常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件

常用對(duì)流參數(shù)在天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用諶蕓張濤國家氣象中心強(qiáng)天氣預(yù)報(bào)中心zhangtao@2010年3月17日北京常用對(duì)流參數(shù)在天氣預(yù)報(bào)諶蕓張濤1主要內(nèi)容一、什么是對(duì)流參數(shù)二、對(duì)流參數(shù)的分類和計(jì)算三、法國CNP和美國SPC對(duì)流參數(shù)診斷和應(yīng)用簡介四、目前SWPC對(duì)流參數(shù)應(yīng)用介紹五、對(duì)流參數(shù)應(yīng)用應(yīng)注意的問題六、個(gè)例七、小結(jié)主要內(nèi)容一、什么是對(duì)流參數(shù)2一、什么是對(duì)流參數(shù)什么是對(duì)流對(duì)流就是垂直方向的大氣運(yùn)動(dòng)對(duì)流與氣塊法對(duì)流分析基礎(chǔ)的基本假設(shè)-氣塊法對(duì)流需要的條件大氣層結(jié)（水汽/穩(wěn)定度/觸發(fā)/強(qiáng)化）基于氣塊法分析對(duì)流條件的參數(shù)——對(duì)流參數(shù)一、什么是對(duì)流參數(shù)什么是對(duì)流3常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件4一、對(duì)流參數(shù)的分類和計(jì)算一、對(duì)流參數(shù)的分類和計(jì)算5物理量診斷：動(dòng)力因子：渦度、散度、垂直速度、溫度平流、渦度平流、螺旋度Q矢量、風(fēng)垂直切變……熱力因子：位溫、假相當(dāng)位溫、相當(dāng)位渦、濕靜力能量、有效位能、穩(wěn)定指數(shù)、抬生指數(shù)……有關(guān)水汽：可降水量、水汽通量、水汽通量輻合……動(dòng)力和熱力綜合的因子：濕位渦、鋒生函數(shù)、壓能、風(fēng)暴指數(shù)、能量螺旋度指數(shù)、RICHARSON指數(shù)……物理量診斷：6對(duì)流發(fā)生發(fā)展的基本條件:水汽條件不穩(wěn)定條件抬升條件有組織強(qiáng)對(duì)流發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵條件：4.垂直風(fēng)切變對(duì)流發(fā)生發(fā)展的基本條件:7大氣可降水量（PricipitableWater-PW）：從地面直到大氣頂?shù)膯挝唤孛娲髿庵兴偭咳磕Y(jié)降落到地面可以產(chǎn)生的降水量。通常用在同面積中相當(dāng)水量的深度來表示，單位：cm或mm?！八囊簯B(tài)水當(dāng)量”大氣可降水量（PricipitableWater-PW）8降水診斷（宏觀成因：1凝結(jié)率2水汽來源微觀成因:雨滴形成）大氣中的水汽大氣水汽的垂直分布可降水量氣柱水汽總量*水汽垂直分布隨高度指數(shù)遞減，92%的水汽集中在500hPa以下*氣柱最大總水汽量全部凝結(jié)降落約為30~40mm降水*一次暴雨過程中雨區(qū)上空水汽經(jīng)過多次替換結(jié)論降水取決于雨區(qū)外來自低層的水汽補(bǔ)充降水診斷大氣水汽的可降水量*水汽垂直分布隨91）降水強(qiáng)度公式（凝結(jié)函數(shù)）基本出發(fā)點(diǎn)*降水時(shí)大氣處于飽和狀態(tài)*空氣上升絕熱冷卻水汽不斷凝結(jié)降落*凝結(jié)函數(shù)飽和比濕隨高度分布凝結(jié)率/降水強(qiáng)度*飽和比濕的遞減率(取決于溫度/季節(jié))*上升速度(凝結(jié)速度)(量級(jí)范圍100~103cm/s)結(jié)論：汛期降水強(qiáng)度主要取決于上升速度大尺度可達(dá)101cm/s降水強(qiáng)度101mm/天對(duì)流可達(dá)103cm/s降水強(qiáng)度103mm/天氣塊上升單位高度的凝結(jié)量1）降水強(qiáng)度公式（凝結(jié)函數(shù)）基本出發(fā)點(diǎn)氣塊上升單位高度102）水汽連續(xù)方程（水汽質(zhì)量守恒）水汽水平通量散度水汽垂直通量散度水汽局地變化出發(fā)點(diǎn)：降水來自于大氣中的水汽降水量等于局地水汽收支方程的差額（凝結(jié)量）（不必考慮飽和和凝結(jié)過程）水汽局地變化可忽略！2）水汽連續(xù)方程（水汽質(zhì)量守恒）水汽水平通量散度水汽垂直通量11垂直通量散度項(xiàng)

