等压面图

地理学术语

等压面图是绘制等压面地形图的方法。等压面是空间气压相等的各点所组成的面。由于同一高度，各地气压不相等，等压面在空间不是平面，而是像地形一样起伏不平。采用绘制地形图的方法，用等高线将起伏不平的等压面投影到平面图上，就构成了等压面图。在等压面图上，用等高线表示气压的空间分布。

概念

等压面凸起的地方，表示在同一高度上，气压比四周高。在等压面图上，是一组闭合等高线构成的高值区，即高压区。等压面凹下，表示同一高度上，气压比四周低。在等压面图上，是一组闭合等高线构成的低值区，即低压区。因此，在等压面图上，由等高线的分布可反映等压面的起伏，表示气压的空间分布状况。等压面的高度不是几何高度，而是位势高度。位势高度是以单位质量物体从海平面抬升到空间某高度位置上克服重力所作的功来表示。气象上通常用的等压面图有850百帕、700百帕、500百帕等多种。不同高度的等压面图组合起来，不仅反映大范地区高压、低压等天气系统的空间分布状况，而且能反映高空大气的结构及其演化规律，它是大范围天气形势预报的基础。

表1 等压面和标准大气压下位势高度的关系

等压面图的判读

气压是指从观测高度以上到大气上界的空气柱重量。对于同一地点而言，气压总是随着高度的增加而降低。空间气压值相等的各点所组成的面就是等压面。在等压面图中，可根据以下内容进行判读。

根据等压面的分布

（1）在垂直分布上，高度越高，气压值越低。

（2）若海拔相同、冷热均匀，等压面与等高线重合且与地面平等。

（3）若地面冷热不均，等压面发生弯曲，等压面向上凸的地方为高压区，向下凹的地方为低压区。

（4）同一地区，高空和近地面气压高低相反，等压面凹凸方向相反。

根据等压面的凹凸

（1）判断近地面气温及热力环流

等压面向高凸，高压区，近地面气温低；等压面向低凹，低压区，近地面气温高。

（2）判断陆地与海洋，城市与郊区

冬季，近地面等压面下凹（高空上凸）是海洋；夏季，近地面等压面下凹（高空上凸）是陆地。城市，近地面等压面下凹（高空上凸）；郊区，近地面等压面上凸（高空下凹）。

三维等压面图的一种制作方法

基本思路

三维等压面图能反映比二维等压面图更加形象的大气运动状态，制作的基本思路为客观分析500hPa实时资料，通过网格点数据进行透视投影，成像于视平面，把视平面上的像点变换在微机显示屏上。然后按自西向东的格点层次连接像点和按低纬向高纬的格点层次连接像点，并进行隐线消除。从而使原二维天气图上的等压线，转换成高低起伏的曲面，即一幅鸟瞰的三维500hPa等压面，以曲面的谷峰表示等压面的槽脊。

技术要点

（1）成像原理

显示屏只是一个二维平面。用二维空间表示三维空间信息，就需要把三维空间的不同信息，以二维空间中X、Y的不同组合与连线方式反映。取坐标系W—xyz，以XOZ为视平面(投像平面)，视点(观察者所在位置)在视平面前面(Y<0)，实物在视平面后面(Y>0)。那么实物在视平面上的透视投影如图1所示。实际上任意一点P在XOZ面上的投影就是P与视点E的连线和XOZ面的交点P'。由三角形相似关系推得像点的坐标为

xp=xv+((x-xv)/(y-yv))×yv

zp=zv+((z-zv)/(y-yv))×yv

在实物上选择能较好地描述实物的点投影。所有点投影完毕后，先把x值相同的所有像点连线，再把少值相同的所有像点连线，消除隐线，便可得到实物的三维图形。

（2）视见变换

由上面得到的像点，其在视平面上的分布范围，可能比显示屏大(或小)得多，必须通过变化方能在显示屏上正确显示。要做变化，首先要做如下两个定义：

①定义窗口。在视平面XOZ上，像点P'分布有一定范围，即xp、zp总有一个上下限，使xmin≤xp≤xmax，zmin≤zp≤zmax。为美观起见，把xp、zp的范围适当放大一些，变成

xmin-△x

zmin-△z

其中，△x=（xmax-xmin）/20，△z=（zmax-zmin）/20这样，把P'(xp，zp)定义在一矩形区域内，此区域就是窗口，xp、zp的上下限成了窗口的边框。

②定义视区。把窗口及其中的像点，一般经变换移至显示屏上的一矩形区域内进行连线绘图，此区域就是视区。

把窗口及其内部的像点经过几何变换，移至视区内的过程叫做视见变换。视见变换中，存在两个问题：一是坐标系不同.窗口在物坐标系W—xyz中的ZOX子系中，视区在图2所示的屏坐标系中。二是窗口与视区的形状大小不同。故把物体从物体空间映射到图像空间，把物体坐标系中开出的窗口移到屏坐标系中对应的视区，应做如下变换：平移变换，把窗口及其中的图像一起平移，使窗口的左下角与ZOX系中的原点重合；变比变换，把窗口及其中的图像一起进行比例变换，使其结果与视区形状完全一致，大小相等，形成窗口与视区的二一对应关系；③平移变换，把窗口及其中的像点从物坐标系移至屏坐标系中的视区所在位置。变化过程如图3所示。

（3）制作方法

①坐标系的建立。屏坐标系按图2方式建立，坐标单位与显示屏的显示坐标单位一致，并选好视区。物坐标系的建立，天气图取常规天气图，即采用Lambert投影，选取范围假设为：80—120°E，30—50°N。以(75°E，25°N)为原点建立三维直角坐标系，Z轴代表位势高度，X轴与100°E经线垂直，Y轴与100°E经线平行。

②站点坐标的转化。把选定区域中测站所处的地理坐标代入上述公式。

转为直角坐标系中的坐标，从而把测站上空500hPa位势高度值转化在物坐标系W—xyz中。

③数据的客观分析。在W—xyz的子系XOY中，以100°E经线为基线，依显示屏的分辨率确定正方形网格格距，选好网格的边界，采用逐步订正法(或其他方法)把转化过来的位势高度值网格化，这样，格点数据成为500hPa等压面的三维模型值。

④确定窗口。调整好：视点与视平面XOZ的距离；等压面模型与视平面XOZ的距离；视点与等压面模型间的相互方位，以便得到一幅等压面的俯视图。然后在视平面XOZ上投影成像，确定出窗口。

⑤视见变换。把窗口及其中的内容变换到视区。

⑥连线绘图。对于视区中的像点，先把在格点形式时y值相同的像点，从左到右连成一条线，然后把格点形式时x值相同像点从下向上连成一条线，并消除隐线，从而得到一幅鸟瞰的三维500hPa等压面天气图。

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