天氣學(xué)原理和方法 第八章 對(duì)流性天氣過(guò)程

1、第八章 對(duì)流性天氣過(guò)程 在暖季，當(dāng)大氣層結(jié)處于不穩(wěn)定狀態(tài)、空 中有充沛水汽、并有足夠?qū)α鳑_擊力的條 件下，大氣中對(duì)流運(yùn)動(dòng)得到強(qiáng)勁發(fā)展，其 所形成的天氣系統(tǒng)稱對(duì)流性天氣系統(tǒng)，如 雷暴、龍卷、颮線、冰雹等。這些天氣系 統(tǒng)不僅尺度小、生命期短，而且氣象要素 水平梯度很大、天氣現(xiàn)象劇烈，具有很大 破壞力，往往是一種災(zāi)害性天氣系統(tǒng)。 暴雨、冰雹、龍卷、雷暴大風(fēng)等中 尺度強(qiáng)風(fēng)暴天氣能形成嚴(yán)重自然災(zāi) 害，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和軍事活動(dòng)帶 來(lái)重大損失。世界各國(guó)頻數(shù)較高的 自然災(zāi)害是氣象原因造成的，而由 中尺度天氣造成的重大災(zāi)害占有很 大比例。 1.雷暴的結(jié)構(gòu)及雷暴天氣的成因雷暴的結(jié)構(gòu)及雷暴天氣的成因 2.中、小尺度

2、天氣系統(tǒng)中、小尺度天氣系統(tǒng) 3.對(duì)流天氣預(yù)報(bào)的物理基礎(chǔ)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)的物理基礎(chǔ) 4.對(duì)流性天氣預(yù)報(bào)方法對(duì)流性天氣預(yù)報(bào)方法 本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)： （1）雷暴系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征和活動(dòng)規(guī)律 （2）強(qiáng)雷暴云發(fā)生發(fā)展有利條件 （3）雷暴和冰雹天氣過(guò)程的診斷分析和預(yù)報(bào)思路 本章難點(diǎn)：本章難點(diǎn)： （1） 強(qiáng)雷暴云結(jié)構(gòu)特征 （2） 對(duì)流天氣預(yù)報(bào)的物理基礎(chǔ) 對(duì)流性天氣：由大氣中的對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)造 成的，并伴有陣雨、大風(fēng)、冰雹、龍卷等天 氣現(xiàn)象。 對(duì)流性天氣的特征： 對(duì)流性天氣都是對(duì)流旺盛的積雨云（cb） 的產(chǎn)物 對(duì)流性天氣具有范圍小，發(fā)展快的特點(diǎn)。 對(duì)流性天氣發(fā)展劇烈，易形成災(zāi)害。 概述 雷暴：積雨云中所發(fā)生的雷電交

3、作的激烈放 電現(xiàn)象，同時(shí)指產(chǎn)生這種天氣現(xiàn)象的天氣系 統(tǒng)。雷暴是由旺盛積雨云所引起的伴有閃電、 雷鳴和強(qiáng)陣雨的局地風(fēng)暴。 沒(méi)有降水的閃電、雷鳴現(xiàn)象，稱干雷暴。 雷暴過(guò)境時(shí)，氣象要素和天氣現(xiàn)象會(huì)發(fā)生劇 烈變化，如氣壓猛升，風(fēng)向急轉(zhuǎn)，風(fēng)速大增， 氣溫突降，隨后傾盆大雨。強(qiáng)烈的雷暴甚至 帶來(lái)冰雹、龍卷等嚴(yán)重災(zāi)害。 雷暴云：指產(chǎn)生雷暴的積雨云（cb）。 一般雷暴：通常把只伴有陣雨的雷暴 稱為“一般雷暴”。 強(qiáng)雷暴：伴有雷雨、大風(fēng)、冰雹、龍 卷等嚴(yán)重的災(zāi)害性天氣現(xiàn)象之一的雷 暴稱為強(qiáng)雷暴。 一、一般雷暴的結(jié)構(gòu) 1生命史的三個(gè)階段 積云階段（發(fā)展階段） 成熟階段 消散階段 8.1雷暴的結(jié)構(gòu)及雷暴天氣的成 因

4、 2生命史：每個(gè)階段持續(xù)十幾分鐘至半小 時(shí)左右。 水平尺度：約十幾公里至中尺度。 垂直運(yùn)動(dòng)：(垂直速度max15m/s) 垂直運(yùn)動(dòng)在對(duì)流層中層最強(qiáng)（300hpa- 500hpa） 降水分布：云中物態(tài)特征 0等溫線 至-20等溫線之間的區(qū)域主要由過(guò)冷水滴、 雪花、及冰晶組成，而冰晶是從-10附近 開(kāi)始出現(xiàn)，并隨高度逐漸增多。到凍結(jié)高 度，云頂突然向上發(fā)展，至對(duì)流層頂附近 后形成云砧。 二、雷暴群或帶 含義：有許多雷暴單體隨機(jī)聚集成 群或帶（各單體處于不同階段），每個(gè) 單體都具有獨(dú)立的云內(nèi)環(huán)流，都經(jīng)歷發(fā) 展階段、成熟階段和消散階段，并處于 不斷新生和消失的新陳代謝過(guò)程中。 2生命史：幾個(gè)小時(shí)、中尺

