等壓面圖

等壓面圖是繪製等壓面地形圖的方法。等壓面是空間氣壓相等的各點所組成的面。由於同一高度，各地氣壓不相等，等壓面在空間不是平面，而是象地形一樣起伏不平。採用繪製地形圖的方法，用等高線將起伏不平的等壓面投影到平面圖上，就構成了等壓面圖。在等壓面圖上，用等高線表示氣壓的空間分布。

基本介紹

• 中文名：等壓面圖
• 外文名：Isobaric surface diagram
• 定義：空間氣壓相等的各點所組成的面
• 表示：用等高線表示氣壓的空間分布
• 作用：是大範圍天氣形勢預報的基礎
• 別名：等壓面形勢圖，壓面圖

概念

等壓面凸起的地方，表示在同一高度上，氣壓比四周高。在等壓面圖上，是一組閉合等高線構成的高值區，即高壓區。等壓面凹下，表示同一高度上，氣壓比四周低。在等壓面圖上，是一組閉合等高線構成的低值區，即低壓區。因此，在等壓面圖上，由等高線的分布可反映等壓面的起伏，表示氣壓的空間分布狀況。等壓面的高度不是幾何高度，而是位勢高度。位勢高度是以單位質量物體從海平面抬升到空間某高度位置上克服重力所作的功來表示。氣象上通常用的等壓面圖有850百帕、700百帕、500百帕等多種。不同高度的等壓面圖組合起來，不僅反映大范地區高壓、低壓等天氣系統的空間分布狀況，而且能反映高空大氣的結構及其演化規律，它是大範圍天氣形勢預報的基礎。

氣壓/hPa	1000	850	700	500	300	200	100
高度/gpm	111	1458	3013	5575	9166	11786	16180

表1 等壓面和標準大氣壓下位勢高度的關係

等壓面圖的判讀

氣壓是指從觀測高度以上到大氣上界的空氣柱重量。對於同一地點而言，氣壓總是隨著高度的增加而降低。空間氣壓值相等的各點所組成的面就是等壓面。在等壓面圖中，可根據以下內容進行判讀。

根據等壓面的分布

（1）在垂直分布上，高度越高，氣壓值越低。

（2）若海拔相同、冷熱均勻，等壓面與等高線重合且與地面平等。

（3）若地面冷熱不均，等壓面發生彎曲，等壓面向上凸的地方為高壓區，向下凹的地方為低壓區。

（4）同一地區，高空和近地面氣壓高低相反，等壓面凹凸方向相反。

根據等壓面的凹凸

（1）判斷近地面氣溫及熱力環流

等壓面向高凸，高壓區，近地面氣溫低；等壓面向低凹，低壓區，近地面氣溫高。

（2）判斷陸地與海洋，城市與郊區

冬季，近地面等壓面下凹（高空上凸）是海洋；夏季，近地面等壓面下凹（高空上凸）是陸地。城市，近地面等壓面下凹（高空上凸）；郊區，近地面等壓面上凸（高空下凹）。

三維等壓面圖的一種製作方法

基本思路

三維等壓面圖能反映比二維等壓面圖更加形象的大氣運動狀態，製作的基本思路為客觀分析500hPa實時資料，通過格線點數據進行透視投影，成像於視平面，把視平面上的像點變換在微機顯示屏上。然後按自西向東的格點層次連線像點和按低緯向高緯的格點層次連線像點，並進行隱線消除。從而使原二維天氣圖上的等壓線，轉換成高低起伏的曲面，即一幅鳥瞰的三維500hPa等壓面，以曲面的谷峰表示等壓面的槽脊。

技術要點

（1）成像原理

顯示屏只是一個二維平面。用二維空間表示三維空間信息，就需要把三維空間的不同信息，以二維空間中X、Y的不同組合與連線方式反映。取坐標系W—xyz，以XOZ為視平面(投像平面)，視點(觀察者所在位置)在視平面前面(Y<0)，實物在視平面後面(Y>0)。那么實物在視平面上的透視投影如圖1所示。實際上任意一點P在XOZ面上的投影就是P與視點E的連線和XOZ面的交點P'。由三角形相似關係推得像點的坐標為

