理解和计算对流有效位能（CAPE）

了解对流可用势能 (CAPE)

对流可用势能 (CAPE) 在气象学中对于预测风暴严重程度（包括雷暴和龙卷风）至关重要。CAPE 量化了大气中的浮力，并帮助气象学家了解大气不稳定性。 CAPE 公式包含多个参数，每个参数对于描述大气条件都具有重要意义。

CAPE 公式详情：

CAPE 公式如下：

• LFC = 自然对流水平（米）
• EL = 平衡水平（米）
• g = 重力加速度（~9.81 m/s²）
• θv = 虚拟位温（开尔文）
• Tv = 气团虚拟温度（开尔文）
• Tvp = 周围环境虚拟温度（开尔文）
• dZ = 小垂直增量（米）

了解变量

了解变量对于理解 CAPE 的重要性至关重要：

• 自然对流水平 (LFC)：上升气团最初变得比周围空气更热且密度更小的高度，使其能够自由上升。
• 平衡水平 (EL)：上升气团不再浮力并与环境温度建立平衡的高度。
• 虚拟位温 (θv)：如果气团绝热膨胀或压缩到参考压力，则其温度会达到该温度。
• 虚拟温度 (Tv)：将水分纳入气团温度，从而提供更准确的浮力测量值。
• 重力加速度 (g)：约为 9.81 的常数m/s²。

分解积分

从 LFC 到 EL 的积分表示将垂直剖面上的小片浮力能量相加。 (g/θv) (Tv - Tvp) 项显示浮力如何随温差和重力的影响而变化。

现实生活中的例子：计算 CAPE

为了使这一点具体化，我们来看一个假设的例子：

假设：

• LFC = 1000 米
• EL = 4000 米
• θv = 300 开尔文（平均虚拟位温）
• Tv - Tvp = 5 开尔文（平均温差）
• dZ = 1 米（为简单起见，采用积分步骤）

为简单起见，假设整个高度上的温差和虚拟位温均匀，CAPE 计算可简化为：

摘要

CAPE 测量大气不稳定性，是预测恶劣天气的关键。通过了解其变量和公式，气象学家可以预测天气模式并准确采取预防措施。