5、度。 3. 水平尺度：可達(dá)幾百公里 4每個(gè)單體處于不同的發(fā)展階段。 三、一般雷暴天氣的成因 1雷電雷電 雷電是由積雨云中冰晶“溫差起電” 以及其它起電作用所造成的云與地之間 或云與云之間的放電現(xiàn)象。一般當(dāng)云頂 發(fā)展到-20等溫線高度以上時(shí)，云中便 有了足夠多的冰晶，因此，就會(huì)出現(xiàn)閃 電和雷鳴。 2 陣雨陣雨 在雷暴云中上升氣流最強(qiáng)區(qū)附近，一般 有一大水滴累積區(qū)，當(dāng)累積量超過(guò)上升氣 流承托能力時(shí)，便開(kāi)始降雨。由于累積區(qū) 中的水傾盆而下，因而造成陣雨或暴雨。 陣雨持續(xù)時(shí)間為幾分鐘到一小時(shí)不等，視 雷暴云的強(qiáng)弱及含水量多少而定。 3陣風(fēng)陣風(fēng) 在雷暴云的成熟階段，云中產(chǎn)生的下沉氣流 沖到地表面向四周散

6、開(kāi)造成陣風(fēng)。陣風(fēng)發(fā)生前 風(fēng)力較弱，多偏南風(fēng)。陣風(fēng)發(fā)生時(shí)，風(fēng)向常呈 氣旋式旋轉(zhuǎn)，然后又呈反氣旋式旋轉(zhuǎn)。移動(dòng)緩 慢的雷暴，云下的流出氣流幾乎是徑向（即向 四面八方鋪開(kāi)）的。然而多數(shù)情況下，在雷暴 移向的下風(fēng)方的風(fēng)速要大于上風(fēng)方。 4壓、溫、濕的變化壓、溫、濕的變化 由于下沉氣流中水滴蒸發(fā)，使下沉氣流幾 乎保持飽和狀態(tài)，因此在雷暴云下形成一 個(gè)近乎飽和的冷空氣堆，因其密度較大所 以氣壓較高，這個(gè)高壓叫“雷暴高壓”.當(dāng) 雷暴云向前移動(dòng)時(shí)，云下的雷暴高壓也隨 之向前移動(dòng)，使得測(cè)站氣壓先下降、后上 升，溫度下降（冷空氣堆），相對(duì)濕度上 升，絕對(duì)濕度下降（與溫度有關(guān)，近與飽 和）。 三“穩(wěn)定狀態(tài)”的強(qiáng)雷暴的

7、結(jié)構(gòu) 1 基本概念基本概念 颮暴：以強(qiáng)烈陣風(fēng)為主的強(qiáng)雷暴 雹暴：以嚴(yán)重降雹為主的強(qiáng)雷暴 生命史：較長(zhǎng)，幾小時(shí)十幾小時(shí) 在強(qiáng)垂直切變環(huán)境下發(fā)展起來(lái)的 超級(jí)單體風(fēng)暴、，多單體風(fēng)暴、龍卷風(fēng)暴、 颮線是常見(jiàn)的強(qiáng)風(fēng)暴 具有以下共同特征： 有一支傾斜的上升氣流 有一支下沉氣流從中層進(jìn)入風(fēng)暴，從低層 流出，下沉氣流與入流氣流輻合，使上升運(yùn) 動(dòng)更強(qiáng) 上升氣流合下沉氣流構(gòu)成不對(duì)稱環(huán)流和天 氣系統(tǒng) 強(qiáng)雷暴與一般雷暴的主要區(qū)別： 特定環(huán)流場(chǎng)，強(qiáng)的垂直切變和強(qiáng)的不穩(wěn) 定。 特定的鉛直環(huán)流穩(wěn)定狀態(tài)的含義：當(dāng)強(qiáng) 雷暴發(fā)展到一定階段時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)可以 維持?jǐn)?shù)小時(shí)之久的近乎穩(wěn)定的、較強(qiáng)較大， 以及高度有組織和不對(duì)稱垂直環(huán)流。

