气团时间尺度为多长时间?
这里涉及到几个概念问题,最好先搞明白:
1.什么是气象要素?什么是气象量?两者的区别是什么? 答:气象观测要获取空气运动的基本规律,就必须同时测定两个基本物理量:气压和气压场的风。前者用来表示气流的位置和大小,后者表示流速的方向。此外还有一些辅助元素,比如气温、相对湿度和大气透明度等。这些要素的数值随着时间持续改变,称为气象要素(meteorological elements)。 而气象量(meteorological quantities)则是在指定的时间内对某个指定位置观测到的特定气象要素的量值。不同要素的时间尺度可能完全不同。例如温度是连续变量,而风是以风向和风速表示的向量变量。它们在时间上的分布具有不同的统计特征。 注意:这里的“时间”指的是时间周期,与日历时间的区别在于一个代表时间段的长度,另一个代表时间点。以秒计量的设备采样率(如每秒钟记录一次)所形成的时间系列就被称为时间序列,这是量化分析的基础。
2.什么是不稳定气体?它的存在形式有哪些? 答:不稳定气体是指温度高于绝对零度,且不具有固定体积的气体。虽然它们没有固定的体积,但具有对应的容量,因此在计量时要将温度和气压都换算到同一标准下,即把温度和气压分别除以同一个参数 k 后,再求和计算。这样得到的不饱和气体压力称为饱和气压(saturated vapor pressure),用 psat 表示。
根据理想气体状态的方程 pv=nRT 可解出: 其中 R 为摩尔气体常数, T 为绝对温度, n 为气体分子个数。 当 t>0K 时,psat 随着 t 的增大而上升;当 t<0K 时, psat 随 t 的减小而上升。上述关系可以用图直观表示如下: 上图中,横坐标代表绝对温度,纵坐标代表每毫升气体所含分子的数目。曲线代表不同温度下的饱和气压,每个点的对应值为在该点处的饱和气压值。由上图可知,随着温度降低,饱和气压不断变大。
3.为什么天气系统总是进行不定积分而不是定积分? 答:这个问题问得好!其实题目中已经回答了这个问题的一部分。因为在实际中不可能进行积分,而是要进行有限个点的求和——这就是不定积分。
之所以选择不定积分是因为这样做能更好地保持数据的原样输入,因为如果进行定积分的话,那么积分区域内的每一个值都需要被重新计算,这将导致原数据被层层削弱直至消失。而使用不定积分时,被积函数在原点附近的选择性采样保证了原数据在被积分域内的大部分区域都被保留。 这是一种“损益相抵”的策略,通过牺牲精确度来换取效率并尽可能多地保存原始信息。因此从信息论的角度来看,这种策略是值得推荐的。