圖1 透視投影示意圖

x_p=x_v+((x-x_v)/(y-y_v))×y_v

z_p=z_v+((z-z_v)/(y-y_v))×y_v

在實物上選擇能較好地描述實物的點投影。所有點投影完畢後，先把x值相同的所有像點連線，再把少值相同的所有像點連線，消除隱線，便可得到實物的三維圖形。

（2）視見變換

由上面得到的像點，其在視平面上的分布範圍，可能比顯示屏大(或小)得多，必須通過變化方能在顯示屏上正確顯示。要做變化，首先要做如下兩個定義：

①定義視窗。在視平面XOZ上，像點P'分布有一定範圍，即x_p、z_p總有一個上下限，使x_min≤x_p≤x_max，z_min≤z_p≤z_max。為美觀起見，把x_p、z_p的範圍適當放大一些，變成

x_min-△x<x_p<x_max+△x

z_min-△z<z_p<z_max+△z

其中，△x=（x_max-x_min）/20，△z=（z_max-z_min）/20這樣，把P'(x_p，z_p)定義在一矩形區域內，此區域就是視窗，x_p、z_p的上下限成了視窗的框線。

②定義視區。把視窗及其中的像點，一般經變換移至顯示屏上的一矩形區域內進行連線繪圖，此區域就是視區。

把視窗及其內部的像點經過幾何變換，移至視區內的過程叫做視見變換。視見變換中，存在兩個問題：一是坐標系不同.視窗在物坐標系W—xyz中的ZOX子系中，視區在圖2所示的屏坐標系中。二是視窗與視區的形狀大小不同。故把物體從物體空間映射到圖像空間，把物體坐標系中開出的視窗移到屏坐標系中對應的視區，應做如下變換：平移變換，把視窗及其中的圖像一起平移，使視窗的左下角與ZOX系中的原點重合；變比變換，把視窗及其中的圖像一起進行比例變換，使其結果與視區形狀完全一致，大小相等，形成視窗與視區的二一對應關係；③平移變換，把視窗及其中的像點從物坐標系移至屏坐標系中的視區所在位置。變化過程如圖3所示。

圖2 屏坐標系示意圖

（3）製作方法

①坐標系的建立。屏坐標系按圖2方式建立，坐標單位與顯示屏的顯示坐標單位一致，並選好視區。物坐標系的建立，天氣圖取常規天氣圖，即採用Lambert投影，選取範圍假設為：80—120°E，30—50°N。以(75°E，25°N)為原點建立三維直角坐標系，Z軸代表位勢高度，X軸與100°E經線垂直，Y軸與100°E經線平行。

圖3視見變換示意圖

②站點坐標的轉化。把選定區域中測站所處的地理坐標代入上述公式。

轉為直角坐標系中的坐標，從而把測站上空500hPa位勢高度值轉化在物坐標系W—xyz中。

③數據的客觀分析。在W—xyz的子系XOY中，以100°E經線為基線，依顯示屏的解析度確定正方形格線格距，選好格線的邊界，採用逐步訂正法(或其他方法)把轉化過來的位勢高度值格線化，這樣，格點數據成為500hPa等壓面的三維模型值。

④確定視窗。調整好：視點與視平面XOZ的距離；等壓面模型與視平面XOZ的距離；視點與等壓面模型間的相互方位，以便得到一幅等壓面的俯視圖。然後在視平面XOZ上投影成像，確定出視窗。

⑤視見變換。把視窗及其中的內容變換到視區。

⑥連線繪圖。對於視區中的像點，先把在格點形式時y值相同的像點，從左到右連成一條線，然後把格點形式時x值相同像點從下向上連成一條線，並消除隱線，從而得到一幅鳥瞰的三維500hPa等壓面天氣圖。