天氣學分析診斷：第六章 降水成因的診斷分析

1、天氣學診斷分析,第六章 降水成因的診斷分析,不僅發(fā)生在沿海，而且出現在內陸; 華南沿海和東南沿海的降水量極值多數由臺風引起; 長江中下游和淮河流域暴雨主要由67月梅雨鋒上西南渦所引起; 黃河中下游和海河流域的暴雨主要是四川移出的西南渦和青海移出的西北渦造成 東北的暴雨與臺風、東北冷渦、鋒面有關 暴雨極值與地形有關，多發(fā)于暖季,中國暴雨的分布特征,受以下系統(tǒng)的影響： 西太平洋副熱帶高壓脊線（北側8-10緯度） 100hPa青藏高壓（北側） 副熱帶西風急流（南側） 東亞季風季節(jié)變化,1、降水形成過程 2、水汽方程和降水率 3、水汽條件的診斷分析,本章內容：,1,降水形成過程,1.一般降水的形成過程

2、,水汽條件 垂直運動條件 云滴增長條件 微觀過程,宏觀過程,冰晶效應 碰撞合并,云滴增長取決于云層厚度，云層厚度取決于水汽條件和垂直運動條件。 因此，降水分析就是對水汽條件和垂直運動條件進行分析,1,降水形成過程,1.一般降水的形成過程,環(huán)流形勢,（1）連續(xù)暴雨的必要前提：副高脊，長波槽， 切變線、靜止鋒、大型冷渦等長期穩(wěn)定 （2）影響系統(tǒng)：短波槽、低渦、氣旋等,充分的水汽供應 強烈的上升運動 較長的持續(xù)時間,1,降水形成過程,2. 暴雨形成條件,形成暴雨的必要條件之一，是要有足夠多的水汽供應。 對于水汽的診斷分析是進行降水成因診斷分析的重要內容。 包括對水汽含量、水汽源與匯、水汽輸送條件等的

3、診斷分析。,1,降水形成過程,2. 暴雨形成條件,2,水汽方程和降水率,1. 水汽方程,表示水汽輸送和變化的基 本方程。,（q：比濕； c：蒸發(fā)）,2. 降水率,設I是單位時間內降落在地面單位面積上的總降水量，稱為降水強度或降水率。,（qs：飽和比濕）,2,水汽方程和降水率,總降水量：,2. 降水率,2,水汽方程和降水率,3,水汽條件的診斷分析,1. 水汽含量與飽和程度,（1）各層水汽含量： 各層比濕或露點,3,水汽條件的診斷分析,1. 水汽含量與飽和程度,（2）各層飽和程度： 在等壓面上分析等（T-Td）線，用以表示空 氣的飽和程度 。 T-Td2 飽和區(qū) T-Td4-5 濕區(qū) 在等壓面上分

4、析等RH線： 相對濕度 f 90% 飽和區(qū),第 17 頁,90,95,第 19 頁,3,水汽條件的診斷分析,1. 水汽含量與飽和程度,（3） 濕層厚度 : 濕層即飽和層，濕層越厚，降水越強。 看物理量的垂直剖面，或單站的TlogP圖,第 21 頁,狀態(tài)曲線（氣塊）：參考線,層結曲線（大氣）：環(huán)境大氣熱力特征,露壓曲線（Td）,第 22 頁,第 23 頁,（1）定義： 將一地區(qū)上空整層大氣的水汽全部凝結并降至地面的降水量稱為該地區(qū)的可降水量（PW）。 （單位（mm），量級101） （2） 表達式：,3,水汽條件的診斷分析,2. 可降水量,由于水汽絕大部分集中在對流層低層，積分上限可取至300hP

5、a至400hPa。某地區(qū)可降水量的大小表示了該地區(qū)整層大氣的水汽含量。,第 25 頁,附：可降水量計算公式推導,第 26 頁,附：可降水量計算公式推導,第 27 頁,附：可降水量計算公式推導,第 28 頁,附：可降水量計算公式推導,附：可降水量計算公式推導,一般情況下，可降水量比實際降水量約大1到2倍。但較強的降水系統(tǒng)中（暴雨），實際降水量往往顯著超過可降水量。 單靠大氣中現存的水汽不夠產生較大的降水量（在含水量較多的積雨云中，即使云中含水量全部降落（稱為可能降水量），也只有10-20mm）。 造成中國達到暴雨以上的氣團，一般是太平洋、南海和印度洋上生成的熱帶海洋氣團或赤道氣團，非常潮濕，它們

6、最大的可能降水量也只有50mm，而一次暴雨往往一天能下100-200mm，因此，要下一場暴雨必須要有水汽源源不斷地由云從外輸入，云內水汽又不斷凝結才有可能。這就需要分析水汽的輸送情況。,3,水汽條件的診斷分析,2. 可降水量,3. 水汽通量水汽輸送,定義： 單位時間通過與水平風速 相垂直的單位面積的水汽量。,（矢量）,3,水汽條件的診斷分析,它表示水汽輸送的強度和方向，有水平分量和垂直分量兩種.,（1）水平水汽通量： 平常所說的水汽輸送，多數情況下是指水平水汽通量。 它是指單位時間內流經與氣流方向正交的單位截面積的水汽質量，它表征水汽的來源，水汽量的大小與天氣系統(tǒng)之間的關系。其方向與風向相同，