對(duì)整個(gè)氣柱垂直積分而言，水汽垂直通量散度項(xiàng)只和下邊界水汽流入有關(guān)。平坦地表垂直速度為零，垂直通量散度項(xiàng)無貢獻(xiàn)；特殊地形下，垂直通量散度項(xiàng)貢獻(xiàn)非常大。垂直通量散度項(xiàng)對(duì)整個(gè)氣柱垂直積分而言，水汽垂直通量12水平通量散度項(xiàng)水平通量散度項(xiàng)13水汽水平通量散度項(xiàng)包含空氣輻合帶來的水汽和比濕平流帶來的水汽水平通量散度的積分根據(jù)質(zhì)量補(bǔ)償原理在上升運(yùn)動(dòng)情況下上部輻散，水汽流出，根據(jù)水汽垂直分布上部水汽含量很少，故只需積分到500hPa降水量取決于*500hPa垂直速度（表征低空空氣總輻合量）*低空平均比濕（與凝結(jié)函數(shù)法結(jié)論相同但從水汽質(zhì)量守恒出發(fā)，無需考慮是否飽和）水汽水平通量散度項(xiàng)包含14對(duì)流性降水診斷垂直速度可達(dá)10m/s量級(jí)，雨強(qiáng)大尺度小:數(shù)十公里,時(shí)間短:數(shù)十分鐘降水的時(shí)—面—深關(guān)系（水文）垂直速度無法實(shí)際診斷診斷大氣層結(jié)靜力穩(wěn)定度（從略）比濕平流項(xiàng)對(duì)流性降水診斷比濕平流項(xiàng)15常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件16比濕（q）：指某容積中水汽質(zhì)量（mv）與同一容積中空氣（包括水汽）的總質(zhì)量（mv＋md）的比值。飽和空氣的比濕－飽和比濕（qs）公式：比濕垂直分布特征：平均情況：隨高度按指數(shù)規(guī)律快速減小。90％的水汽在500hPa以下，50％的水汽集中在850hPa以下。地面比濕最大的地方：濕度逆增：同逆溫層同時(shí)存在，逆溫層的穩(wěn)定層結(jié)阻止了水汽向上輸送。保守性：表示空氣的濕度q:比濕；Md干空氣質(zhì)量；Mv水汽質(zhì)量赤道附近比濕（q）：指某容積中水汽質(zhì)量（mv）與同一容積中空氣（包括17露點(diǎn)溫度：空氣中在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時(shí)的溫度。

干線（露點(diǎn)鋒）干線（露點(diǎn)鋒）指濕度（露點(diǎn)溫度或比濕）的不連續(xù)線。沿濕度梯度最大處分析干線（露點(diǎn)鋒）。當(dāng)有顯著流線自干線（露點(diǎn)鋒）的干區(qū)一側(cè)吹向濕區(qū)時(shí)，強(qiáng)對(duì)流天氣易發(fā)生。

露點(diǎn)溫度：空氣中在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和18溫度露點(diǎn)差（T-Td）

溫度露點(diǎn)差分析是為了幫助定義顯著濕區(qū)。當(dāng)溫度露點(diǎn)差小于等于5℃時(shí)，每隔2℃分析一條等溫度露點(diǎn)差線，如1℃，3℃，5℃。所有等值線兩端須標(biāo)明露點(diǎn)溫度差數(shù)值。相對(duì)濕度（f或rh）：空氣中實(shí)際水汽壓與當(dāng)時(shí)氣溫下的飽和水汽壓的比值，用百分比表示公式：大?。褐苯颖硎究諝饩嚯x飽和的程度；由水汽壓和溫度的增減決定，通常氣溫的改變比水汽壓的改變快，溫度起主導(dǎo)作用。水汽壓一定時(shí)，溫度降低則相對(duì)濕度增大，反之，溫度升高則減小。f:相對(duì)濕度；qs飽和比濕溫度露點(diǎn)差（T-Td）相對(duì)濕度（f或rh）：空氣中實(shí)際水汽19表征大氣溫濕場1）位溫2）相當(dāng)位溫其中:Te為相當(dāng)溫度大氣基本物理量表征大氣溫濕場其中:Te為相當(dāng)溫度大氣基本物理量20表征大氣溫濕場（續(xù)〕1）位溫空氣沿干絕熱過程變化到氣壓P＝1000hPa時(shí)的溫度稱為位溫。位溫和溫度比較要更能代表空氣塊的熱力特性，同時(shí)位溫具有保守性，利用位溫這個(gè)特性可以鑒別不同高度處的氣團(tuán)性質(zhì)，位溫一般與干靜力溫度相對(duì)應(yīng)用可以做靜力穩(wěn)定度判別：

不穩(wěn)定中性穩(wěn)定表征大氣溫濕場（續(xù)〕21假相當(dāng)位溫

，是溫度、氣壓、水汽含量的函數(shù)，表示溫壓濕綜合的物理量，當(dāng)氣塊沿干絕熱線上升至抬升凝結(jié)高度C，又經(jīng)過濕絕熱過程上升，將所含的水汽全部凝結(jié)放出后再沿干絕熱過程下降到達(dá)1000hpa時(shí)的溫度。在同一氣壓條件下，越大空氣越暖濕，越小空氣越冷干。假相當(dāng)位溫垂直變化：850hPa－500hPa差假相當(dāng)位溫是溫度、氣壓、水汽含量的函數(shù)，22差動(dòng)假相當(dāng)位溫平流：平流隨高度的變化是引起對(duì)流性不穩(wěn)定局地變化的原因之一，計(jì)算時(shí)的關(guān)鍵是層次的選取：東部地區(qū)，可取500和850hPa。差動(dòng)假相當(dāng)位溫平流：平流隨高度的變化是引起對(duì)流性不穩(wěn)定局23850-700hPa差動(dòng)假相當(dāng)位溫平流850-700hPa差動(dòng)假相當(dāng)位溫平流24

