陜西中部一次強(qiáng)暴雨中尺度對(duì)發(fā)展結(jié)構(gòu)及機(jī)理研究

1、Study on MCS of the Heavy Rainfall Eventin the Middle Part of ShaanxiDissertation Submitted toNanJing University of InformationScience & Technologyin partial fulfillment of the requirementsfor the degree ofDoctor of Natural SciencebyMu Jianli( Meteorology )Dissertation Supervisor:LiZechunAcademi

2、cianCo-Supervisor:DuJiwenProfessor3獨(dú)創(chuàng)性本人所呈交的是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，中不包含其他人已經(jīng)或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得南京信息工程大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作者簽名： 簽字日期： 關(guān)于使用的說(shuō)明本是在南京信息工程大學(xué)攻讀學(xué)位期間在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成的博士學(xué)位。本的研究成果歸南京信息工程大學(xué)所有，本的研究?jī)?nèi)容不得以其它的名義。本人完全了解南京信息工程大學(xué)關(guān)于保存、使用的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有

3、關(guān)部門(mén)送交的復(fù)印件和本，被查閱和借閱，同意學(xué)校將加入中國(guó)優(yōu)秀博全文數(shù)據(jù)庫(kù)和編入中國(guó)知識(shí)資源總庫(kù)，同意按中國(guó)優(yōu)秀博全文數(shù)據(jù)庫(kù)章程規(guī)定享受相關(guān)權(quán)益。本人南京信息工程大學(xué)，可以采用影印、縮印或其他保存，可以公布的全部或部分內(nèi)容。公開(kāi)（年月）(的在后應(yīng)遵守此協(xié)議)作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 簽字日期： 簽字日期： 4中要IABSTRACTIII第一章1.11.2緒論1暴雨研究進(jìn)展1暴雨中尺度對(duì)流系統(tǒng)研究進(jìn)展71.2.1 中尺度對(duì)流系統(tǒng)觀測(cè)資料及其應(yīng)用81.2.2 暴雨中尺度對(duì)流系統(tǒng)的定義141.2.31.2.41.2.5中尺度對(duì)流系統(tǒng)特征研究16暴雨中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的環(huán)境背景研究25中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)

4、生發(fā)展機(jī)理研究301.31.41.5陜西暴雨研究和預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)及其存在的問(wèn)題32選題的重要性和研究目的、意義33難點(diǎn)、科學(xué)問(wèn)題和主要研究?jī)?nèi)容361.6 資料和方法371.7第二章2.1研究特色38陜西突發(fā)性暴雨基本特征39陜西暴雨時(shí)空分布特征392.1.1 一般性暴雨時(shí)空分布特征392.1.2 突發(fā)性暴雨時(shí)空分布特征40陜西突發(fā)性暴雨的環(huán)境背景及其影響系統(tǒng)412.2.1 環(huán)境背景及其影響系統(tǒng)412.2.2 水汽條件及低空急流41陜西突發(fā)性暴雨中尺度特征422.3.1 中尺度降水特征422.3.2 中尺度對(duì)流系統(tǒng)流場(chǎng)特征43陜西突發(fā)性暴雨成因分析研究43小結(jié)432.22.32.42.5第三章3.13

5、.23.3“07.8”關(guān)中短歷時(shí)雨環(huán)流背景和物理?xiàng)l件分析45“07.8”大暴雨過(guò)程雨情及災(zāi)情分析45“07.8”短歷時(shí)“07.8”短歷時(shí)雨過(guò)程環(huán)流背景和影響系統(tǒng)47雨過(guò)程物理環(huán)境條件523.3.1 動(dòng)力環(huán)境條件523.3.2 熱力環(huán)境條件61小結(jié)743.4第四章4.14.24.34.44.5“07.8”關(guān)中雨 MCS 演變特征及其與強(qiáng)降水關(guān)系76中尺度雨團(tuán)活動(dòng)特征76MCS 演變特征77中尺度對(duì)流系統(tǒng)、強(qiáng)降水、地形之間的關(guān)系82地面中尺度擾動(dòng)特征及其與強(qiáng)降水的關(guān)系85小結(jié)87第五章 “07.8”關(guān)中5.1 “07.8”關(guān)中雨 MCS雨 MCS回波特征、地閃與降水關(guān)系89回波演變特征分析8955

6、.1.1 水平分布特征895.1.2 垂直分布特征92雨中尺度對(duì)流系統(tǒng)的地閃演變特征及其相互關(guān)系1005.25.2.15.2.25.2.3地閃演變特征分析101地閃與中尺度對(duì)流系統(tǒng)的關(guān)系102地閃與強(qiáng)降水的關(guān)系1045.3第六章6.16.26.3小結(jié)106“07.8”關(guān)中雨中尺度對(duì)流系統(tǒng)數(shù)值模擬研究108數(shù)值模式及模擬方案簡(jiǎn)介108數(shù)值模擬結(jié)果分析109中 尺度對(duì)流系統(tǒng)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析1136.3.1 水平流場(chǎng)的中 尺度特征1136.3.2 中 尺度垂直環(huán)流結(jié)構(gòu)1206.3.3 中 尺度垂直環(huán)流結(jié)構(gòu)123中 （）尺度對(duì)流系統(tǒng)的動(dòng)力、熱力結(jié)構(gòu)分析1276.4.1 中 （）尺度對(duì)流系統(tǒng)動(dòng)力結(jié)構(gòu)1276

7、.4.2 中 尺度對(duì)流系統(tǒng)溫濕結(jié)構(gòu)132小結(jié)1356.46.5第七章 結(jié)論與討論139參致考文 獻(xiàn)144謝1686中要暴雨一直是業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)服務(wù)重點(diǎn)，更是預(yù)報(bào)難點(diǎn)。陜西暴雨局地性很強(qiáng)，受特定地理，大氣環(huán)流表現(xiàn)為不同的形勢(shì)。所以，要解決暴雨預(yù)報(bào)難點(diǎn)，不僅要研究其普遍性，還要研究其特殊性。在過(guò)去研究和實(shí)際業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中發(fā)現(xiàn)，NCEP 等資料雖然有較好的預(yù)報(bào)能力，但并非能預(yù)報(bào)所有的暴雨過(guò)程，而我們自行研發(fā)的T213 數(shù)值模式對(duì)暴雨有一定的預(yù)報(bào)能力，而且時(shí)效快，在實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中使用方便。本研究中，通過(guò)對(duì)比分析歐洲、NCEP 和 T213 資料發(fā)現(xiàn)，T213 資料對(duì)本文所選個(gè)例預(yù)報(bào)效果最好，所以，本研究文中采用

8、 T213 再分析資料及相關(guān)資料，對(duì) 2007年 7 月 8 9 日陜西關(guān)中短歷時(shí)雨過(guò)程的環(huán)境背景進(jìn)行分析；同時(shí)通過(guò)對(duì)其天氣學(xué)特征、動(dòng)力和熱力結(jié)構(gòu)的分析，研究雨發(fā)生的。在上述工作基礎(chǔ)上，利用高時(shí)空分辨率觀測(cè)資料，特別是新型觀測(cè)資料對(duì)暴雨過(guò)程進(jìn)行中尺度綜合分析和數(shù)值模擬，揭示暴雨 MCS更細(xì)致的信息，特別是暴雨過(guò)程中三個(gè)暴雨中心的 MCS 的細(xì)微結(jié)構(gòu)特征。主要結(jié)論有：1、“07.8”關(guān)中雨是在高、中、低空有利的環(huán)流配置下，不同緯度天氣系統(tǒng)共同作用的結(jié)果。地面圖上高原東部形成的冷鋒，對(duì)流層低層河套小高壓底部的東西向切變線，對(duì)流層中層青藏高原高壓和西太平洋副熱帶高壓形成的高壓壩在陜西中部的斷裂，低緯

