假相当位温（pseudo equivalent potential temperature）是用来描述大气中水汽和干空气的混合度的术语。在气象学中，假相当位温可以作为涡度方程的坐标，用于研究拉普拉斯方程和大气中的水汽输送问题。Python MetPy是一个非常流行的Python库，可以计算大气学中的各种物理量和公式，包括假相当位温。本文将从多个方面阐述如何使用Python MetPy计算假相当位温。
一、MetPy的安装
在介绍如何计算假相当位温之前，我们需要先安装Python MetPy库。可以使用以下命令安装：
pip install metpy安装成功后，我们可以使用以下命令检查安装是否成功：
import metpy
print(metpy.__version__)二、计算假相当位温的基本步骤
计算假相当位温的基本步骤如下：
- 获取气压、温度、露点温度的原始数据
- 将数据转换为MetPy可以使用的单位
- 计算混合比
- 计算干空气温度
- 计算等湿位温
- 计算假相当位温
三、获取气压、温度和露点温度数据
获取气压、温度和露点温度的原始数据通常需要通过气象探空仪或气象卫星等方式获取。由于这些数据并不是本文的重点，我们将使用MetPy库提供的样例数据进行示范：
import numpy as np
import pandas as pd
import metpy.calc as mpcalc
from metpy.units import units
p = np.array([1000., 975., 950., 925., 900., 875., 850.]) * units.mbar
t = np.array([20.0, 18.6, 17.0, 15.6, 14.2, 12.8, 11.4]) * units.degC
td = np.array([19.0, 17.6, 14.7, 13.6, 12.2, 10.9, 9.6]) * units.degC以上代码定义了压强数组p、温度数组t和露点温度数组td。这些数组都使用了MetPy的Units对象，即包含了数值和单位。这是为了在后续的计算中方便统一处理单位。
四、转换为MetPy可以使用的单位
在计算之前，需要将始发数据的单位转化为MetPy可以使用的单位。这个过程非常简单，只需要使用MetPy提供的to函数即可：
t = t.to('kelvin')
td = td.to('kelvin')以上代码将温度和露点温度的单位转换为Kelvin。
五、计算混合比
混合比是描述空气中所含水分的重要参数。可以用以下公式计算混合比：
mixing_ratio = mpcalc.saturation_mixing_ratio(p, td)mplcalc的saturation_mixing_ratio函数返回的是与压力和露点温度相应的饱和混合比。
六、计算干空气温度
干空气温度是指空气中不含水分的温度。可以用以下公式计算干空气温度：
dry_temperature = mpcalc.dry_lapse(p, t)mplcalc的dry_lapse函数返回的是沿气压垂直变化时的干绝热温度变化。
七、计算等湿位温
等湿位温是指单位质量干空气上升到某个压力高度时所具有的温度。可以用以下公式计算等湿位温：
wetbulb_temperature = mpcalc.wet_bulb_temperature(p, t, td)
moist_lapse_rate = mpcalc.moist_lapse(mixing_ratio)
wetbulb_pot_temperature = mpcalc.potential_temperature(p, wetbulb_temperature)
wetbulb_equivalent_pot_temperature = mpcalc.equivalent_potential_temperature(p, wetbulb_temperature, mixing_ratio)
wetbulb_LCL_pressure, wetbulb_LCL_temperature = mpcalc.lcl(p[0], t[0], td[0])
wetbulb_LFC_pressure, wetbulb_LFC_temperature = mpcalc.lfc(p, t, td)以上代码中，我们使用了Mplcalc库的几个计算函数，包括wet_bulb_temperature函数、moist_lapse函数、potential_temperature函数、equivalent_potential_temperature函数、lcl函数和lfc函数。
八、计算假相当位温
有了等湿位温，就可以计算假相当位温了。可以用以下公式计算假相当位温：
pseudo_eq_pot_temperature = mpcalc.pseudoadiabatic_lapse_rate(p, wetbulb_temperature, 1000 * units.mbar, wetbulb_LCL_temperature).to('degC')mplcalc的pseudoadiabatic_lapse_rate函数返回的是伪绝热降率，即从一个压力高度到另一个压力高度的绝热温度变化率。我们还使用了to函数将结果转换为摄氏度。
九、总结
本文从MetPy的安装、计算假相当位温的基本步骤、获取气压、温度和露点温度数据、转换为MetPy可以使用的单位、计算混合比、计算干空气温度、计算等湿位温和计算假相当位温等多个方面进行了详细的介绍。希望本文的介绍对Python MetPy的爱好者有所帮助。