總溫度

T+++

總能量＝顯熱能＋位能＋潛熱能＋動(dòng)能總溫度T++25濕靜力溫度（處理濕對(duì)流過程時(shí)的熱力學(xué)變量）

=T++飽和濕靜力溫度：在氣壓、溫度不變條件下，假定空氣達(dá)到飽和時(shí)的濕靜力溫度。

濕靜力溫度（處理濕對(duì)流過程時(shí)的熱力學(xué)變量）=T+26THT’H表示H0處的空氣上升到H時(shí)的溫度，表示H處空氣的飽和濕靜力溫度，且H大于抬升凝結(jié)高度Hc，當(dāng)時(shí)，H0處的空氣便不能自由地穿過H層上升，其能量將儲(chǔ)存在H層之下；當(dāng)時(shí)，H0處的空氣及其具有的能量將自由地穿越H層而往上傳遞。因此，表示H層以下氣塊濕靜力能量儲(chǔ)存的限度，可簡稱為儲(chǔ)能限。條件性穩(wěn)定度指數(shù)飽和濕靜力溫度的應(yīng)用－條件性穩(wěn)定度指數(shù)THT’H表示H0處的空氣上升到H時(shí)的溫度，當(dāng)27溫度平流():引起溫度局地變化的原因量級(jí)與計(jì)算采用的水平網(wǎng)格長度有關(guān)：當(dāng)水平網(wǎng)格長度取100km時(shí)，其量級(jí)與單位為：溫度平流對(duì)各地天氣變化影響很大，是決定日平均氣溫的主要因子，當(dāng)溫度平流很強(qiáng)時(shí)，常常掩蓋了“正?！比兆兓??？捎伤綔囟忍荻群惋L(fēng)計(jì)算。溫度平流():引起溫度局地變化的原28風(fēng)垂直切變（windshear）

在切變環(huán)境下，容易使上升氣流傾斜，有利于對(duì)流形成的降水脫離出上升氣流，而不致于因拖帶作用減弱上升浮力。而且，風(fēng)的垂直切變還可增強(qiáng)中層干冷空氣的吸入，加強(qiáng)風(fēng)暴中的下沉氣流和冷空氣的外流，通過強(qiáng)迫抬升使流入的暖濕空氣更強(qiáng)烈上升，從而加強(qiáng)對(duì)流。風(fēng)垂直切變（windshear）29垂直風(fēng)廓線在對(duì)流天氣中的的作用普通單體風(fēng)暴的風(fēng)向隨高度的分布雜亂無章，基本上是一種無序分布，而且風(fēng)速隨高度的變化也較??；多單體風(fēng)暴和超級(jí)單體風(fēng)暴的風(fēng)向風(fēng)速隨高度變化分布是有序的，風(fēng)向隨高度朝一致方向偏轉(zhuǎn)，而且風(fēng)速隨高度的變化值也比普通單體風(fēng)暴的大。垂直風(fēng)廓線在對(duì)流天氣中的的作用30對(duì)流有效位能（CAPE）

(covectiveavailablepotentialenergy)定義：若把在自由對(duì)流高度(LFC)到平衡高度(EL)間的層結(jié)曲線與狀態(tài)曲線所圍成的面積稱為正面積，表示在自由對(duì)流高度上，氣塊可從正浮力作功而獲得的能量，并有可能轉(zhuǎn)化成氣塊的動(dòng)能。對(duì)流有效位能（CAPE）

(covectiveavaila31黑線：溫度廓線綠線：露點(diǎn)廓線紅線：過程曲線黑線：溫度廓線32常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件33下沉對(duì)流有效位能（DCAPE）

引自劉玉玲、劉建文等下沉運(yùn)動(dòng)是極常見的大氣現(xiàn)象，對(duì)流下沉開始的最基本原因是干冷空氣侵入含液態(tài)水的云體后，由于液態(tài)水蒸發(fā)而使氣塊降溫，增大了局部層結(jié)的溫度遞減率，從而使得下沉發(fā)生。下沉對(duì)流有效位能從理論上反映出下沉發(fā)生后，氣塊下沉到達(dá)地面時(shí)所具有的最大動(dòng)能（下?lián)舯┝鞯膹?qiáng)度）即環(huán)境對(duì)氣塊的負(fù)浮力能。

把中層干冷空氣的侵入點(diǎn)作為下沉起點(diǎn)。下沉起始溫度以大氣在下沉起點(diǎn)的溫度經(jīng)等焓蒸發(fā)至飽和時(shí)所具有的溫度作為大氣開始下沉的溫度。大氣沿假絕熱線下沉至大氣底，這條假絕熱線與大氣層結(jié)曲線所圍成的面積所表示的能量為下沉對(duì)流有效位能。利用實(shí)際探空判斷下沉起點(diǎn)時(shí)，可把中層大氣中濕球位溫或假相當(dāng)位溫最小的點(diǎn)作為下沉起始高度，把該高度處的濕球溫度作為下沉起始溫度。