9、熱帶輻合帶北側(cè)和副熱帶高壓西南側(cè)東南暖濕氣流在折向北，高緯低壓底部東南下的冷空氣，對(duì)流層強(qiáng)大南亞高壓東北部與西風(fēng)急流入口區(qū)右側(cè)的輻散，它們的相互作用為雨的形成提供了有利的大尺度環(huán)流背景。2、高空強(qiáng)輻散、低空輻合，高空負(fù)渦度、中低空正渦度與垂直上升運(yùn)動(dòng)的互耦發(fā)展為形成雨的發(fā)生提供了有利的動(dòng)力環(huán)境條件。暴雨期高空反氣旋渦度的發(fā)展，“抽吸作用”，觸發(fā)了強(qiáng)降水。當(dāng) “抽吸作用”減退，破壞了垂直上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展的機(jī)制，導(dǎo)致強(qiáng)降水結(jié)束。3、關(guān)中周?chē)e存的水汽和潛在不穩(wěn)定能量是關(guān)中暴雨水汽條件和位勢(shì)不穩(wěn)定條件形成的關(guān)鍵所在。環(huán)流形勢(shì)和影響系統(tǒng)的快速演變使水汽的輸送和輻合、不穩(wěn)定能量的集聚有一個(gè)減小 突然增加 快

10、速減小的過(guò)程，從而形成暴雨的突發(fā)性和歷時(shí)短而強(qiáng)的特征。4、關(guān)中雨是一個(gè)MCS 的發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生的，MCS 又是由2 個(gè)MCS 合并發(fā)展而成，MCS 的發(fā)展和減弱與秦嶺山脈和關(guān)中地區(qū)喇叭口地形密切關(guān)聯(lián)。強(qiáng)降水與地面不同風(fēng)向形成的中尺度輻合環(huán)流（輻合線）有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，地面中尺度輻合環(huán)流（輻合線）是雨觸發(fā)機(jī)制之一。6、圖像分析顯示，發(fā)生在關(guān)中、禮泉和高陵的三個(gè)雨中心是回波特征和經(jīng)向速度場(chǎng)的不同的三次風(fēng)暴所致。雨發(fā)生在三個(gè)對(duì)流單體發(fā)展合并而成的帶狀強(qiáng)回波和鉤狀強(qiáng)回波上（最大為55 59 dBZ），速度圖上為“逆風(fēng)區(qū)”的發(fā)展。禮泉雨發(fā)生在減弱東移的對(duì)流體與新生小對(duì)流體合并形成的弓形強(qiáng)回I波（54 dB

11、Z）頂點(diǎn)附近，該弓形回波具有前后強(qiáng)入流的“V”形缺口和兩端旋轉(zhuǎn)方向相反的渦旋特征；高陵強(qiáng)降水發(fā)生在弱帶狀回波（最大40 dBZ）上，速度圖上近地層具有入流和出流缺口的“指狀凸起”結(jié)構(gòu)。7、地閃發(fā)生和急劇增加對(duì)暴雨發(fā)生和發(fā)展加強(qiáng)有很好指示意義，初閃的發(fā)生提前于強(qiáng)降水發(fā)生約2 h ,地閃急劇增加與降水強(qiáng)度猛增密切關(guān)聯(lián)，負(fù)地閃發(fā)生密集區(qū)是未來(lái)強(qiáng)降水發(fā)生區(qū)。8、模擬結(jié)果表明，本次關(guān)中 雨的直接影響系統(tǒng)是一個(gè)中 尺度對(duì)流系統(tǒng)。強(qiáng)降水的發(fā)生激發(fā)了中尺度急流擾動(dòng)，中尺度急流擾動(dòng)對(duì)暴雨維持和加強(qiáng)起到了反饋?zhàn)饔?。冷空氣從中空侵入，高空西風(fēng)急流擾動(dòng)及其右側(cè)非地轉(zhuǎn)強(qiáng)迫可能是暴雨形成的和觸發(fā)機(jī)制。秦嶺山脈和關(guān)中喇叭口

12、地形有助于關(guān)中雨的發(fā)生和加強(qiáng)。9、禮泉、高陵雨中心的 MCS 有著不同的環(huán)流背景和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。：對(duì)流層低層有兩支，中層有三支氣流流入中 降水云塔的垂直上升氣流中，在云塔東北、東南緣中層形成兩個(gè)正尺度垂直環(huán)流，降水云塔中心區(qū)域的上升氣流一直伸展到 200 hPa 后向東南、東北水平流出。禮泉：近地層有四支、低層有兩支、中到有一支氣流流入中 降水云塔的上升氣流中，在云塔東北側(cè)中到形成上下兩個(gè)正次級(jí)環(huán)流圈，降水云塔中心的上升氣流伸展到 150 hPa 后向東南、東北流出。高陵：對(duì)流層低層空氣從東南方向流入、從西北方向流出中降水云塔，中至有一支西南氣流流入中 降水云塔區(qū)的垂直上升氣流中，在云塔東北和

13、東南側(cè)中至南、東北流出。形成正垂直環(huán)流，降水云塔中心上升氣流到 200 hPa 后向東10、不同暴雨中心上空不同的氣流分布特征必將造成不同的中（）尺度的 動(dòng)力、熱力垂直結(jié)構(gòu)。歧山：450 hPa 以下暴雨中心南北兩側(cè)散度從底層至中層輻合、輻散反向發(fā)展、為強(qiáng)輻散，它與先向南、后向北傾斜、再直上形成的整層垂直上升運(yùn)動(dòng)柱互耦發(fā)展；中層弱負(fù)渦度、高、低層強(qiáng)正渦度柱與相當(dāng)位溫的雙高能、雙重不穩(wěn)定層結(jié)柱和中層兩個(gè)暖心、上下冷心的溫度柱互耦發(fā)展；水汽輻合集中500 hPa以下。禮泉： 一支從地面直沖對(duì)流層頂并穿入平流層的特強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)柱與超強(qiáng)散度柱以及包含 高、中、低三個(gè)中心的正渦度柱耦合發(fā)展；特強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)柱

14、是一個(gè)高、低層冷而中上層強(qiáng)暖心的近飽和水汽柱，而且是具有典型“鞍” 型場(chǎng)結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定層結(jié)柱，有效水汽輻合集中在500 hPa 以下。特強(qiáng)上升氣流內(nèi)部低層有中 尺度下沉氣流發(fā)展。高陵：一支直升至對(duì)流層頂?shù)膹?qiáng)垂直上升運(yùn)動(dòng)與散度柱以及具有兩個(gè)中心的超強(qiáng)正渦度柱在暴雨中心北緣互耦發(fā)展，其南緣550 hPa 以下是強(qiáng)能量和溫度離差鋒區(qū)， 暴雨中心上空是400 hPa 以下為近飽和、600 hPa以下為強(qiáng)烈水汽擾動(dòng)的水汽柱，有效水汽輻合集中在500 hPa 以下。：關(guān)中雨，多尺度相互作用，中（）尺度系統(tǒng)，次級(jí)環(huán)流圈IIABSTRACTIII第一章緒論1.1 暴雨研究進(jìn)展我國(guó)是一個(gè)暴雨等強(qiáng)對(duì)流性天氣多發(fā)的，

15、降水范圍廣且強(qiáng)度大。按照雨區(qū)分布，我國(guó)暴雨類(lèi)型主要分為華南暴雨、江淮梅雨鋒暴雨以及北方暴雨。由于暴雨是中國(guó)夏季重要的一種災(zāi)害性天氣，常常會(huì)給帶來(lái)極大的生命和損失。但是，由于暴雨特別是暴雨過(guò)程發(fā)生發(fā)展的機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜，暴雨預(yù)報(bào)十分，由此，暴雨始終是氣象學(xué)者研究的重點(diǎn)之一。20 世紀(jì)60 年代前，我國(guó)對(duì)暴雨的研究主要集中在行星尺度系統(tǒng)對(duì)暴雨的影響等方面。60年代末至70 年代中后期，對(duì)于天氣尺度系統(tǒng)與暴雨相互關(guān)系的研究較多。70 年代末至90 年代，氣象學(xué)者對(duì)行星尺度系統(tǒng)、天氣尺度系統(tǒng)、次天氣尺度系統(tǒng)的相互作用及其對(duì)暴雨的作用做了大量的研究，取得了一系列科研成果，并將科研成果應(yīng)用于預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)，提高了暴

