为何Metpy两种方法绘制Skew-T图干绝热线结果不同？

问题 #

我尝试在Skew-T对数气压图上绘制一条经过指定气块温压点（p_trg=900hPa，T_trg=15℃）的位温线。Metpy提供两种实现方式：metpy.plots.plot_dry_adiabats（直接绘制干绝热线）和metpy.calc.dry_lapse（生成数值数组后通过SkewT.ax.plot绘制），但两种方法结果存在差异，后者结果看似正确。

两种方法均需设置位于图表边界的起始点，我通过metpy.calc.potential_temperature和metpy.calc.temperature_from_potential_temperature依次计算该点的温压值，实现代码如下：

import matplotlib.pyplot as plt
import metpy.calc as mpcalc
from metpy.units import units
from metpy.plots import SkewT
import numpy as np
# coordinate of the target point
p_trg=900*units.hPa
T_trg=15*units.degC

fig = plt.figure(figsize=(9, 5))
skew = SkewT(fig, rotation=30)

skew.ax.set_xticks(range(-15,26,5))
skew.ax.set_yticks(range(600,1010,50))

skew.ax.set_ylim(1020, 600)
skew.ax.set_xlim(-10,27)

# potential temperature of the line
theta=mpcalc.potential_temperature(p_trg, T_trg)

# point on the border of the chart and on the potential temperature line
p_bord=skew.ax.get_ylim()[0]*units.hPa
T_bord=mpcalc.temperature_from_potential_temperature(p_bord,potential_temperature=theta)

# pressure values to be included in the line (first value on the border)
pressure_levels=np.append(p_bord.magnitude, np.array([1010,900,800,700,600]))*units.hPa

# plot the dry adiabat line
skew.plot_dry_adiabats(t0=[T_bord.magnitude]*T_bord.units,pressure=pressure_levels)

# privide the value of T at each pressur level and plot them
dry_lapse_T=mpcalc.dry_lapse(pressure=pressure_levels, temperature=T_bord,reference_pressure=p_bord)
skew.ax.plot(dry_lapse_T,pressure_levels)

恳请帮忙解释两种方法结果存在差异的原因。

差异原因分析 #

• plot_dry_adiabats参数理解错误：该函数的t0参数要求传入的是位温值（θ），而非边界点的实际温度（T_bord）。你传入了边界点的温度，相当于让函数绘制一条从该温度出发的干绝热过程线，而非对应目标点位温的干绝热线，这是结果偏差的核心原因。
• dry_lapse逻辑完全正确：你先通过位温反算出边界点温度，再用dry_lapse沿干绝热过程计算各气压层的温度，这完全符合位温线的定义——同一干绝热线上所有点的位温相同，因此计算出的温度序列能准确经过目标点。
• 修正方案：使用plot_dry_adiabats时，直接传入目标点的位温theta即可，无需用边界点温度。修正后的代码行应为：

  skew.plot_dry_adiabats(t0=[theta.magnitude]*theta.units, pressure=pressure_levels)
  

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Fabrizio