下沉對(duì)流有效位能（DCAPE）

引自劉玉玲、劉建文等下沉運(yùn)34常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件35對(duì)流抑制能量(CIN)把氣塊抬升到LFC位置通常必須對(duì)氣塊作功，而功的大小與從氣塊起始位置到LFC間的狀態(tài)曲線與層結(jié)曲線所圍成的面積成正比，這塊面積被稱為負(fù)面積(NA)，即對(duì)流抑制能量(CIN)。物理意義：處于大氣底部的氣塊，若要能自由地參與對(duì)流，至少要從其它途徑獲得的能量下限。CIN是氣塊獲得對(duì)流潛勢必須超越的能量臨界值。對(duì)于強(qiáng)對(duì)流發(fā)生的情況往往是CIN有一較為合適的值：太大，抑制對(duì)流程度大，對(duì)流不容易發(fā)生；太小，不穩(wěn)定能量不容易在低層積聚，對(duì)流調(diào)整易發(fā)生，從而使對(duì)流不能發(fā)展到較強(qiáng)的程度。對(duì)流抑制能量(CIN)36對(duì)流抑制能量（CIN）把氣塊抬升到LFC位置通常必須對(duì)氣塊作功，而功的大小與從氣塊起始位置到LFC間的狀態(tài)曲線與層結(jié)曲線所圍成的面積成正比，這塊面積被稱為負(fù)面積(NA)，即對(duì)流抑制能量(CIN)。合適的CIN有利于強(qiáng)對(duì)流的發(fā)展！——與干暖蓋效應(yīng)類似對(duì)流抑制能量（CIN）把氣塊抬升到LFC位置通常37常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件38幾個(gè)特征高度：1、抬升凝結(jié)高度(LCL)——當(dāng)未飽和濕空氣微團(tuán)被抬升時(shí),隨著空氣微團(tuán)抬升、溫度按干絕熱直減率降低，與它溫度對(duì)應(yīng)的飽和水汽壓也隨之減小。這樣，必然會(huì)找到一個(gè)(且只有一個(gè))高度，在此高度處飽和水汽壓等于空氣微團(tuán)的水汽壓，于是水汽開始凝結(jié)，人們把這一高度稱為抬升凝結(jié)高度(有時(shí)簡稱凝結(jié)高度)，幾個(gè)特征高度：392、對(duì)流凝結(jié)高度(CCL)與對(duì)流溫度由于地面加熱作用，地面氣塊沿干絕熱上升，水汽達(dá)到飽和產(chǎn)生凝結(jié)。在熱力圖解上層結(jié)曲線與地面比濕值所對(duì)應(yīng)的等飽和比濕線相交點(diǎn)的高度，即為對(duì)流凝結(jié)高度，如圖中之C點(diǎn)。其中CA為等飽和比濕線，SA1(實(shí)曲線)為層結(jié)曲線。由C點(diǎn)沿干絕熱下降與地面氣壓值所交之點(diǎn)(A2)的溫度(TA2)，稱為對(duì)流溫度。2、對(duì)流凝結(jié)高度(CCL)與對(duì)流溫度403、起始抬升高度()

不同起始高度會(huì)使CAPE和CIN有很大的差別4、自由對(duì)流高度(LFC)、平衡高度(EL)與等面積高度(EAL)

ZLFC—自由對(duì)流高度，是(Tvp－Tve)由負(fù)值轉(zhuǎn)正值的高度；ZEL－平衡高度，是(Tvp－Tve)由正值轉(zhuǎn)負(fù)值的高度；EAL—?dú)鈮K到達(dá)B點(diǎn)后仍能繼續(xù)上升，直至升到負(fù)面積N等于其下部正面積的高度H時(shí)，垂直速度才等于0，這也就是說云頂應(yīng)達(dá)到此高度3、起始抬升高度()415、0℃高度(Z0)：云中水分凍結(jié)高度的下限，識(shí)別雹云的重要參數(shù)。最有利于降雹的Z0大約在3－4.5km或700－600hPa，也有5km（高原地區(qū)）；一般3km較有利于降雹。6、-20oC高度(Z-20)：大水滴自然成冰的溫度在-20oC左右，因此，Z-20也是表示雹云特征的一個(gè)重要參數(shù)，隨時(shí)間和地點(diǎn)的變化較大。一般在5－9km內(nèi)變動(dòng)。在5.5-6.9km（500－400hPa）最易形成雹云。5、0℃高度(Z0)：云中水分凍結(jié)高度的下限，識(shí)別雹云的重要42不同對(duì)流天氣的閥值可能不同冰雹與短時(shí)暴雨冰雹需要考慮0℃,-10℃,-20℃層的高度0℃層高度一般在600毫巴左右(否則,下落過程會(huì)融化)