16、雨的預(yù)報(bào)能力；同時(shí)開(kāi)始對(duì)中尺度系統(tǒng)進(jìn)行研究，并且取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。90年代后期，中國(guó)及其地區(qū)組織的四大科學(xué)試驗(yàn)（第二次青藏高原大氣科學(xué)試驗(yàn)(TIPEX)，科學(xué)試驗(yàn)(SCSMEX)，淮海流域能量和水分循環(huán)試驗(yàn)(HUBEX)和華南暴雨科學(xué)試驗(yàn)（HUAMEX）)的開(kāi)展，獲取了寶貴的氣象資料，將中小尺度系統(tǒng)的研究推向簡(jiǎn)單概述。這一節(jié)主要對(duì)前三個(gè)階段暴雨研究進(jìn)展給予20 世紀(jì)50 年代，葉篤正（1951）、高由禧（1952）研究指出，我國(guó)上空南支西風(fēng)急流在6月初忽然的消減，梅雨突然開(kāi)始，溫度、氣壓等氣象要素都起了很大的變化，葉篤正認(rèn)為這種變化是高原的阻塞作用，高由禧則認(rèn)為可能和北極高壓的南北伸縮有關(guān)系。

17、1954 年長(zhǎng)江流域持久性梅雨鋒暴雨及1958 年7 月黃河中游暴雨發(fā)生后，我國(guó)氣象學(xué)者加緊了對(duì)暴雨研究。謝義炳等(1956)討論了五種夏半年基本降水天氣系統(tǒng), 即冷蜂、阻塞高壓與冷渦、季風(fēng)熱低壓、暖鋒及臺(tái)風(fēng)的結(jié)構(gòu)和演變過(guò)程。陳漢耀（1957）將梅雨和大氣環(huán)流的變化起來(lái)，認(rèn)為1954 年6 7 月長(zhǎng)江流域持久性梅雨鋒暴雨與該年夏季亞洲的大氣環(huán)流有關(guān)，即鄂霍茨克海高壓的生成和持續(xù)促成東亞急流的分支,使東亞上空鋒區(qū)的位置比往年偏南10 個(gè)緯度,而太平洋副熱帶高壓軸也比往年偏南。陶詩(shī)言等（1958）指出，梅雨的開(kāi)始和結(jié)束與東亞大氣環(huán)流季節(jié)變化和夏季風(fēng)的爆發(fā)關(guān)聯(lián)。巢紀(jì)平（1962）提出，平均場(chǎng)和擾動(dòng)場(chǎng)

18、之間的非線性相互作用對(duì)對(duì)流的發(fā)展有重要的影響。20 世紀(jì)60 年代，游景炎(1965)對(duì)1963 年8 月發(fā)生在華北平原持續(xù)特大暴雨分析中指出，暴雨的長(zhǎng)期持續(xù)、中尺度系統(tǒng)的生消及移動(dòng)等是與大形勢(shì)的背景分不開(kāi)的。1975 年8 月河南省特大暴雨給和帶來(lái)了巨大的損失，氣象工作者對(duì)暴雨的研究進(jìn)入一個(gè)階段，提高了對(duì)暴雨的認(rèn)識(shí)，取得了不少的研究成果。陶詩(shī)言（1977，1980）對(duì)1954 年7 月長(zhǎng)江流域持久性梅雨鋒暴雨、1958 年7 月1黃河中游暴雨、1963 年8 月河北省的停滯性低氣壓暴雨和1975 年8 月河南省特大暴雨等發(fā)生的大尺度環(huán)流背景研究中指出，我國(guó)大范圍暴雨不少是發(fā)生在中緯度環(huán)流型出

19、現(xiàn)明顯調(diào)整的時(shí)期，即大形勢(shì)從緯向型變到經(jīng)向型或者從經(jīng)向型轉(zhuǎn)變?yōu)榫曄蛐偷臅r(shí)期，而且一些大暴雨還與低緯度環(huán)流密切關(guān)聯(lián)，暴雨常常是低緯和中高緯環(huán)流相互作用的產(chǎn)物，同時(shí)以副熱帶高壓位置、強(qiáng)度以及西風(fēng)帶流型為依據(jù)，將我國(guó)大暴雨的大尺度環(huán)流形勢(shì)分為三種類(lèi)型（穩(wěn)定的經(jīng)向性、穩(wěn)定的緯向型和過(guò)渡型）， 并概括出了十二種暴雨環(huán)流型，提出暴雨具有中尺度特性和喇叭口地形的作用。黃土松等（1976）對(duì)江淮氣旋發(fā)生發(fā)展特征、機(jī)理及其與暴雨的關(guān)系進(jìn)行了研究并指出，江淮氣旋的發(fā)生發(fā)展是與一定的高空形勢(shì)密切，氣旋生成引起降水, 降水研究表明（因凝結(jié)潛熱的加熱作用又可反饋促進(jìn)氣旋發(fā)展。地球物理系氣象專(zhuān)業(yè)等，1976），1973

20、年7 月河北大暴雨主要是由于西太平洋副熱帶高壓南緣與向西偏北方向移動(dòng)的臺(tái)風(fēng)之間形成一支低空的東南急流，這支從東南洋面上來(lái)的暖濕氣流與貝加爾湖高壓脊前的東北方向來(lái)的冷空氣共同作用形成的。丁一匯（1978）對(duì)1975 年8 月河南特大暴雨發(fā)生條件研究中概括了持續(xù)性暴雨發(fā)生的條件，低層水汽輻合，持續(xù)的強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)不斷重建以及有利的地形條件。謝義炳（1978）提出濕斜壓大氣的天氣動(dòng)力學(xué)理論，著重闡明飽和水汽在動(dòng)力學(xué)關(guān)系中的重要作用。孫淑琴等（1980 ，1983）先后研究了大中尺度低空急流與暴雨發(fā)生的關(guān)系和對(duì)暴雨的觸發(fā)作用。李麥村（1978）研究了華南前汛期特大暴雨與低空急流的非地轉(zhuǎn)關(guān)系

21、和重力波對(duì)特大暴雨的觸發(fā)作用。陶詩(shī)言（1977）提出了暴雨的中尺度特征。20 世紀(jì)70 年代后期至90 年代，氣象科學(xué)家對(duì)華南前汛期暴雨、江淮流域暴雨等從暴雨產(chǎn)生的氣候背景、大尺度環(huán)流形勢(shì)、物理?xiàng)l件及其形成機(jī)理進(jìn)行了研究， 對(duì)華南暴雨和江淮梅雨鋒暴雨的認(rèn)識(shí)已有長(zhǎng)足進(jìn)步并取得了一系列科研成果，同時(shí)， 對(duì)我國(guó)北方暴雨的研究也上了一個(gè)臺(tái)階。第一次全球大氣研究計(jì)劃試驗(yàn)(FGGE)期間（1977 1980）揭示了華南前汛期暴雨主要發(fā)生在鋒前暖區(qū)（李真光等，1981 ,黃土松等，1986）的特征，華南前汛期暴雨主要是中、低緯天氣系統(tǒng)相互作用的結(jié)果，特別是低緯的西南急流與中緯度地區(qū)的西風(fēng)槽疊加，華南暴雨的形