8、 （一）超級(jí)單體（一）超級(jí)單體“風(fēng)暴風(fēng)暴 定義及特征： 含義：具有單一的特大的垂直環(huán)流的巨大 的強(qiáng)風(fēng)暴云，是所有對(duì)流風(fēng)暴云中最壯觀和 最強(qiáng)烈的一類風(fēng)暴云 水平尺度：20-40km，垂直尺度：18km 生命史：幾個(gè)小時(shí)，移動(dòng)路徑可達(dá)數(shù)百公 里 環(huán)流：具有強(qiáng)大的非對(duì)稱的有組織的垂直 環(huán)流，前部有上升氣流，后部有下沉氣流 2 結(jié)構(gòu)特征 風(fēng)暴云頂 垂直氣流分兩部分：斜升氣流，下?lián)舯┝?無(wú)（或弱）回波區(qū)（穹窿）在風(fēng)暴云的右 前方形成一個(gè)只有小云滴而沒(méi)有（或很少 有）大水滴的地區(qū)，有時(shí)也可能是無(wú)云的 空穴。在雷達(dá)的RHI照片上便呈現(xiàn)為一個(gè) 無(wú)（或弱）回波區(qū)，它從風(fēng)暴云右翼伸展 到風(fēng)暴云內(nèi)并存在云中向上突入

9、一段距離， 一般稱其為穹窿。上風(fēng)側(cè)是云墻，強(qiáng)回 波區(qū)下風(fēng)側(cè)是前伸懸體回波。 風(fēng)暴的運(yùn)動(dòng)方向一般偏向于對(duì)流云中層 的風(fēng)的右側(cè)。所以這類風(fēng)暴也叫做“右移 強(qiáng)風(fēng)暴”，但有的強(qiáng)風(fēng)暴也可以是左移的。 環(huán)境風(fēng)因?yàn)轱L(fēng)暴云十分高大，因此它迫 使環(huán)境氣流分成兩股繞云而過(guò)，在環(huán)境氣 流與云邊界之間會(huì)發(fā)生渦旋混合作用。 斜升氣流的形成：下?lián)舯┝鞯妮椛饬髋c 進(jìn)入云體的暖濕氣流匯合產(chǎn)生。 下?lián)舯┝鞯男纬桑?降水物的拖拽作用 在中層云外圍繞流干冷氣流被卷入后， 在云體前部逐漸下沉。 在中層，從云后部直接進(jìn)入云中的干空 氣，降水物通過(guò)這種干空氣是強(qiáng)烈蒸發(fā)冷 卻，形成很冷的下沉氣流。 兩支氣流的作用 斜升氣流的作用： 供應(yīng)

10、水汽 促進(jìn)云雨發(fā)展 分迭大小不同的降水物，有利于冰雹的 生成 下?lián)舯┝鞯淖饔茫?到地表面后向四周散開(kāi)，形成強(qiáng)風(fēng) 使上升氣流傾斜，產(chǎn)生斜升氣流 多單體風(fēng)暴多單體風(fēng)暴 含義：由許多較小的處于不同發(fā)展階段雷 暴單體組成，但有一個(gè)統(tǒng)一的垂直環(huán)流的 風(fēng)暴。多單體風(fēng)暴中，對(duì)流單體橫向排成 一行。他們不斷底在雷暴復(fù)合體中的右側(cè) 發(fā)生，在左側(cè)消亡，看起來(lái)風(fēng)暴就象一個(gè) 整體在運(yùn)動(dòng)。雖然每個(gè)單體的生命期不長(zhǎng)， 但通過(guò)單體的連續(xù)更替過(guò)程可使整體的生 命期很長(zhǎng)。 颮線 含義：有許多雷暴單體（其中包括若干 超級(jí)單體）側(cè)向排列而形成的強(qiáng)對(duì)流云帶。 風(fēng)向、風(fēng)速突變的狹窄的強(qiáng)對(duì)流天氣帶。很 具破壞力的嚴(yán)重災(zāi)害性天氣。 水平尺

11、度：長(zhǎng)約幾十至幾百公里，寬約 幾十公里至二百公里。 生命史：幾小時(shí)至十幾小時(shí)。 天氣現(xiàn)象：大風(fēng)、冰雹、龍卷。颮線 過(guò)境時(shí)，風(fēng)向突變、風(fēng)速急增、氣壓驟升、 氣溫劇降，同時(shí)伴有雷暴、暴雨 颮線發(fā)生之前多屬晴好天氣，氣溫較高， 風(fēng)力微弱，風(fēng)向很亂或多偏南風(fēng)，空氣濕 度較大，天氣悶熱，具備雷雨條件。 我國(guó)颮線的地理分布：颮線多發(fā)生在長(zhǎng)江 流域以北地區(qū)，其中內(nèi)蒙、河北、山西、 山東、河南、安徽、江蘇和沿海等地每年 均有發(fā)生。 颮線常出現(xiàn)在氣團(tuán)內(nèi)部或冷鋒前，破 壞性很大，1982年2月28日至3月1日廣 西壯族自治區(qū)發(fā)生的一次颮線，大風(fēng) 風(fēng)速達(dá)10.8-24.0m/s，并伴有大暴雨 和冰雹，在20個(gè)縣造成