短時(shí)暴雨是否發(fā)生與0℃層高度無關(guān)冰雹對(duì)流需要足夠的高度---回波高度一般可達(dá)12~14km(-20℃層的高度以上)是否發(fā)生暴雨與對(duì)流高度無關(guān)，相反，對(duì)流質(zhì)心越低，降水效率越高---冰雹需要足夠大的垂直運(yùn)動(dòng)(可達(dá)101m/s)(3)冰雹發(fā)生的環(huán)境一般比短時(shí)暴雨更不穩(wěn)定，但是對(duì)水汽條件比短時(shí)暴雨要求較低不同對(duì)流天氣的閥值可能不同冰雹與短時(shí)暴雨43

T-lnp圖上的對(duì)流有效位能、自由對(duì)流高度、平衡高度與等面積高度T-lnp圖上的對(duì)流有效位能、自由對(duì)流高度、平衡高度44抬升指數(shù)(LI)

（liftedindex）平均氣塊從修正的低層3000英尺高度沿干絕熱線上升，到達(dá)凝結(jié)高度后再沿濕絕熱線上升至500hPa時(shí)所具有的溫度()與500hPa等壓面上的環(huán)境溫度(T500)的差值。當(dāng)LI<0時(shí)，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，且負(fù)值越大，不穩(wěn)定程度越大，反之（LI>0）,表示氣層穩(wěn)定。抬升指數(shù)(LI45T639數(shù)值預(yù)報(bào)8月22日14時(shí)CAPE>500（陰影）和抬升指數(shù)≤0（紅色）預(yù)報(bào)T639數(shù)值預(yù)報(bào)8月22日14時(shí)CAPE>500（陰影）和抬46抬升指數(shù)抬升指數(shù)47最大抬升指數(shù)(BLI)：把最底層厚度為300hPa的大氣按50hPa間隔分為許多層，并將各層中間高度處上的各點(diǎn)分別按干絕熱線上升到各自的抬升凝結(jié)高度，然后又分別按濕絕熱線抬升到500hPa，于是分別得到各點(diǎn)的抬升指數(shù)，其中正值最大者即為最大抬升指數(shù)。最大抬升指數(shù)(BLI)：482009年7月18日17時(shí)CAPE>500（陰影）和最大抬升指數(shù)≤0(黃線)預(yù)報(bào)2009年7月18日17時(shí)CAPE>500（陰影）和最大抬升49K指數(shù)（Kindex）：能夠反映大氣的層結(jié)穩(wěn)定情況，K指數(shù)越大，層結(jié)越不穩(wěn)定，但它不能明顯表示出整個(gè)大氣的層結(jié)不穩(wěn)定度。配合散度、渦度分析制作雷暴的客觀預(yù)報(bào)。一般地：K<20°C時(shí),無雷暴；20°C<K<25°C時(shí),孤立雷暴；25°C<K<30°C時(shí),零星雷暴；30°C<K<35°C時(shí),分散雷暴；K指數(shù)>35°C時(shí)有成片的雷暴產(chǎn)生。K=(T850-T500)+Td850-(T-Td)700溫度直減率，低層水汽條件，中層飽和度K指數(shù)（Kindex）：配合散度、渦度分析制作雷暴的客觀預(yù)50K指數(shù)分布K指數(shù)分布51K指數(shù)分布2009年8月22日短時(shí)強(qiáng)降水實(shí)況和T639數(shù)值預(yù)報(bào)K指數(shù)（紫色）K指數(shù)分布2009年8月22日短時(shí)強(qiáng)降水實(shí)況和T639數(shù)值預(yù)52KindexKindex53常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件54Ky指數(shù)：是根據(jù)山崎孝治認(rèn)為的對(duì)流發(fā)生的三個(gè)條件（大氣穩(wěn)定度、低層水汽和上升運(yùn)動(dòng)）歸納而成的。(1)SI≤1．5℃，但6月SI≤3℃，5月SI≤4℃SI為Showalter穩(wěn)定度指數(shù)(2)850hPa溫度露點(diǎn)差：(T—Td)85≤3℃(3)溫度平流：TA≥2×10SC綜合為一個(gè)指數(shù)即Ky指數(shù)：Ky=(TA—SI)／(1+(T—Td)850)Ky指數(shù)：是根據(jù)山崎孝治認(rèn)為的對(duì)流發(fā)生的三個(gè)條件55Ky指數(shù)分布Ky指數(shù)分布56肖沃特指數(shù)（showalterindex/沙氏指數(shù);縮寫為SI）

把850hPa等壓面上的濕空氣塊沿干絕熱線上升，到達(dá)抬升凝結(jié)高度后再沿濕絕熱線上升至500hPa時(shí)具有的氣塊溫度()與500hPa等壓面上的環(huán)境溫度(T500)的差值。SI>3℃發(fā)生雷暴的可能性很小或沒有0℃<SI<3℃有發(fā)生陣雨的可能性-3℃<SI<0℃有發(fā)生雷暴的可能性-6℃<SI<-3℃有發(fā)生強(qiáng)雷暴的可能性SI<-6℃有發(fā)生嚴(yán)重對(duì)流天氣(如龍卷風(fēng))的危險(xiǎn)肖沃特指數(shù)57SI指數(shù)SI指數(shù)58

shawalterindexshawalterindex59R=2CAPE/(Uz2)粗理查森數(shù)BRN：反映垂直風(fēng)切變與靜力不穩(wěn)定之間平衡關(guān)系的指數(shù)。

