

断面极值法断面极值法从求取数据格点的梯度入手， 令梯度方向为过数据点的垂直断面的法线方向， 那么， 等值线最大曲率点就是此断面上格点数据的局部极值点。

（1）在真实存在的四条暖脊线附近有一些暖脊候选特征点被提取出来， 特别称这些点为有效点。

（2）有较多的候选特征点不能形成对暖脊线的支撑， 称这些点为无效点。

有效点附近等温线两侧下滑迅速无效点附近等温线下降平缓且等温线密集。在此，特别称前者为陡峰点，后者为坡峰点。

（3）在有效点中，有些点的方向与暖脊线走向不一致（差4 5°），这类点两侧温度值变化一缓一急， 称这类点为坡－陡峰点。面对坡_ 陡峰点． 断面极值法给出的特征点对暖脊而言出现了两点偏差， 即方向偏差和位置偏差。

需要强调的是，上述定义的陡峰点和坡峰点是针对特征点处等值线形态而言的， 而坡－陡峰点则指的是特征点处水平或垂直方向温度值沿其两侧下降的特点。

纠偏算法针对天气图分析的实际需求和人工绘制暖脊线效率低、质量参差不齐的问题， 进行暖脊线自动识别方法的研究。将地形中山脊线的识别方法进一步改进用于暖脊识别， 改进措施是根据对流层温度场的特点进行了改进， 提出的纠偏算法将极值点放宽到准极值区， 有效解决了面对坡－ 陡峰特征点时传统断面极值法出现的方向偏差和位置偏差问题。在函数模型未知的情况下， 根据最小平方误差的思想， 提出基于离散数据点进行曲线拟合的" 光滑中轴算法”，使自动绘制的暖脊线符合气象业务规范与气象专家手工绘制的暖脊线吻合较高。对于测试样本， 在未出现误识的前提下获得了接近9 7 % 的击中率。

暖脊特征点识脊宽： 在断极值点两侧或－ 侧连续存在略低于该极值点的系列点形成准极值K。

显著性脊： 在脊的准脊值两侧温度值迅速下降的脊称为显著性脊。

伸展性特征点： 在特征点两侧， 等值线呈迅速下滑态势的特征点称为伸展性暖脊特征点。显然， 前述定义的陡峰点即为伸展性暖脊特征点， 由多个伸展性暖脊特征点构成的暖脊线一定是沿距离缓慢下降的， 而由多个坡峰点构成的“ 脊” 线则沿距离迅速下降迅速， 反映为一组密集的等值线。

由暖脊的定义可以看出， 在温度值满足极大值阈值的情况下， 等值线水平投影需同时满足曲率足够大的条件。

暖脊自动识别的实现一则可以协助业务员快速准确找出格点数据所反映出来的具有气象意义的特征， 二则特别适合于从多年的气象资料中， 挖掘出与暖脊相关的客观气象信息。再就是， 将该方法做适当改进， 可以实现高度场上脊线的自动识别， 以及副、南亚高压等系统脊线的自动识别。1

雾霾与暖脊从风向和风速分析结果来看，霾天气与地面风向、风速关系密切。雾和霾的天气基本都是在高空存在逆温层，只是逆温层存在的高度不同而已， 逆温层越低雾和霾的天气越严重。霾记录日的出现与天气形势类型有着密切的关系，容易出现空气污染的天气形势主要有：中低层暖脊、中低层冷脊和中低层槽前。但空气污染日的出现不仅仅与高空天气形势类型相关， 还与地面的环流形势、地面气象要素场等有很大的关系。

我国东北地区为高压脊，850 hPa上温度脊伸展到齐齐哈尔市，中高层主要以下沉气流为主，而中低层又有逆温层的存在，大气层结稳定，所以不利于地面污染物的垂直扩散， 地面受高压控制或处于高低压过渡带，近地面水平风力很小，所以容易导致污染物的堆积。2