22、成與地面鋒面、輻合區(qū)與暖濕區(qū)也有很大的關(guān)系。這一觀點(diǎn)不同于挪威學(xué)派的鋒面氣旋模式，降水多發(fā)生在氣旋中心附近和冷暖鋒系附近的冷空氣一側(cè)（周秀驥等，2003）。薛紀(jì)善等（1999）對(duì)1994 年華南特大持續(xù)性暴雨的研究認(rèn)為華南前汛期暴雨是西風(fēng)帶系統(tǒng)與低緯度氣流共同作用的結(jié)果，除了受冷空氣的影響外，低空的西南或南風(fēng)急流是華南暴雨產(chǎn)生的又一決定性因素，而西南急流的增強(qiáng)和減弱往往與低緯度環(huán)流變化有關(guān)，由此提出，活躍的季風(fēng)與低緯度環(huán)流配置是對(duì)前汛期持續(xù)暴雨產(chǎn)生的背景條件。史學(xué)麗等研究（2000）進(jìn)一步說(shuō)明了地區(qū)的季風(fēng)峰值區(qū)和季風(fēng)向北推移與華南的降水期對(duì)應(yīng)得很好，降2水經(jīng)常發(fā)生在夏季風(fēng)的脈動(dòng)或加強(qiáng)期，它的中

23、斷期也與暴雨過(guò)程之間的短暫間歇期對(duì)應(yīng)得很好。陳紅等（2000）對(duì)影響華南暴雨的鋒面及其與暴雨的關(guān)系進(jìn)行了分析研究，得出華南暴雨過(guò)程中低層鋒面南側(cè)為明顯的暖舌、北側(cè)為冷空氣及鋒面的斜壓性特征（雖高度向北傾斜）；華南鋒區(qū)的強(qiáng)度和斜壓性比中緯度的鋒面要弱， 長(zhǎng)江流域梅雨鋒要強(qiáng)；華南暴雨過(guò)程與鋒面活動(dòng)有關(guān)，而鋒面過(guò)程又與鋒生區(qū)對(duì)應(yīng)， 暴雨多見(jiàn)于鋒生區(qū)前方暖區(qū)內(nèi)，表明暴雨不僅僅與冷空氣南下活動(dòng)有關(guān)。張?jiān)ＨA（1984）發(fā)現(xiàn)暖區(qū)雨團(tuán)出現(xiàn)的冷空氣在冷鋒來(lái)臨時(shí), 可以并入鋒后冷空氣中, 成為冷空氣新的補(bǔ)充來(lái)源,加強(qiáng)冷鋒強(qiáng)度, 在冷鋒前方觸發(fā)暴雨發(fā)生的可能性更大，說(shuō)明冷空氣的補(bǔ)充對(duì)冷鋒維持或加強(qiáng)的重要性。練江帆等

24、（1999）分析了華南暴雨出現(xiàn)的位置及其影響系統(tǒng)與副熱帶高壓位置的關(guān)系，當(dāng)副熱帶高壓位置偏北時(shí)，暴雨主要受低緯熱帶系統(tǒng)影響，當(dāng)副熱帶高壓位置偏南時(shí)，暴雨是中低緯西風(fēng)帶系統(tǒng)和低緯熱帶系統(tǒng)相互作用所致。在此階段中，人們對(duì)高低空急流特征及其在暴雨中的作用作了大量的研究。高坤（1984）對(duì)低空急流暴雨系統(tǒng)的形成和發(fā)展作了濕斜壓診斷分析表明，除了正平流變化是重要的啟制外,層結(jié)穩(wěn)定度的水平分布是決定調(diào)整變化的關(guān)鍵因素, 相對(duì)不穩(wěn)定區(qū)最有利于超地轉(zhuǎn)低空急流暴雨系統(tǒng)的形成。莊蔭模等（1985）研究發(fā)現(xiàn)，在華南前汛期低空急流鋒面暴雨過(guò)程初期，存在著一種自西南向東北方向 的中尺度波狀雨帶或中到中間尺度的波狀雨區(qū)，

25、這種波狀對(duì)流降水出現(xiàn)在850 hPa 冷切變南側(cè)的低空西南急流軸右側(cè)100 200 km 的地方。朱乾根等（1985）研究表明，與大尺度西南低空急流相的暴雨的生成，主要是由于低空急流之下水汽的橫向輻合，而不是低空急流所在層的水汽輻合，低空急流之下的水汽由急流左側(cè)向右側(cè)輸送，在暴雨區(qū)上升，而后在低空急流之上向右側(cè)輸送并下沉，從而一中尺度的水汽輸送環(huán)流圈，它與大尺度環(huán)流圈同相交疊，有利于暴雨的維持；由于摩擦作用，在低空急流之下的邊界層中風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，這是水汽橫向輸送的主要。李建輝(1982)分析發(fā)現(xiàn)，超低空急流和低空急流的特征及其它們對(duì)華南暴雨的影響均不相同：前者活動(dòng)于邊界層下部, 后者活動(dòng)于自

26、由大氣或邊界層頂部；前者為中間尺度，到后者為天氣尺度；前者上游在，后者上游在孟加拉灣；前者輻合區(qū)和雨區(qū)在其前段，后者在其左前側(cè)；對(duì)暴雨的貢獻(xiàn)，就從輸送水汽、熱量和動(dòng)量來(lái)說(shuō)，低空西南風(fēng)急流主要是在暴雨區(qū)東南側(cè)通過(guò)挾卷作用進(jìn)行，而超低空急流卻直接從暴雨區(qū)底部帶入。陳秋士（1982）以平流變化和調(diào)整變化的分解分析方法，討論了低空急流與高空急流藕合形成的物理過(guò)程。1991 年江淮流域持續(xù)性特大暴雨發(fā)生后，我國(guó)氣象加大暴雨研究的步伐。陸爾等（1994 ，1996 ，1997）從不同角度對(duì)1991 年3 場(chǎng)暴雨造成的江淮流域持續(xù)性特大暴雨進(jìn)行分析研究，討論了江淮梅雨期對(duì)流性暴雨的形成與東南季風(fēng)爆發(fā)和活動(dòng)有

27、關(guān)，西南季風(fēng)的進(jìn)退導(dǎo)致了江淮梅雨的維持和中斷，西南季風(fēng)的一個(gè)重要作用是將熱帶地區(qū)對(duì)流性很強(qiáng)的大氣輸送到江淮一帶；用位渦分析的方法討論了北方3冷空氣爆發(fā)南下的具體路徑和過(guò)程，指出在這一梅雨過(guò)程中北方強(qiáng)冷空氣三次爆發(fā)南下、侵入江淮流域，并與低緯的東南和西南暖濕氣流在江淮一帶相互作用是形成這3場(chǎng)大暴雨的一個(gè)重要條件；3場(chǎng)暴雨的降水性質(zhì)呈顯著的季節(jié)性演變，由第1場(chǎng)暴雨以鋒面性降水為主發(fā)展到第3場(chǎng)暴雨異常強(qiáng)的對(duì)流性降水，并從大氣運(yùn)動(dòng)場(chǎng)和熱力結(jié)構(gòu)討論了盛夏強(qiáng)對(duì)流降水期間積云對(duì)流以渦動(dòng)形式對(duì)熱量和水汽的強(qiáng)鉛直輸送作用；胡國(guó)權(quán)等（2003）通過(guò)對(duì)暴雨期間全球范圍的水汽輸送和不同降水過(guò)程中江淮暴雨區(qū)及其區(qū)域的水

28、汽收支和視熱源和視水汽匯的計(jì)算分析，揭示了暴雨時(shí)期能量和水循環(huán)與暴雨的內(nèi)在。施曙（1994）指出梅雨鋒是一條近于東西的正渦度帶狀分布區(qū)，而這一帶狀區(qū)中存在中尺度水汽通量輻合中心和深厚的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)。胡伯威（1996）研究發(fā)現(xiàn)，暖切變型江淮梅雨鋒在自由大氣層呈帶狀相當(dāng)正壓結(jié)構(gòu)，不同于中緯度鋒面。高坤等（1984）研究了江淮梅雨鋒暴雨期間的低空急流的熱力、動(dòng)力特征及其發(fā)生發(fā)展機(jī)理以及和暴雨的關(guān)系。有關(guān)高低急流耦合研究表明（斯公望等，1987，俞樟孝等，1983），對(duì)流層層的輻合、低空急流以及暴雨發(fā)生發(fā)展的先決條件, 即的輻散是對(duì)流層低的輻散是暴雨發(fā)生發(fā)展的促發(fā)因素。翟等（1998 ，2001）研究表

