读者答疑 01 | 西风切变与东风切变
读者答疑 01 | 西风切变与东风切变
01 前言
欢迎大家在公众号留言提问，在能力范围的问题都会尽量出教程答复
读者来信问西风切变是什么？ 风切变是一个重要的气象学概念，它在天气预报和研究中扮演着至关重要的角色。接下来，我将首先介绍风切变的定义及其计算公式，然后通过一个Python项目示例，展示如何计算风切变，并进行绘图。
02 风切变的定义
风切变（Wind Shear）指的是风速或风向在空间上的变化。这种变化可以是垂直风切变，即随着高度的增加风速或风向的变化；也可以是水平风切变，即在同一高度上不同地点风速或风向的变化。风切变对天气系统的发展、特别是对雷暴、热带气旋等极端天气事件的形成和发展具有重要影响。 在这个链接大气科学可视化示例——风切变矢量你可以看到python对垂直风切变的可视化 也没什么神奇的，就是高层的u，v分别减去低层的u，v
03 那么西风切变是？
这时候有小朋友会说就是西风的切变！ 你说对不对嘛，也不算错 但是凡事要讲究科学嘛 看看文献怎么定义
纬向风切变的计算: 以 JTWC 资料标识的 TC 中心为中心, 确定 10X10的正方形网格, 分别在两个不同层次上计算网格内所有格点在该层环境 ( u )风场的风速平均值:
𝑈ws=𝑈¯200−𝑈¯850∘
FROM
东风和西风切变环境下西北太平洋热带气旋快速增强特征的对比 作者:王伟 余锦华
04 温馨提示
由于可视化代码过长隐藏，可点击西风切变与东风切变运行Fork查看 🔜🔜若没有成功加载可视化图，点击运行可以查看 ps:隐藏代码在【代码已被隐藏】所在行，点击所在行，可以看到该行的最右角，会出现个三角形，点击查看即可
05 简单应用
In [2]:
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# 假设的纬向风速数据（单位：m/s），这里使用随机生成的数据作为示例
np.random.seed(42) # 确保示例的可重复性
U_200 = np.random.rand(100) * 10 # 200hPa等压面上纬向风速
U_850 = np.random.rand(100) * 10 # 850hPa等压面上纬向风速
# 计算纬向风速平均值
U_bar_200 = np.mean(U_200)
U_bar_850 = np.mean(U_850)
# 计算纬向风切变
U_ws = U_bar_200 - U_bar_850
# 判断风切变类型
ws_type = "WWS" if U_ws >= 0 else "EWS"
print(f"纬向风切变大小为: {U_ws:.2f}, 类型为: {ws_type}")纬向风切变大小为: -0.28, 类型为: EWS好，既然上面说到TC 下面简单应用一下这个概念
06 确定台风中心
以最低海表压力为准
In [28]:
from netCDF4 import Dataset
from wrf import getvar, interplevel
ncfile = Dataset("/home/mw/input/typhoon9537/wrfout_d01_2019-08-08_18_00_00")
slp = getvar(ncfile, 'slp')
loc = np.where(np.array(slp == slp.min()) == True)
## 因wrf网格密集，检索上下二十格点
##loc[loc[0][0]-20:loc[0][0]+20,loc[1][0]-20:loc[1][0]+20]In [32]:
# 读取气压变量（pressure），以及u和v风速
pressure = getvar(ncfile, "pressure")
u = getvar(ncfile, "ua") # 纬向风速
v = getvar(ncfile, "va") # 经向风速
# 插值到200hPa和500hPa
u_200 = interplevel(u, pressure, 200).loc[loc[0][0]-20:loc[0][0]+20,loc[1][0]-20:loc[1][0]+20]
v_200 = interplevel(v, pressure, 200).loc[loc[0][0]-20:loc[0][0]+20,loc[1][0]-20:loc[1][0]+20]
u_850 = interplevel(u, pressure, 850).loc[loc[0][0]-20:loc[0][0]+20,loc[1][0]-20:loc[1][0]+20]
v_850 = interplevel(v, pressure, 850).loc[loc[0][0]-20:loc[0][0]+20,loc[1][0]-20:loc[1][0]+20]
slp = slp.loc[loc[0][0]-20:loc[0][0]+20,loc[1][0]-20:loc[1][0]+20]In [10]:
u_bar_200 = np.mean(u_200)
u_bar_850 = np.mean(u_850)
# 计算纬向风切变
u_ws = u_bar_200 - u_bar_850
# 判断风切变类型
ws_type = "WWS" if u_ws >= 0 else "EWS"
print(f"纬向风切变大小为: {u_ws:.2f}, 类型为: {ws_type}")纬向风切变大小为: -4.06, 类型为: EWS该台风为东风切变型
07 风切变可视化
08 项目小结
本项目通过一个简单的Python示例，展示了如何使用来计算特定两个高度层之间的西风切变，并通过绘图直观地展示了风切变的概念。 通过本项目，学生不仅能够理解风切变的定义和计算方法，还能够掌握使用Python进行基本的气象数据处理和可视化技巧， 为进一步的气象学习和研究打下坚实的基础。