12、影響，致使一 客輪翻船沉沒(méi)，147人喪生，經(jīng)濟(jì)損失 達(dá)千萬(wàn)元以上。 四強(qiáng)雷暴天氣的成因 天氣：大風(fēng)（颮）、冰雹、龍卷 颮颮： 含義：伴隨強(qiáng)風(fēng)暴云來(lái)臨，氣壓涌 升，氣溫急降，相對(duì)濕度增大的突然發(fā) 作的強(qiáng)烈陣風(fēng)。颮是強(qiáng)陣風(fēng)的意思 形成的原因：下?lián)舯┝鞯降乇砻嫦?四周散開(kāi)。 冰雹：冰雹： 含義：直徑大于5毫米的固體降水物。 共同特點(diǎn)： 較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)（max15m/s.） 水份累積區(qū)和最大垂直速度區(qū)的高度一般 在零度層以上。 水份累積區(qū)的含水量較為豐富，一般都不 小于15-20克/米3，累積厚度不小于1.5-2.0公 里左右。 有宜于形成“雹胚”的環(huán)境。 云內(nèi)0層的高度適當(dāng)，不太高也不太低。 冰雹的

13、形成過(guò)程：在一般超級(jí)單體雹 云中冰雹的生長(zhǎng)過(guò)程大致經(jīng)歷這樣的過(guò)程： 首先雹胚進(jìn)入斜升氣流之中，斜升氣流把 小冰粒帶到中高層，穿過(guò)過(guò)冷水份累積區(qū)， 然后砧狀流出氣流將小雪粒撒向前方。大 的拋得近，小的拋得遠(yuǎn)。通過(guò)分選作用， 大小雹粒在不同部位下落，重新進(jìn)入斜升 氣流，又開(kāi)始第二次升降。如此循環(huán)數(shù)次， 大雹落在回波墻附近或陣風(fēng)前沿線附 近的后方。而小雹可能降落在離陣風(fēng)前沿 線較遠(yuǎn)的后方或前方 冰雹是從雹云(強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云)中 降落下來(lái)的冰球或冰塊，大的有小碗口 大，常與雷雨、大風(fēng)同時(shí)出現(xiàn)。冰雹發(fā) 生前，天氣悶熱，氣壓下降很多，最高 氣溫可達(dá)30或以上。雹云呈黑色，底 部發(fā)紅，雷聲如推磨隆隆不斷。

14、形成冰 雹的天氣形勢(shì)往往是華東沿海上空為低 壓槽，在華北上空有冷性低壓東南下， 地面圖上暖性低壓內(nèi)有冷鋒南移，并在 午后到傍晚時(shí)影響。冰雹降在雹云移動(dòng) 的路徑上，所以有“雹打一長(zhǎng)線”的說(shuō) 法。 影響江蘇省的冰雹，多半發(fā)生在六七月份。 冰雹路徑有兩條：一條是產(chǎn)生在徐淮地區(qū)或 鹽城北部的冰雹，向南移動(dòng)。另一條是產(chǎn)生 于安徽省中部的冰雹，向東南偏東方向移動(dòng)。 受冰雹襲擊的地區(qū)，莊稼、房屋會(huì)被砸壞， 甚至造成人畜傷亡。 龍卷龍卷 含義：從雷暴云底向下伸展并且到達(dá) 地面的漏斗狀渦旋云柱叫做“龍卷”。龍 卷伸展到地面時(shí)會(huì)引起強(qiáng)烈的旋風(fēng)叫做 “龍卷風(fēng)”。龍卷有時(shí)懸掛在空中，有時(shí) 伸延到地面。出現(xiàn)在陸地上的，

15、稱陸龍卷， 出現(xiàn)在海面上的，稱海龍卷。 龍卷風(fēng)是一種伴隨著高速旋轉(zhuǎn)的漏斗 狀云柱的強(qiáng)風(fēng)渦旋。龍卷風(fēng)中心附近風(fēng)速 可達(dá)100200m/s，最大300m/s， 比臺(tái)風(fēng)近中心最大風(fēng)速大好幾倍。中心氣 壓很低，一般可低至400，最低可 達(dá)200。它具有很大的吸吮作用， 可把海（湖）水吸離海(湖)面，形成水柱。 由于龍卷風(fēng)內(nèi)部空氣極為稀薄，導(dǎo)致溫度 急劇降低，促使水汽迅速凝結(jié)，這是形成 漏斗云柱的重要原因。漏斗云柱的直徑， 平均只有250左右。 龍卷風(fēng)產(chǎn)生于強(qiáng)烈不穩(wěn)定的積雨云中。它 的形成與暖濕空氣強(qiáng)烈上升、冷空氣南下、 地形作用等有關(guān)。它的生命史短暫，一般 維持十幾分鐘到一二小時(shí)，但其破壞力驚 人，能