29、明，梅雨過(guò)程中，對(duì)流層上層青藏高壓東側(cè)偏北氣流在梅雨暴雨中的作用，由于青藏高壓向東擴(kuò)，在高壓東側(cè)出現(xiàn)偏北大風(fēng)軸，由此的高空輻散區(qū)隨著高壓的東移而東移，它常常位于低空急流前端的上空，形成上層?xùn)|北風(fēng)，下層西南風(fēng)的特殊耦合關(guān)系。陶祖鈺等(1994)通過(guò)對(duì)1991年7 月上旬發(fā)生在長(zhǎng)江中游的一次大暴雨過(guò)程的分析研究，發(fā)現(xiàn)該次大暴雨區(qū)發(fā)生在高空急流軸出口處右側(cè)氣流輻散區(qū)的下方，即與大暴雨過(guò)程相的高空急流軸，在其出口處的右側(cè)存在強(qiáng)輻散上升運(yùn)動(dòng)，這種情況與Uccellini（1979）所揭示的高空急流軸出口處右側(cè)存在輻合下沉運(yùn)動(dòng)剛好相反。徐海明等(2001)則提出，“傾斜”高空急流軸出口處右側(cè)的輻散場(chǎng)主要與

30、慣性平流項(xiàng)相的地轉(zhuǎn)偏差風(fēng)輻合輻散有關(guān), 即與“傾斜”高空急流軸出口處風(fēng)場(chǎng)的水平分布不均勻有關(guān)。華北暴雨的研究在華北暴雨的氣候特征、環(huán)流背景、中低緯度系統(tǒng)的相互作用、急流以及中尺度系統(tǒng)等方面取得了有益成果。丁一匯等(1978)對(duì)“75.8” 河南特大暴雨的研究中，討論了該次暴雨過(guò)程中四種天氣尺度的相互作用及其與暴雨的關(guān)系， 即：行星尺度系統(tǒng)制約影響暴雨天氣尺度系統(tǒng)活動(dòng)，決定暴雨區(qū)的水汽來(lái)源；天氣尺度系統(tǒng)制約造成暴雨的中尺度系統(tǒng)活動(dòng)，供應(yīng)水汽，制造位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)和風(fēng)垂直切變；中尺度系統(tǒng)觸發(fā)小尺度系統(tǒng)的發(fā)生、組織和增強(qiáng)對(duì)流，直接制造暴雨；小尺度系統(tǒng)制造暴雨并對(duì)中尺度系統(tǒng)形成反饋?zhàn)饔茫槐┯陮?duì)天氣尺度系

31、統(tǒng)形成反饋?zhàn)饔?，影響垂直運(yùn)動(dòng)、穩(wěn)定度、低空急流、溫度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的垂直分布。馮伍虎等（2001）分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)1996 年8 月發(fā)生在河北、山西、河南的特大暴雨分析表明，1996 年8月，西西伯利亞低槽、季風(fēng)、西太平洋副熱帶高壓、西亞副熱帶高壓了一種穩(wěn)定的大型鞍形場(chǎng)，1996 年8 月3 5 日河北特大暴雨正是在這一穩(wěn)定大尺度條4件下，北移臺(tái)風(fēng)與其東側(cè)北繞西伸副熱帶高壓之間的相互作用而產(chǎn)生的。孫淑清等（1979）分析了盛夏大尺度低空急流與華北暴雨的關(guān)系；對(duì)幾次北方低空急流和暴雨關(guān)系分析研究中發(fā)現(xiàn)，低空急流在濕度、三維流場(chǎng)以及急流本身的穩(wěn)定性等方面有很大的差異，并非均為超地轉(zhuǎn)的，因此在討論低空急流與暴

32、雨的相互作用時(shí)，不能只注意到低空出現(xiàn)了強(qiáng)風(fēng)，甚至有明顯的水平和垂直切變，如果它不具備有利于暴雨發(fā)生的熱力和動(dòng)力條件，那它就可能是一次“ 空急流”。陶祖鈺等（1980）分析了一次暴雨過(guò)程中西南低空急流自下而上的斜穿整個(gè)對(duì)流層與高空急流聯(lián)在一起的濕急流，揭示濕急流的結(jié)構(gòu)和形成過(guò)程，認(rèn)為急流和飽和凝結(jié)區(qū)相。劉盎然等（1979）探討了對(duì)華北暴雨的水汽問(wèn)題，提出華北暴雨水汽主要存在于中低層， 西南氣流將水汽輸送到對(duì)流層中層，偏東氣流將水汽輸送至低層，但西南水汽輸送的作用比偏東水汽輸送作用更為重要。丁一匯等(1980)歸納出造成華北暴雨的天氣形勢(shì)特點(diǎn):1)華北暴雨主要發(fā)生在東高西低或兩高壓對(duì)峙的環(huán)流形勢(shì)下

33、，當(dāng)長(zhǎng)波槽位于100 110°E 之間時(shí)，對(duì)華北暴雨最有利。另外，當(dāng)北面形成高壓壩時(shí)，臺(tái)風(fēng)深入內(nèi)陸受阻或切斷低渦穩(wěn)定少動(dòng)也會(huì)造成暴雨。2)低渦、暖切變線和低槽冷鋒是造成華北暴雨的主要天氣尺度系統(tǒng)。3)華北暴雨大部分出現(xiàn)在兩個(gè)或兩個(gè)以上天氣系統(tǒng)的相互作用或相互疊加的情況下，暖切變線與低渦相疊加；低槽冷鋒與低渦疊加；(南北或東西方向)低槽的合并和加強(qiáng)；高空冷渦與臺(tái)風(fēng)或西南渦結(jié)合。4)大部分暴雨發(fā)生時(shí)有低空急流的出現(xiàn)。5)華北地形對(duì)暴雨的出現(xiàn)有一定的作用。薛秋芳等（1995 ,1997）分析表明，造成華北突發(fā)性暴雨的天氣系統(tǒng)是以超級(jí)中尺度暴雨云團(tuán)為主，其空間尺度為700 km ,生命史為1

34、1 h ；討論了華北暴雨過(guò)程中天氣尺度和次天氣尺度系統(tǒng)間的相互作用及其對(duì)暴雨的維持作用。李廷福等(1999)分析了1998 年7 月5 日北京出現(xiàn)的暴雨過(guò)程中的中尺度特征,指出偏東風(fēng)的中尺度切變線和中尺度低壓的重要作用。冷鋒暴雨是我國(guó)華北地區(qū)夏季常見(jiàn)的暴雨過(guò)程之一， 這類(lèi)暴雨多數(shù)位于地面冷鋒后高空冷槽前，但也有一些冷鋒暴雨出現(xiàn)在地面冷鋒前的暖區(qū)內(nèi)。徐夏囡(1982)指出華北冷鋒前暖區(qū)暴雨的三維流場(chǎng)結(jié)構(gòu)特征、暖區(qū)內(nèi)中尺度雨帶的分布及降雨團(tuán)的活動(dòng)特點(diǎn)。東北暴雨主要是西風(fēng)帶、副熱帶和熱帶環(huán)流系統(tǒng)相互作用的結(jié)果,即所謂的“三帶”環(huán)流對(duì)東北暴雨的影響,具有突發(fā)性強(qiáng)、強(qiáng)度高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。謝義炳等(1