強(qiáng)對(duì)流可以發(fā)生在弱的垂直風(fēng)切變結(jié)合強(qiáng)位勢不穩(wěn)定或相反的環(huán)境中，這表明在強(qiáng)對(duì)流過程中，垂直風(fēng)切變和大氣不穩(wěn)定度存在著某種平衡關(guān)系，粗里查森數(shù)正是很好地反映這種平衡關(guān)系的參數(shù)。大量的觀測研究表明,出現(xiàn)雷暴大風(fēng)冰雹的樣本,BRN大多較小，在強(qiáng)位勢不穩(wěn)定的條件下，可以將BRN作為雷暴大風(fēng)、冰雹的一個(gè)預(yù)報(bào)指標(biāo)。R=2CAPE/(Uz2)粗理查森數(shù)BRN：反映垂直風(fēng)切變與60對(duì)流有效位能CAPE：表示氣塊相對(duì)于環(huán)境的正浮力所作功的大小。風(fēng)垂直切變：Uz=U500hPa-U850hPa，代表供給風(fēng)暴的近地面層入流，也代表了上升氣流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的能量。R代表了對(duì)于控制風(fēng)暴結(jié)構(gòu)和發(fā)展都很重要的因子（熱力和運(yùn)動(dòng)能量）之間的一種相對(duì)平衡關(guān)系。多單體風(fēng)暴BulkRi數(shù)大，超級(jí)單體風(fēng)暴BulkRi數(shù)小CAPE一定時(shí)，Uz增大，超級(jí)單體風(fēng)暴產(chǎn)生的可能性增大。對(duì)流有效位能CAPE：表示氣塊相對(duì)于環(huán)境的正浮力所作功的大小61風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)SSI

Turcotte與Vigeux采用浮力能～風(fēng)切變圖區(qū)分強(qiáng)雷暴與非強(qiáng)雷暴，進(jìn)而得到了風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)，它表達(dá)了浮力能和垂直風(fēng)切變之間的線性關(guān)系。其表達(dá)式為：SSI=100〔2+0.27ln（SHR）+2.011×10-4×CAPE〕式中SHR為0～H間的密度加權(quán)平均垂直風(fēng)切變（H為離地高度），由公式可看出，當(dāng)大氣中熱力不穩(wěn)定條件越強(qiáng)，上下層間垂直風(fēng)切變越大時(shí)，SSI越大，產(chǎn)生強(qiáng)風(fēng)暴天氣的可能性以及風(fēng)暴強(qiáng)度就越大。風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)SSI62全總指數(shù)（TT）：20世紀(jì)70年代由Miller引入的，至今仍在應(yīng)用。

公式：該式右端T與分別表示溫度與平均露點(diǎn)溫度，單位為.TT越大，越容易發(fā)生對(duì)流天氣強(qiáng)天氣分析預(yù)報(bào)指數(shù)全總指數(shù)（TT）：20世紀(jì)70年代由Miller引入的，至今63單位：無量鋼美國：龍卷和強(qiáng)雷暴個(gè)例分析：發(fā)生龍卷時(shí)其臨界指數(shù)為400，強(qiáng)雷暴（伴有25m/s以上大風(fēng)，或直徑1.9cm以上的冰雹）發(fā)生時(shí)臨界值為300強(qiáng)天氣威脅指數(shù)（SWEAT）:根據(jù)328次龍卷風(fēng)資料和日程預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)得出的一個(gè)預(yù)報(bào)指數(shù)，表達(dá)式為：單位：無量鋼美國：龍卷和強(qiáng)雷暴個(gè)例分析：發(fā)生龍卷時(shí)其臨界指數(shù)64鋒生函數(shù)設(shè)兩起團(tuán)過渡區(qū)附近的水平梯度為，則的水平梯度大?。ń^對(duì)值）的個(gè)別變化公式為：

在上式中，F(xiàn)稱為鋒生函數(shù)。當(dāng)F>0時(shí)，有鋒生作用；當(dāng)F<0時(shí)，有鋒消作用。鋒生函數(shù)設(shè)兩起團(tuán)過渡區(qū)附近的水平梯度為65新雷暴預(yù)報(bào)指數(shù)swiss00（swiss12）：用于確定是否由雷暴發(fā)生的指數(shù)當(dāng)swiss00<5.1時(shí)預(yù)報(bào)由雷暴，否則預(yù)報(bào)無雷暴當(dāng)swiss12<0.6時(shí)預(yù)報(bào)由雷暴，否則預(yù)報(bào)無雷暴新雷暴預(yù)報(bào)指數(shù)swiss00（swiss12）：用于確定66風(fēng)暴相對(duì)螺旋度（SRH）定義：風(fēng)暴相對(duì)風(fēng)矢量和渦度的點(diǎn)乘；忽略垂直速度，只考慮水平速度后的常用簡化SRH為其中為水平渦度矢量，即-(?v/?z)i+(?u/?z)j單位：m2·s-2，當(dāng)螺旋度大于150時(shí)，發(fā)生強(qiáng)對(duì)流的可能性極大。物理意義：表示低空3公里內(nèi)入流氣流和垂直風(fēng)切變的強(qiáng)度風(fēng)暴相對(duì)螺旋度（SRH）67參數(shù)小結(jié)水汽：PW、q、Td、RH穩(wěn)定度：CAPE、DCAPE、CIN、K、SI、LI…垂直風(fēng)切變：windshear抬升條件：？（大尺度強(qiáng)迫、中尺度邊界）對(duì)流參數(shù)的來源、物理意義、性質(zhì)特點(diǎn)和使用方法參數(shù)小結(jié)水汽：PW、q、Td、RH68二、法國CNP和美國SPC對(duì)流參數(shù)診斷和應(yīng)用簡介二、法國CNP和美國SPC對(duì)流參數(shù)診斷和應(yīng)用簡介69月份平均溫度oC平均降水總量(mm)平均降水日數(shù)日