16、把大樹(shù)連根拔起，建筑物吹倒，或 把部分地面物卷至空中。江蘇省每年幾乎 都有龍卷風(fēng)發(fā)生，但發(fā)生的地點(diǎn)沒(méi)有明顯 規(guī)律。出現(xiàn)的時(shí)間，一般在六七月間，有 時(shí)也發(fā)生在8月上、中旬。 5月8日和9日，強(qiáng)龍卷風(fēng)襲擊美國(guó)俄克拉 荷馬州的俄克拉荷馬城。這次龍卷風(fēng)襲擊 只造成 11人受傷，沒(méi)有造成人員喪亡， 算是一個(gè)奇跡。不過(guò)，龍卷風(fēng)還是造成了 巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)紐約保險(xiǎn)信息研究所 估計(jì)，損失可能達(dá)到6-6.5億美元。這次龍 卷風(fēng)的行進(jìn)路線非常類似于1999年5月3日 的那一次龍卷風(fēng)襲擊。那次一共有66個(gè)龍 卷風(fēng)襲擊俄克拉荷馬州和鄰近的堪薩斯州， 造成49人喪生，摧毀了2600間房屋，8000 間建筑物受損，經(jīng)濟(jì)

17、損失達(dá)12億美元，是 近年來(lái)破壞力最大的龍卷風(fēng)襲擊事件。 主要特征： 外觀：漏斗狀云柱 水平尺度很小，幾米至幾百米；垂直尺度， 二至三千米，甚至 10km，垂直范圍在3- 15km生存時(shí)間幾分鐘到幾十分鐘 中心氣壓低:中心氣壓與外圍之間氣壓梯度 可達(dá)2百帕/米左右。 風(fēng)速：其中心風(fēng)力可達(dá)100-200米/秒以上， 具有極大的破壞力。 結(jié)構(gòu)：龍卷有時(shí)成對(duì)的出現(xiàn)，兩個(gè)的旋 轉(zhuǎn)方向相反。一個(gè)是氣旋式的，另一個(gè)是 反氣旋式的，但以氣旋式的為常見(jiàn) 龍卷中心為下沉氣流，四壁為極強(qiáng)的上 升氣流，速度可達(dá)50米/秒以上。 科氏力不起作用，慣性離心力和氣壓梯 度力平衡。 非靜力平衡 形成原因 8.2 中小尺度天

18、氣系統(tǒng) 一、颮中系統(tǒng) 1 含義含義：和颮現(xiàn)象相聯(lián)系的一類中系統(tǒng)叫颮 中系統(tǒng)，它包括雷暴高壓、颮線、颮線前 低壓和尾流低壓等中系統(tǒng)。 雷暴高壓是指在成熟階段雷暴的下方，一般 都有個(gè)冷性中高壓，這種高壓稱為雷暴高 壓。在冷空氣堆已完全形成而它的范圍不太 大的時(shí)候，雷暴高壓表現(xiàn)得最強(qiáng)；當(dāng)冷空氣 堆向更大的面積上延展的時(shí)候，雷暴高壓便 逐漸減弱；如果沒(méi)有新的下降冷空氣補(bǔ)充， 就會(huì)逐漸消失。雷暴高壓在初生時(shí)范圍較小， 強(qiáng)度較弱，以后逐漸擴(kuò)大增強(qiáng)，一般能維持 318 h。在高壓的范圍內(nèi)，大多有雷雨天氣， 但也有個(gè)別的只有雷電而無(wú)降水。 2 系統(tǒng)的背景和生命史系統(tǒng)的背景和生命史 （1）颮中系統(tǒng)可以發(fā)生在冷鋒

19、前或暖鋒 后的暖氣團(tuán)中，也可以發(fā)生在冷鋒后或暖 鋒前的冷氣團(tuán)中，或發(fā)生在冷（暖）鋒 上。 （2）颮中系統(tǒng)的生命史大致可分為四個(gè) 階段： 初始階段 發(fā)展階段 成熟階段 消散階段 （3）處在不同發(fā)展階段的颮中系統(tǒng)影響 測(cè)站時(shí)，測(cè)站的氣壓自記曲線上的“雷暴 鼻”（也叫“高壓泡”）會(huì)出現(xiàn)不同的型 式 3 颮中系統(tǒng)的移動(dòng)颮中系統(tǒng)的移動(dòng) 颮中系統(tǒng)生成后，會(huì)有規(guī)律地向前移動(dòng)。 （1）颮線上單體移向基本上與850-500百帕 平均風(fēng)一致，有時(shí)略偏右。 （2）颮線還有向著最不穩(wěn)定的地區(qū)移動(dòng)的 趨向。 （3）颮線的移速取決于大尺度天氣形勢(shì)及 有關(guān)要素分布和中尺度雷暴高壓的強(qiáng)度以及 地形的影響。 4 颮線和鋒面的區(qū)