35、979 ,1989)研究指出，東北大范圍的持續(xù)性暴雨過(guò)程與西風(fēng)帶、副熱帶和熱帶環(huán)流系統(tǒng)有密切的，是中低緯系統(tǒng)相互作用的結(jié)果。蔣尚城(1981 ,1983)研究表明，華北氣旋暴雨中“三帶”大尺度環(huán)流系統(tǒng)共同作用的重要性，特別是熱帶暖濕氣流所提供的動(dòng)力、熱力條件；登陸減弱的臺(tái)風(fēng)在華北所產(chǎn)生的暴雨過(guò)程中，在中低緯系統(tǒng)相互作用下，導(dǎo)致暴雨的系統(tǒng)具有半熱帶性質(zhì)，造成的特大暴雨過(guò)程遠(yuǎn)比單一臺(tái)風(fēng)的降水劇烈復(fù)雜的多。胡宏達(dá)等（1997）分析了熱帶氣旋對(duì)東北地區(qū)暴雨影響的規(guī)律，指出熱帶氣旋的時(shí)間、移動(dòng)路徑與西太平洋副熱帶高壓的強(qiáng)5弱、位置有著極為密切的。蔣尚城（1983）對(duì)遠(yuǎn)距離臺(tái)風(fēng)影響西風(fēng)帶特大暴雨的研究指出

36、，臺(tái)風(fēng)在我國(guó)東南沿海登陸時(shí)與太平洋副熱帶高壓之間有一支東南低空急流，這支急流的活動(dòng)與北方暴雨密切相關(guān)，而此急流的生消又與臺(tái)風(fēng)活動(dòng)緊密相，并指出這支急流不同于一般產(chǎn)生暴雨時(shí)具有強(qiáng)的非地轉(zhuǎn)特征的低空急流；這支低空急對(duì)暴雨有熱力和動(dòng)力作用，還有觸發(fā)暴雨形成的中尺度的作用；臺(tái)風(fēng)與西風(fēng)槽相互作用而產(chǎn)生特大暴雨時(shí)的高低空急流；暴雨區(qū)的鋒區(qū)在垂直方向上具有三層結(jié)構(gòu)，第一層是 900 hPa 以下的邊界層內(nèi)，鋒區(qū)向冷側(cè)傾斜，鋒后為一淺薄的冷堆,第二層在 900 700 hPa 斜壓性明顯并向暖區(qū)一側(cè)傾斜（稱(chēng)為半熱帶鋒），第三層位于 600 300 hPa ，有一西風(fēng)槽所伴隨的向冷區(qū)傾斜的高空鋒，這個(gè)鋒區(qū)主要是

37、溫度對(duì)比明顯，其上伴隨一支高空急流。陶詩(shī)言（1980）指出東北低壓或冷渦型是我國(guó)主要暴雨的大形勢(shì)特點(diǎn)之一，它常給東北地區(qū)、華北北部造成暴雨或雷陣雨。孫力（1994）發(fā)現(xiàn)東北冷渦的出現(xiàn)不僅在時(shí)間上有相對(duì)的集中期，在地理分布上有著明顯的密集性，并且東亞地區(qū)阻塞高壓的異常發(fā)展及位置變化、西太平洋副高的強(qiáng)度及位置變化等對(duì)東北冷渦的形成和發(fā)展均具有的影響。我國(guó)西北地區(qū)位于青藏高原及其東北部，不僅受龐大的青藏高原的影響，還受中高緯及低緯熱帶、副熱帶系統(tǒng)的共同影響，暴雨特征及其影響系統(tǒng)與我國(guó)南方、華北和東北的暴雨有所不同；另外，西北地區(qū)下墊面性質(zhì)復(fù)雜，地形地貌特征多樣化，區(qū)域內(nèi)不同地域的降水情況也存在明顯差

38、異。劉式功等（1994）描述了影響甘肅暴雨的二類(lèi)環(huán)流特征，一類(lèi)是“東高西低”或西南氣流型，即西太平洋副熱帶高壓西伸北抬（脊線位于30ºN ，西脊點(diǎn)西伸直110ºE），青藏高原為長(zhǎng)波槽時(shí), 從青藏高原東部一省河西地區(qū)在對(duì)流層中層有一支較強(qiáng)的西南氣流, 它與低層偏南氣流相重疊, 暴雨發(fā)生在高原東北側(cè)；另一類(lèi)是西太平洋副熱帶高壓處于極盛期,脊線達(dá)33 35ºN ，我國(guó)大陸東部西太平洋副熱帶高壓與青藏高壓之間的南北向槽線或切變線上形成強(qiáng)度很大的暴雨。氣象臺(tái)研究指出（1977）,該區(qū)暴雨的形成與四股氣流有很大的關(guān)系，第一股氣流是105ºE 附近的近地面的偏東氣流，

39、它往往與河西熱倒槽有關(guān)，這股氣流是華北高壓、河西高壓向東或東南移過(guò)時(shí)，其高壓脊底部的東風(fēng)和西南部的東南風(fēng)以及河西熱倒槽或熱低壓的東風(fēng)，它提供了來(lái)自東部低層的水汽， 并與來(lái)自南方的氣流匯合，造成近地層的幅合；第二股氣流是700 hPa 上105ºE 附近的偏南氣流，當(dāng)高原沒(méi)有低氣壓系統(tǒng)移出時(shí)，這股氣流呈準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)， 當(dāng)西太平洋副高西北緣的低空偏南急流與這股偏南氣流合并時(shí)，這股偏南氣流加強(qiáng)， 它給降水提供了大量的暖濕空氣；第三股氣流是500 hPa 來(lái)自高原中部（90 95ºE） 的西南氣流伸展到本區(qū)上空；第四股氣流是對(duì)流層上層200 hPa 上的副熱帶西風(fēng)急流與大型青藏高壓前

40、部的偏北氣流。青藏高壓和西太平洋副熱帶高壓是陜西暴雨的主導(dǎo)系統(tǒng)，它們與中高緯西風(fēng)帶系統(tǒng)和熱帶系統(tǒng)相互作用，在特殊的地形作用下形成4 股氣流（低層高能南風(fēng)上升氣流，高原高能西南上升氣流，低層西北低能下沉6氣流和低層?xùn)|北低能下沉氣流）并在陜西交匯，陜西暴雨，甚至大暴雨或特大暴雨。和青海省的暴雨相對(duì)較少，特征也各不相同。此外，許多研究揭示了西北暴雨形成機(jī)理和中尺度特征。王向東等（1989）對(duì)1979 年 5 7 月青藏高原及其附近地區(qū)熱源與水汽的診斷分析表原地區(qū)是這一時(shí)期東亞地區(qū)內(nèi)熱源最強(qiáng)和出現(xiàn)最早的，雨季前四周幾乎還是熱匯時(shí)，高原上的熱源已經(jīng)很強(qiáng)，并且在對(duì)流層最強(qiáng)，高原地區(qū)上升運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)和高空濕度最

41、大，它使四周，特別是南方低空的水汽向高原輻合，然后沿上升氣流輸送到高原上空，在以上高空把水汽從高原輸送到下游東邊。劉子臣等(1995 ，1997)研究陜西暴雨時(shí)發(fā)現(xiàn)，在黃土高原上存在低空東北急流，它與弱偏南氣流相互作用產(chǎn)生大暴雨；東北低空急流主要是由貝加爾湖南部的高壓前部的偏北氣流和我國(guó)東北低壓后部的偏北氣流相匯產(chǎn)生的； 低空東北急流在尺度上小于西南低空急流，而且非常淺?。粬|北急流位于高能區(qū)的偏北方，暴雨區(qū)處在東北急流的左前方不遠(yuǎn)處；東北急流暴雨持續(xù)時(shí)間短，相對(duì)的雨強(qiáng)也大；西南急流主要是輸送水汽, 而東北急流是一種觸發(fā)機(jī)制。1998 年“華南暴雨科學(xué)試驗(yàn)”、1999 年“我國(guó)理論研究”和200