7、單位為g/(cmhPas)，計算表達式為：,（矢量）,3,水汽條件的診斷分析,3. 水汽通量,附：水平水汽通量表達式及單位推導,水平水汽通量示意圖,附：水平水汽通量表達式及單位推導,（1）水平水汽通量： 單位為g/(cmhPas),（矢量）,3,水汽條件的診斷分析,3. 水汽通量,（2）垂直水汽通量： 一般來說，水汽向上輸送，才能增厚濕層，產生凝結，成云致雨。因此，當討論暴雨過程的水汽收支問題時，往往需要計算垂直水汽通量。 垂直水汽通量是指單位時間內流經單位水平面向上輸送的水汽通量。單位為gcm-2s-1，表達式為：,（矢量）,3,水汽條件的診斷分析,3. 水汽通量,：z坐標系下的垂直速度。當

8、有上升運動時，w0，垂直汽通量Fz0,從水汽通量的數值和方向，只能了解暴雨過程的水汽來源，以及這種水汽輸送和某些天氣系統(tǒng)的關系。 降水過程中，水汽一面凝結降落，一面有水汽向降水區(qū)補充，實際暴雨產生前后空氣中水汽含量無明顯變化； 暴雨預報時，不僅了解水汽的來源，還要看水汽在何處集中。水汽通量輻合中心是預報暴雨落區(qū)的一個很好的指標，然后根據水汽收支情況計算可能達到的降水強度。,3,水汽條件的診斷分析,3. 水汽通量,局限性：,（1）含義： 水平水汽通量散度指單位時間、單位體積內水汽的水平凈流入或凈流出量. （2）表達式: 單位為g/(cm2hPas)，量級為10-7,3,水汽條件的診斷分析,4 水

9、汽通量散度水汽收支,反映水汽通量的輻散（水汽減少）和輻合（水汽增加）,水汽通量,水汽通量散度,水汽通量,水汽通量散度,（3） 降水率： 整層大氣的水汽水平通量散度即為降水率。I=-D,3,水汽條件的診斷分析,4 水汽通量散度水汽收支,中國降水與水汽通量散度關系實例,2010.07.11.20 500hPa 水汽通量散度,700hPa,850 hPa,2010.07.11.08-12.08降水實況,2010.07.19.20 500hPa 水汽通量散度,700hPa,850hPa,2010.07.19.08-20.08 降水實況,第 49 頁,2010年5月，江西出現兩次大暴雨過程。 2次大暴雨

10、過程都有比較強水汽通量輸送，輸送層主要集中在500hPa以下。 最強輸送通道在850hPa到500hPa之間; 當強水汽通量中心東移到116E以東時，江西中部或西部上空水汽通量強度值小于8 ，表明有利于降水發(fā)生的水汽通道被切斷，江西暴雨迅速減弱或消失。,500hPa,500hPa,第 50 頁,底層850hPa的水汽通量散度與降水具有更好的關系。 水汽的輸送集中在500hPa以下。,（4）有關水汽通量散度的使用經驗： 1）大氣中的水汽主要集中在對流層的下半部，這種計算一般只計算到500hPa等壓面即可。 2）暴雨落區(qū)多數都似乎水汽輻合區(qū)，一般只計算850hPa、700hPa、500hPa三層的

11、水汽通量散度之和，有時邊界層的水汽通量散度也很重要。 3）低層的水汽通量散度比高層的水汽通量散度反映降水的強度更明顯一些。 4）水汽通量是表示水汽輸送強度的物理量，代表著水汽輸送的大小和方向；水汽通量散度表示水汽的源和匯，即水汽通量收支。,3,水汽條件的診斷分析,4 水汽通量散度水汽收支,1,降水的形成與診斷,三、水汽條件的診斷分析,5 水汽的局地變化,由上式可看出，某地區(qū)水汽的局地變化取決于以下四項：比濕平流、比濕垂直輸送、凝結、蒸發(fā)和湍流擴散,1,降水的形成與診斷,三、水汽條件的診斷分析,5 水汽的局地變化,（1）比濕平流：濕平流引起局地比濕增加，干平流引起局地比濕減少. （2）比濕垂直輸

12、送：一般低層濕度大于高層，因此某層上升運動將使局地比濕增加，下沉運動將使局地比濕減少. （3）凝結、蒸發(fā)：凝結時使局地比濕減少，蒸發(fā)時使局地比濕增加.,1,降水的形成與診斷,三、水汽條件的診斷分析,5 水汽的局地變化,（4） 湍流擴散：湍流擴散在垂直方向主要使水面和下墊面蒸發(fā)的水汽向上輸送到高層大氣中去，一般在大型降水中不考慮。,降水產生之前： 降水產生之后：,四項比較：,各標準等壓面上的高度、溫度、溫度露點差； 風的垂直切變（熱成風）； 上下兩層等壓面上的地轉風的矢量差為熱成風。 熱成風方向與氣層間平均等溫線平行，背風而立，高溫在右。 風隨高度順轉，有暖平流；逆轉有冷平流。 不穩(wěn)定層結； 逆溫層（層結曲線隨高度向右傾斜） 等溫層（層結曲線垂直于橫軸） 逆溫、等溫、遞減率小的層結都是不穩(wěn)定層，對天氣影響較大。 不穩(wěn)定指數；,補充：TlogP圖,（2）探空圖上的其他信息：,注：這些指數，各地區(qū)指標不同