20、別颮線和鋒面的區(qū)別 相同點(diǎn)：都是冷暖空氣的界面相同點(diǎn)：都是冷暖空氣的界面 不同點(diǎn)：不同點(diǎn)： 鋒面颮線 不同氣團(tuán)的交界面同一氣團(tuán)中生成 天氣和氣象要素變化 不是很劇烈 天氣和氣象要素變化 劇烈 鋒面（大尺度，長(zhǎng)度 幾千公里 颮線（中尺度，長(zhǎng)度 二、三百公里 生命史是幾天生命史約十幾個(gè)小時(shí) 大體沿700hPa氣流移動(dòng)移速大于冷鋒 無(wú)日變化有日變化，午后強(qiáng)烈發(fā)展 二、中尺度低壓系統(tǒng) 含義含義：指在中尺度天氣圖上存在一 些水平尺度為一百公里至二、三百公 里的小型低壓稱中尺度系統(tǒng)。 類型類型： 中低壓：有氣壓無(wú)風(fēng)場(chǎng)相適應(yīng) 中氣旋：有低壓和相應(yīng)的風(fēng)場(chǎng)出現(xiàn) 中低壓和中氣旋的異同： 共同點(diǎn)：均是氣壓場(chǎng)上的低壓

21、，水平尺度 100200公里，輻合上升運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，有強(qiáng)烈 的降水天氣 不同點(diǎn)： 中低壓中氣旋 無(wú)明顯氣旋式環(huán)流閉合氣旋式環(huán)流 局地增熱造成中低壓加強(qiáng)產(chǎn)生氣 旋式環(huán)流 輻合上升運(yùn)動(dòng)弱輻合上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng) 三、中小尺度天氣系統(tǒng)的概念 1含義含義：大氣中存在的像雷暴和強(qiáng)雷暴一 類空間尺度較小，生命史較短的天氣系統(tǒng)。 2天氣系統(tǒng)的分類：天氣系統(tǒng)的分類： 1.大尺度： 水平范圍幾百至幾千公里。如氣旋、鋒面、 臺(tái)風(fēng)、 高空槽（脊）、長(zhǎng)波等。 生命史：一天至幾天 2.中尺度： 水平范圍十幾公里至二、三百公里。如 強(qiáng)雷暴、颮線、中尺度低壓、中尺度氣旋、 颮中系統(tǒng)。 生命史：一小時(shí)至十幾小時(shí) 3.小尺度： 水平范圍幾十

22、米至十幾公里。如雷暴、 龍卷、塵卷、山谷風(fēng)。 生命史：幾分鐘至一小時(shí) 3 Olanski 尺度劃分方案 大尺度 水平尺度2000km 中尺度 水平尺度22000km 中系統(tǒng) 2002000km 1-5天 中 系統(tǒng) 20200km 3小時(shí)-1天 中 系統(tǒng) 220km 1小時(shí) 小尺度 水平尺度2km 四中小尺度擾動(dòng)的特征 水平尺度小水平尺度小 垂直尺度垂直尺度：大都可達(dá)整個(gè)對(duì)流層的厚度， 即為7-18公里左右。垂直尺度與水平尺度的比 率很大，約為0.1。一般大系統(tǒng)的比率為0.01左 右。 生命期生命期：雷暴單體的平均生命期不到1小時(shí)， 雷暴群可存在幾小時(shí)，較強(qiáng)的颮中系統(tǒng)等中系 統(tǒng)的生命期大約為12

23、小時(shí)左右，而大尺度系統(tǒng) 常達(dá)一天至幾天。 垂直速度垂直速度： 在雷暴云的上升氣流中， 一般為10米/秒，特強(qiáng)的為60米/秒以上。大 尺度系統(tǒng)中僅為每秒幾厘米。 散度散度： 甚至 大尺度 中散度為 渦度渦度：在中高壓和中氣旋中，渦度和散度 的大小比率近似等于1。 s/1010 34 sm/10 1 s/10 2 s/10 5 氣象要素梯度大氣象要素梯度大：颮線過(guò)境時(shí)氣壓梯度 可達(dá)1-3hPa/km，溫度梯度可達(dá)5C/10km， 變壓1hPa/1-2min，變溫-1C/min，可觀測(cè) 到地面風(fēng)垂直于等壓線方向 地轉(zhuǎn)偏向力地轉(zhuǎn)偏向力：影響小塵卷和部分小龍卷 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)主要取決于離心力和氣壓梯度 力的

24、平衡。但較大的中系統(tǒng)，就要考慮到 地轉(zhuǎn)偏向力的影響。 非靜力平衡：非靜力平衡：在旺盛的對(duì)流云內(nèi)，空氣 不符合靜力平衡的假定。浮力可以使氣塊 產(chǎn)生很大的垂直加速度。 2001年5月18日廣東順德強(qiáng)對(duì)流天氣雷達(dá)回波 2005年4月25日16：00紅外云圖 2005年4月25日16：00可見(jiàn)光云圖 一 大氣不穩(wěn)定性與對(duì)流性天氣形成的 條件 靜力不穩(wěn)定靜力不穩(wěn)定 1 氣塊法和穩(wěn)定度 簡(jiǎn)化條件： 考慮一個(gè)小氣塊，假定它與環(huán)境之間無(wú) 混合 環(huán)境空氣處于靜力平衡狀態(tài) 8.3 對(duì)流性天氣預(yù)報(bào)的物理基礎(chǔ) 氣塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中是絕熱的，與周圍無(wú) 熱量、水份及動(dòng)量的交換份 氣塊氣壓與周圍氣壓相等（帶撇號(hào)量為 氣塊的量）