42、4 年“我國(guó)南方致洪暴雨監(jiān)測(cè)與天氣災(zāi)害形成機(jī)理與的理論和方法研究”的相繼開(kāi)展，我國(guó)氣象利用前幾次大型科學(xué)試驗(yàn)獲得的精細(xì)資料和多普勒觀測(cè)資料、地閃資料，綜合分析下墊面和輻射等外界環(huán)境條件對(duì)面展開(kāi)了我國(guó)中尺度暴雨系統(tǒng)的研究，在揭示中國(guó)雨發(fā)生發(fā)展的作用等，全雨中尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展結(jié)構(gòu)及其物理機(jī)制，發(fā)展中尺度預(yù)報(bào)理論和方法等科學(xué)問(wèn)題上有了很大的豐碩的成果。這些研究成果將在下一節(jié)中尺度對(duì)流系統(tǒng)研究進(jìn)展中敘述。，取得了1.2 暴雨中尺度對(duì)流系統(tǒng)研究進(jìn)展大氣運(yùn)動(dòng)尺度基本上是根據(jù)三個(gè)方面（觀測(cè)事實(shí)、實(shí)用角度和理論研究結(jié)果）來(lái)定義的（張玉玲，1999）。Ligda(1951)從實(shí)用出發(fā)（用探測(cè)跟蹤降水系統(tǒng)由于太小

43、區(qū)域天的經(jīng)驗(yàn)），首先創(chuàng)造了中尺度（mesoscale）這個(gè)詞，它是氣圖上無(wú)法顯現(xiàn)出來(lái)而由于太大單站無(wú)法概全的一種中間尺度。Emannuel(1983)的理論尺度是根據(jù) Rossby 數(shù)定義的。Orlanski (1975)從觀測(cè)和理論綜合分析角度出發(fā)，根據(jù)天氣系統(tǒng)的水平范圍將中尺度細(xì)分為中尺度（200 2 000 km）、中 尺度（20 2OO km）和中 尺度（2 20 km）。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)天氣尺度劃分基本上以 Orlansk 的定義為標(biāo)準(zhǔn)的。中尺度氣象學(xué)是研究中尺度對(duì)流系統(tǒng)及其相的災(zāi)害性天氣(如雷電、暴雨、冰雹、龍卷、下?lián)舯┝鞯?的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)報(bào)的學(xué)科 (壽紹文，2003)；中尺度氣象

44、學(xué)主要是研究尺度在 25 250 km 水平尺度的天氣現(xiàn)象和天氣系統(tǒng)（中 系統(tǒng)），還包括其它一些如山脈背、海陸風(fēng)、鋒面中的中尺度結(jié)構(gòu)，強(qiáng)斜壓區(qū)，高低空急流中的風(fēng)速中心，熱島效應(yīng)和嚴(yán)重空氣污染等天氣現(xiàn)象或天氣系統(tǒng)的研究（丁一匯，2005）。暴雨（雨）是在有利的大尺度環(huán)境條件下，中小尺度對(duì)流7系統(tǒng)直接造成的，它所造成的災(zāi)害相當(dāng)嚴(yán)重，往往會(huì)造成給和生命財(cái)產(chǎn)的巨大損失。雨屬于中尺度氣象學(xué)對(duì)流系統(tǒng)形成機(jī)理極其復(fù)雜，所以長(zhǎng)期以來(lái)，雨一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，它的研究在大氣科學(xué)中占有非常重要的地位。要解決中尺度對(duì)流系統(tǒng)造成的雨問(wèn)題，首先是獲得高時(shí)空分辨率的氣象觀測(cè)資料，通過(guò)觀測(cè)事實(shí)研究中尺度對(duì)流系統(tǒng)的特征及其演

45、變，然后用理論揭示它的發(fā)生發(fā)展機(jī)理，最后付諸行動(dòng)，將理論和實(shí)際預(yù)報(bào)結(jié)合起來(lái)，建立氣的預(yù)報(bào)系統(tǒng)。1.2.1 中尺度對(duì)流系統(tǒng)觀測(cè)資料及其應(yīng)用雨等對(duì)流天近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多投入巨資研制發(fā)射新一代氣象，布設(shè)新一代氣象、GPS、風(fēng)廓線儀、閃電等建設(shè)綜合氣象觀測(cè)網(wǎng)，為雨等對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)及其研究提供了高時(shí)空分辨率的氣象資料。自從美國(guó) 1960 年 4 月 1 日發(fā)射第一顆氣象Tiros-1 以來(lái)，美國(guó)、和歐洲空間組織各國(guó)先后發(fā)射了 100 多顆氣象，我國(guó)從 1988 年開(kāi)始，先后發(fā)射了 4 顆極軌氣象風(fēng)云一號(hào)( FY- 1)，4 顆靜止氣象風(fēng)云二號(hào)( FY-2)，獲得大量全球范圍的各種大氣探測(cè)資料（許健民等，

46、2006 ，楊軍，2008 ，章國(guó)才等，2007）。這些資料包括云圖資料、大氣探測(cè)資料、測(cè)風(fēng)資料和輻射資料四類(lèi)。云圖是根據(jù)上的探測(cè)器所接收到的地球大氣系統(tǒng)的電磁波輻射而轉(zhuǎn)換成圖像，可分為可見(jiàn)光云圖、紅外云圖、水汽云圖?？梢?jiàn)光云圖是接收到的主要來(lái)自地表、云面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射輻射轉(zhuǎn)換的圖像；在一定的太陽(yáng)高度角下，反照率越大，其可見(jiàn)光云圖上色調(diào)越白，反之反照率越小，色調(diào)越黑；所以，可以從可見(jiàn)光云圖的色調(diào)估計(jì)反照率來(lái)區(qū)分不同的云及地表。紅外云圖是接收到的地面和云面發(fā)射的長(zhǎng)波紅外輻射轉(zhuǎn)換的圖像；它只與物體的溫度有關(guān)，溫度越低，輻射越小，色調(diào)越白，反之，色調(diào)越黑；因此，紅外云圖實(shí)際表達(dá)的是云和地表的亮度溫

47、度分布。水汽云圖是接收的大氣層中上層的水汽輻射轉(zhuǎn)換的圖像；接收到的輻射量與大氣中的水汽含量、水汽在垂直方向中的位置以及水汽的溫度有關(guān)；所以，水汽云圖上，灰度白淺的為濕冷或高云區(qū)，高云區(qū)的邊界是模糊的，云區(qū)中較亮處表示濕層頂部較高，較暗處表示濕層頂部（對(duì)流層頂）較低，特暗處表示對(duì)流層中上部有明顯的下沉運(yùn)動(dòng)，色調(diào)白亮一些的區(qū)域?yàn)樯仙\(yùn)動(dòng)或?qū)α鲗禹敻叩膮^(qū)域。云圖上的各種云系的大范圍分布表現(xiàn)為某些天氣系統(tǒng)或大氣物理過(guò)程有關(guān)的特征性云型，而云型特征在云圖主要是根據(jù)其上的云和云區(qū)的結(jié)構(gòu)、范圍大小、邊界形狀、亮度、暗影和紋理等來(lái)識(shí)別的，所以通過(guò)分析這些云系可以識(shí)別各種天氣系統(tǒng)。同時(shí)通過(guò)云圖動(dòng)畫(huà)可以分析追蹤這

48、些天氣系統(tǒng)的發(fā)展演變。云圖上的云和云型實(shí)際代表了大氣中正在進(jìn)行著的動(dòng)力和熱力過(guò)程的總效應(yīng)（章國(guó)才8等，2007）。目前，氣象資料用于中尺度對(duì)流系統(tǒng)的研究主要有，分析中尺度對(duì)流系統(tǒng)的時(shí)空分布特征和演變規(guī)律、動(dòng)力和熱力結(jié)構(gòu)、大尺度環(huán)境背景及其與暴雨的相互關(guān)系。法國(guó)氣象局和保加利亞氣象水文（方翔等譯，2008）將水汽云圖與位勢(shì)渦度場(chǎng)結(jié)合起來(lái)，分析研究了對(duì)流層中上部暴雨形成的大尺度環(huán)流形勢(shì)，研究指出，水汽云圖上被拉伸的天氣尺度明暗區(qū)域之間的清晰的邊界，可以確定高空急流軸的位置，干空氣（暗區(qū)）往往位于其極地一側(cè)，可以繪出對(duì)流層中上部的高、低壓環(huán)流。Fett 等（1966）、方翔等（2000）研究了熱帶氣