25、 z p z p pp g z p T T g T TT gg dt wd z p z p pp g z p dt wd g z p 0 dz T g dt wd TT dz dT z T dzTT dzTT dt wd TT dt wd TT dt wd TT )( , 0, 0, 0, 00 0 0 氣塊 設(shè)環(huán)境 下沉 中性 上升 不穩(wěn)定層結(jié) 中性層結(jié) 穩(wěn)定層結(jié) 2 另一種表示方法 )( )( 111 ) 1000 ( d pd pd d c AR Tz c Ag z T Tz z p pc AR z T Tz p T pd d d d d 不穩(wěn)定層結(jié) 中性層結(jié) 穩(wěn)定層結(jié)s s s 大氣中

26、，一般是 sd sd ds sd 絕對(duì)不穩(wěn)定 絕對(duì)穩(wěn)定 條件性不穩(wěn)定 T-lnP圖上的氣 塊溫度升降的 曲線叫做狀態(tài) 曲線，而大氣 實(shí)際溫度分布 曲線叫做層結(jié) 曲線 （二）對(duì)流性不穩(wěn)定（位勢(shì)不穩(wěn)定）（二）對(duì)流性不穩(wěn)定（位勢(shì)不穩(wěn)定） 1 含義：原來(lái)上干下濕的穩(wěn)定氣層，甚至 可為絕對(duì)穩(wěn)定的氣層（ ），經(jīng)過(guò)整 層抬升后使得氣層達(dá)到飽和，氣層層結(jié)由 原來(lái)的穩(wěn)定層結(jié)變?yōu)椴环€(wěn)定層結(jié)，或不穩(wěn) 定層結(jié)變得更加不穩(wěn)定，稱為對(duì)流性不穩(wěn) 定。 或 隨高度減小。 s se sw 0 0 0 z z z se se se 對(duì)流性不穩(wěn)定判據(jù) 對(duì)流性不穩(wěn)定 中性 對(duì)流性穩(wěn)定 （三）不穩(wěn)定能量（三）不穩(wěn)定能量 1 含義：?jiǎn)挝?/p>

27、質(zhì)量空氣塊受場(chǎng)力的作用 （浮力-重力）所做的功。 p p z z k pTdRdz T T gE T T g dt wd 00 ln 氣層的不穩(wěn)定能量等于單位質(zhì)量空氣塊由 Z0 上升到z時(shí)動(dòng)能的增量 （四）（四） 對(duì)流性天氣形成的條件對(duì)流性天氣形成的條件 條件： 水汽條件 不穩(wěn)定層結(jié) 抬升條件 二、 穩(wěn)定度的局地變化 穩(wěn)定度變化的原因穩(wěn)定度變化的原因 取 表示穩(wěn)定度 p se 0 0 0 p p p se se se 對(duì)流性穩(wěn)定 中性 對(duì)流性不穩(wěn)定 條件：干濕絕熱過(guò)程中se是保守的 2 2 )()( 0 ppp V ppt p V t dt d sese se se se se se se 表

28、明：對(duì)流性不穩(wěn)定的局地變化由三項(xiàng)因子 決定的。 對(duì)流性不穩(wěn)定增加 （1）對(duì)流性不穩(wěn)定的垂直輸送項(xiàng) 與垂直速度和se分布有關(guān)。 上升：0， 不穩(wěn)定性減弱 0)( pt se 2 2 p se 0 2 2 p se （2）散度對(duì)對(duì)流不穩(wěn)定性的影響 若 水平輻散 ，不穩(wěn)定性增強(qiáng) 水平輻合 ，不穩(wěn)定性減弱 pp se 0 p se （3）se平流隨高度的變化 當(dāng)高層的se平流小于低層的se平流時(shí)， 即對(duì)流不穩(wěn)定性增強(qiáng)。反之，對(duì)流不穩(wěn) 定性減弱。 se是T、P、q的函數(shù) )( se V p )exp() 1000 ( )exp() 1000 ( Tc Lq p T Tc Lq p T pd c AR s

29、e Kpd c AR se pd d pd d 2 對(duì)流不穩(wěn)定度與等壓面上T、q的關(guān)系 )1 ()1 ( )( 111 )ln1000(lnlnln )exp() 1000 ( 2 2 q T T q t q Tc LT T T Tc LqT t T Tt t q q T t T T T Tc Lq t q Tc L t p pc AR t T Tt p c AR T Tc Lq p T k kkpd k kpd sese kk kpd kpdpd dse se pd d se pd c AR se pd d t q t T M t q c L t T Tt T T T q Tc Lq Tc