49、旋對(duì)流層上部環(huán)流特征。丁偉鈺等（2004）利用 TRMM 資料揭示分析了熱帶氣旋登陸過(guò)程中不同半徑、不同方向降水的時(shí)空變化特征以及不同熱帶氣旋之間降水差異的大尺度環(huán)流背景。紅外云圖資料反演的相當(dāng)黑體亮度溫度 TBB 的數(shù)值大小通?？梢远康胤从炒髿庵袑?duì)流活動(dòng)的強(qiáng)弱。Fritz 等（1966）、Dvorak 等（1975）、方宗義等（1980 ，1982）、江吉喜（1986）概括了與熱帶氣旋強(qiáng)度、中緯度天氣系統(tǒng)鋒面和氣旋的云型特征，高空旋渦和梅雨鋒結(jié)構(gòu)，高空急流、西南低渦和暴雨的降水云系特征等。陶詩(shī)言等(1979)研究了赤道輻合帶的特征及熱帶云團(tuán)特征。Maddox（1980）用增強(qiáng)顯示紅外云圖上

50、的卷云頂?shù)?2 與52 TBB 的區(qū)域范圍、形狀、時(shí)間尺度等 6 個(gè)條件定義和研究了中緯度地區(qū)的中尺度對(duì)流復(fù)合體（ MCC）。Velasco 等（1987）、Augustine 等（1985 ，1991）、Anderson 等（1998） Miller等（1991）、liang 等（1993）對(duì)南洲、西太平洋、非洲、等地區(qū)的中尺度對(duì)流系統(tǒng)進(jìn)行普查分析研究。李玉蘭等（1989 ，1993）、鐘曉平等（1994）、項(xiàng)續(xù)康等（1995）、馬禹等（1997）、陶祖鈺等（1998）、江吉喜等（1990 ，2002）、鄭永光等（2002 ，2007 ，2008）、單寅等（2003）、段旭等（2004）、楊

51、本湘等（2005）不同區(qū)域的中尺度對(duì)流系統(tǒng)進(jìn)行普查分析，并與國(guó)外對(duì)比分析，得出了不同國(guó)外的一些特征。大氣探測(cè)提供的原始資料是多通道紅外和微波輻射亮溫，由此推導(dǎo)的原始有三維大氣溫度、濕度分布，大氣射出長(zhǎng)波輻射和大氣柱臭氧總含量等，導(dǎo)出的很多。所以，大氣探測(cè)資料實(shí)際上就是直接、間接導(dǎo)出的這些表征大氣物理狀態(tài)的各種參數(shù)。目前，ATOVS 生成的大氣探測(cè)有大氣可降水含量、大氣穩(wěn)定度指數(shù)、云頂溫度、云頂高度、15 層大氣溫度和位勢(shì)高度、9 層熱成風(fēng)、6 層大氣濕度等 11 種（章國(guó)才等，2007）。這些成為細(xì)致分析中小尺度系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)及其演變特征，揭示暴雨等強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展機(jī)制的有利工具。云跡風(fēng)主要

52、揭示云的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，看出大氣運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)和系統(tǒng)發(fā)展演變規(guī)律；云跡風(fēng)不僅為資料稀少的海洋和高原、沙漠強(qiáng)地區(qū)提供風(fēng)的信息，彌補(bǔ)海上缺測(cè)資料的現(xiàn)象，而且為陸地上資料稠密地區(qū)補(bǔ)充資料，從而使對(duì)流層上部大尺度環(huán)流形勢(shì)及其演變（如副熱帶高壓、熱帶氣旋等）可以更好地描述天氣變化；9因而，準(zhǔn)確分析大尺度環(huán)流背景對(duì)預(yù)報(bào)主要雨帶和分析研究中尺度對(duì)流系統(tǒng)十分有用(許健民等，2006 ，方翔等，2000 ，王峰等，1998 ，侯青等，2006)。云跡風(fēng)還揭示了熱帶深對(duì)流與對(duì)流層上部輻散的關(guān)系（Schmetz 等，2002），改進(jìn)數(shù)值預(yù)報(bào)的初始場(chǎng)，提高數(shù)值預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性（ Nakamura 等，2002 ，Grijn 等，20

53、02 ，周兵等，2002）。輻射探測(cè)資料包括地-氣系統(tǒng)將太陽(yáng)輻射反射和散射回太空的短波輻射資料，以及地-氣系統(tǒng)向太空發(fā)射的長(zhǎng)波輻射資料。射出長(zhǎng)波輻射 (Outgoing Longwave Radiation ，簡(jiǎn)稱(chēng) OLR)是指地球大氣系統(tǒng)在大氣層頂向外空輻射出去的所有波長(zhǎng)的電磁波能量密度（也稱(chēng)熱輻射能量密度），其大小主要由發(fā)射下墊面的溫度所決定；OLR 潛在反映的信息有，地表溫度、洋面溫度、云頂溫度、大氣中的云量、大氣垂直運(yùn)動(dòng)等。云頂溫度或下墊面溫度越低，OLR 值越低，云頂溫度或下墊面溫度越高，OLR 值越高。因此，OLR 低值區(qū)對(duì)應(yīng)著對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)造成的降水區(qū)和大氣凝結(jié)潛熱區(qū)，高值區(qū)則對(duì)應(yīng)

54、著少云或無(wú)云的下沉區(qū)（江吉喜等，1992）。OLR覆蓋范圍廣，時(shí)間分辨率高（3 h 一次），所以實(shí)時(shí)的 OLR 完整地反映了當(dāng)時(shí)的大范圍的天氣形勢(shì)及其發(fā)生發(fā)展規(guī)律，彌補(bǔ)了實(shí)時(shí)常規(guī)觀測(cè)資料空間分辨率低的缺點(diǎn)。蔣尚城等（1998）、許晨海等（2001）的研究也證實(shí)了這一觀點(diǎn)。天氣探測(cè)到的是通過(guò)天線接收到的氣象目標(biāo)物對(duì)電磁波的后向散射的電磁波，這些電磁波是以振幅和位相的形式表示的，從一系列的回波振幅和位相中可以提取氣象目標(biāo)物的反射率因子、平均徑向速度和徑向速度譜。20 世紀(jì) 90 年代前，天氣只能測(cè)量回波強(qiáng)度（反射率因子），20 世紀(jì) 90 年代，美國(guó)開(kāi)始使用專(zhuān)門(mén)為氣象業(yè)務(wù)應(yīng)用設(shè)計(jì)的多普勒WSR-8

55、8D ，WSR-88D 具有測(cè)量反射率因子、平均徑向速度和徑向速度譜的功能。20 世紀(jì)末，我國(guó)也引進(jìn)和設(shè)計(jì)了多普勒天氣雷達(dá)，成為我國(guó)的天氣預(yù)報(bào)和分析研究，尤其是中小尺度的預(yù)報(bào)和研究的主要工具之一（俞小鼎等，2006）。探測(cè)資料可分為三個(gè)基本（反射率因子、平均徑向速度和譜寬）和導(dǎo)出（組合反射率因子，相對(duì)風(fēng)暴平均徑向速度，反射率因子垂直剖面圖，垂直累積液態(tài)水含量，徑向垂直速度剖面圖，速度方位顯示風(fēng)廓線，回波頂，1 h 、3 h累積降水量，風(fēng)暴總降水量等）。國(guó)內(nèi)外許多直剖面分析研究風(fēng)暴演變特征及其三維結(jié)利用反射率因子和反射率因子垂rowning 等，1963 ，1964 ，1965 ，Lemon 等，1977 ，1979 ，杜秉玉等，1979 ，1983 ，1985 ，鄭嬡媛等，2004）。平均徑向速度及其剖面圖表示降水或降水云體中的水平風(fēng)場(chǎng)和風(fēng)隨高度的變化，從平均徑向速度圖上，根據(jù)徑向風(fēng)速的大小和零速度線上空大尺度的風(fēng)向、分速，確定水平風(fēng)場(chǎng)不連續(xù)線