30、Lq Tc Lq Tc LqT T T pd sese k kpdkpd pd kpd k 5 .2 , 1 2 均為小項(xiàng)， 不穩(wěn) qT sese sesese sesese IIM t q t q t T t T M t q t T M t q t T M tt ttt I I 5 . 2 )()(5 . 2)()( )( 5 . 2)()( 5 . 2)( )( 850700850700 850850700700 850700 850700 850700 表示穩(wěn)定度取 0 0 t I t I 穩(wěn)定度增加 穩(wěn)定度減小 上層變干變冷，下層變暖變濕 討論： 溫度的局地變化對(duì)穩(wěn)定度的影響 對(duì)流未發(fā)

31、生前0 ，要使氣層變得不穩(wěn) 定低層暖平流，高層冷平流。低層暖 （冷）平流比高層暖（冷）平流強(qiáng)（弱） 日射作用使低層空氣增熱或冷空氣移 至暖的下墊面。 dt dQ c wTV t T p d 1 )( 濕度的局地變化對(duì)穩(wěn)定度的影響。 低層濕平流（強(qiáng)暖濕平流），高層干平 流（干冷平流），導(dǎo)致不穩(wěn)定增加 dz q wqV t q 3 幾種常見(jiàn)的有利于對(duì)流性天氣產(chǎn)生的形幾種常見(jiàn)的有利于對(duì)流性天氣產(chǎn)生的形 勢(shì)：勢(shì)： （1）在高層冷中心或冷溫度槽與低層暖中 心或暖溫度脊可能疊置的區(qū)域，會(huì)形成 大片雷暴區(qū)。 （2）當(dāng)冷鋒越山時(shí)，若山后低層為暖空氣 控制，則由于山后低層暖空氣之上有冷 平流疊置，使不穩(wěn)定度大為

32、增強(qiáng)，因而 常在山后造成大片雷暴區(qū)。 （3）在高層高空槽已東移，冷空氣已入侵， 而中層以下仍有錢包的熱低壓接近，或有 西南氣流，或有顯著的暖平流等情況時(shí)， 就容易使不穩(wěn)定性加強(qiáng)，造成對(duì)流性天氣。 （4）當(dāng)?shù)蛯佑袧裆喽渖蠈痈采w著一干氣 層時(shí)，或在高層干平流與低層濕平流相疊 加的區(qū)域，會(huì)使對(duì)流性不穩(wěn)定增強(qiáng)。 單站分析 三、對(duì)流天氣的觸發(fā)機(jī)制三、對(duì)流天氣的觸發(fā)機(jī)制 天氣系統(tǒng)造成的系統(tǒng)性上升運(yùn)動(dòng)： 鋒面強(qiáng)迫抬升、槽線、切變線、低壓、低 渦等以及低空的風(fēng)向或風(fēng)速的輻合線 地形抬升作用 1山地迎風(fēng)坡。 2背風(fēng)波：背風(fēng)坡下沉，效應(yīng)形成波動(dòng)。 局地?zé)崃μ饔?四強(qiáng)雷暴發(fā)生發(fā)展的有利條件四強(qiáng)雷暴發(fā)生發(fā)展的有

33、利條件 位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)，并常有逆溫層的存在 位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)的建立取決于高低層溫度和 濕度的平流差異，要造成明顯的平流差異， 要具備明顯的垂直風(fēng)切變和明顯的溫度或濕 度梯度 逆溫層的存在可抑制對(duì)流發(fā)展，使低層水汽 能量不向上輸送，可以積聚能量使低層更暖、 更濕，上層冷，大氣更不穩(wěn)定。一旦有強(qiáng)的 觸發(fā)機(jī)制會(huì)有強(qiáng)雷暴。 前傾槽 強(qiáng)垂直風(fēng)切變 強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴一般是在強(qiáng)的垂直風(fēng)切變的環(huán)境中 生長(zhǎng)起來(lái)并能維持（可提供對(duì)流發(fā)展的能量）， 其作用： 使上升氣流傾斜，增強(qiáng)下沉氣流，從而維持和 激發(fā)上升氣流增強(qiáng) 增強(qiáng)中層干空氣的吸入，增強(qiáng)下沉氣流和上升 氣流 造成一定的散度分布，利于風(fēng)暴向前傳播 （四）水汽的輻合和濕舌 為使強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)得以發(fā)展和維持，必須 有豐富的水汽供應(yīng)，這是風(fēng)暴的主要能 量來(lái)源 水汽供應(yīng)區(qū)比集中區(qū)大一個(gè)量級(jí) （五）急流的作用 高空急流: 急流下方強(qiáng)的垂直切變能提供對(duì)流發(fā)展的動(dòng) 能 有利于增強(qiáng)高層輻散，維持上