最低日

最高一月0.96.054.317.0二月1.37.646.113.9三月2.910.853.516.1四月5.014.446.514.7五月8.318.263.315.4六月11.221.557.812.5七月12.924.053.611.4八月12.723.851.611.6九月10.620.853.812.0十月7.716.055.513.9十一月3.810.155.815.4十二月1.76.855.616.2法國巴黎氣候信息月份平均溫度oC平均降水總量(mm)平均降水日數(shù)日

最低日

70月份平均溫度oC平均降水總量(mm)平均降水日數(shù)日

最低日

最高一月-3.7二月-1.3三月3.616.768.85.8四月9.322.270.46.0五月14.326.2132.68.0六月18.930.7109.56.8七月21.4八月20.933.666.05.7九月16.828.897.56.2十月5.3十一月3.715.850.34.3十二月-1.99.935.64.3美國俄克拉何馬城氣候信息月份平均溫度oC平均降水總量(mm)平均降水日數(shù)日

最低日

71三、目前國家氣象中心強(qiáng)天氣預(yù)報(bào)中心（SWPC）對(duì)流參數(shù)應(yīng)用介紹三、目前國家氣象中心強(qiáng)天氣預(yù)報(bào)中心（SWPC）對(duì)流參數(shù)應(yīng)用介72目前強(qiáng)天氣預(yù)報(bào)中心所選用的同強(qiáng)對(duì)流天氣有關(guān)的物理量強(qiáng)對(duì)流條件水汽不穩(wěn)定抬升垂直切變目前強(qiáng)天氣預(yù)報(bào)中心所選用的同強(qiáng)對(duì)流天氣有關(guān)的物理量強(qiáng)對(duì)流條件73最常用參數(shù)水汽PW、θse不穩(wěn)定度CAPE、KI、BLI垂直風(fēng)切變SHR抬升條件系統(tǒng)、地面或低層風(fēng)分析最常用參數(shù)水汽PW、θse74常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件75常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件76常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件77四、對(duì)流參數(shù)應(yīng)用應(yīng)注意的問題預(yù)報(bào)對(duì)象的特點(diǎn)要清楚應(yīng)用參數(shù)的物理意義和局限性要清楚不同地域和季節(jié)氣候特點(diǎn)要了解參數(shù)變化性要考慮具體問題具體分析各尺度天氣系統(tǒng)分析是根本四、對(duì)流參數(shù)應(yīng)用應(yīng)注意的問題預(yù)報(bào)對(duì)象的特點(diǎn)要清楚78四、對(duì)流參數(shù)應(yīng)用應(yīng)注意的問題預(yù)報(bào)對(duì)象的特點(diǎn)要清楚颮線、超級(jí)單體、多單體風(fēng)雹？大風(fēng)、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水四、對(duì)流參數(shù)應(yīng)用應(yīng)注意的問題預(yù)報(bào)對(duì)象的特點(diǎn)要清楚79四、對(duì)流參數(shù)應(yīng)用應(yīng)注意的問題應(yīng)用參數(shù)的物理意義和局限性要清楚K的意義？局限？CAPE的意義？局限？LI、SI、BLI的意義？局限？露點(diǎn)、比濕、相對(duì)濕度四、對(duì)流參數(shù)應(yīng)用應(yīng)注意的問題應(yīng)用參數(shù)的物理意義和局限性要清楚80四、對(duì)流參數(shù)應(yīng)用應(yīng)注意的問題不同地域和季節(jié)氣候特點(diǎn)要了解季風(fēng)演變帶來的層結(jié)特點(diǎn)變化濕層厚度的變化下墊面熱力作用不同季節(jié)與地域的重要意義上下冷暖的變化海拔不同區(qū)域的差異四、對(duì)流參數(shù)應(yīng)用應(yīng)注意的問題不同地域和季節(jié)氣候特點(diǎn)要了解81四、對(duì)流參數(shù)應(yīng)用應(yīng)注意的問題參數(shù)變化性要考慮日變化導(dǎo)致的參數(shù)變化天氣系統(tǒng)移動(dòng)及天氣過程帶來的參數(shù)變化四、對(duì)流參數(shù)應(yīng)用應(yīng)注意的問題參數(shù)變化性要考慮82四、對(duì)流參數(shù)應(yīng)用應(yīng)注意的問題具體問題具體分析沒有“一招鮮吃遍天”的東西，每個(gè)參數(shù)都有局限分析參數(shù)參考參數(shù)必須結(jié)合具體的天氣形勢/地理背景/季節(jié)背景四、對(duì)流參數(shù)應(yīng)用應(yīng)注意的問題具體問題具體分析83四、對(duì)流參數(shù)應(yīng)用應(yīng)注意的問題各尺度天氣系統(tǒng)分析是根本所有強(qiáng)對(duì)流天氣必有關(guān)鍵影響系統(tǒng)短波槽對(duì)中小尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展變化作用關(guān)鍵（5.6廣東，6.1廣西）四、對(duì)流參數(shù)應(yīng)用應(yīng)注意的問題各尺度天氣系統(tǒng)分析是根本84常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件85常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件86常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件87常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件88常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件89常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件90常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件91五、個(gè)例初夏颮線（09.06.05華東）盛夏強(qiáng)降水（09.08.04華北江南華南）仲秋颮線（09.11.09江南）早春雷暴天氣（10.03.06、10.02.11）五、個(gè)例初夏颮線（09.06.05華東）9209.06.05華東09.06.05華東9309.06.05華東09.06.05華東9409.08.04華北江南華南09.08.04華北江南華南9509.08.04華北江南華南09.08.04華北江南華南9609.11.09江南09.11.09江南9709.11.09江南09.11.09江南9810.03.0610.03.069910.03.0610.03.0610010.02.1110.02.1110110.02.1110.02.11102六、小結(jié)參數(shù)選擇少而精，吃透法、美介紹結(jié)合自己的特點(diǎn)應(yīng)用應(yīng)用個(gè)例、注意事項(xiàng)抓天氣系統(tǒng)、全面分析、不迷信六、小結(jié)參數(shù)選擇103謝謝大家!謝謝大家!104常用對(duì)流參數(shù)在天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用諶蕓張濤國家氣象中心強(qiáng)天氣預(yù)報(bào)中心zhangtao@2010年3月17日北京常用對(duì)流參數(shù)在天氣預(yù)報(bào)諶蕓張濤105主要內(nèi)容一、什么是對(duì)流參數(shù)二、對(duì)流參數(shù)的分類和計(jì)算三、法國CNP和美國SPC對(duì)流參數(shù)診斷和應(yīng)用簡介四、目前SWPC對(duì)流參數(shù)應(yīng)用介紹五、對(duì)流參數(shù)應(yīng)用應(yīng)注意的問題六、個(gè)例七、小結(jié)主要內(nèi)容一、什么是對(duì)流參數(shù)106一、什么是對(duì)流參數(shù)什么是對(duì)流對(duì)流就是垂直方向的大氣運(yùn)動(dòng)對(duì)流與氣塊法對(duì)流分析基礎(chǔ)的基本假設(shè)-氣塊法對(duì)流需要的條件大氣層結(jié)（水汽/穩(wěn)定度/觸發(fā)/強(qiáng)化）基于氣塊法分析對(duì)流條件的參數(shù)——對(duì)流參數(shù)一、什么是對(duì)流參數(shù)什么是對(duì)流107常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件108一、對(duì)流參數(shù)的分類和計(jì)算一、對(duì)流參數(shù)的分類和計(jì)算109物理量診斷：動(dòng)力因子：渦度、散度、垂直速度、溫度平流、渦度平流、螺旋度Q矢量、風(fēng)垂直切變……熱力因子：位溫、假相當(dāng)位溫、相當(dāng)位渦、濕靜力能量、有效位能、穩(wěn)定指數(shù)、抬生指數(shù)……有關(guān)水汽：可降水量、水汽通量、水汽通量輻合……動(dòng)力和熱力綜合的因子：濕位渦、鋒生函數(shù)、壓能、風(fēng)暴指數(shù)、能量螺旋度指數(shù)、RICHARSON指數(shù)……物理量診斷：110對(duì)流發(fā)生發(fā)展的基本條件:水汽條件不穩(wěn)定條件抬升條件有組織強(qiáng)對(duì)流發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵條件：4.垂直風(fēng)切變對(duì)流發(fā)生發(fā)展的基本條件:111大氣可降水量（PricipitableWater-PW）：從地面直到大氣頂?shù)膯挝唤孛娲髿庵兴偭咳磕Y(jié)降落到地面可以產(chǎn)生的降水量。通常用在同面積中相當(dāng)水量的深度來表示，單位：cm或mm?！八囊簯B(tài)水當(dāng)量”大氣可降水量（PricipitableWater-PW）112降水診斷（宏觀成因：1凝結(jié)率2水汽來源微觀成因:雨滴形成）大氣中的水汽大氣水汽的垂直分布可降水量氣柱水汽總量*水汽垂直分布隨高度指數(shù)遞減，92%的水汽集中在500hPa以下*氣柱最大總水汽量全部凝結(jié)降落約為30~40mm降水*一次暴雨過程中雨區(qū)上空水汽經(jīng)過多次替換結(jié)論降水取決于雨區(qū)外來自低層的水汽補(bǔ)充降水診斷大氣水汽的可降水量*水汽垂直分布隨1131）降水強(qiáng)度公式（凝結(jié)函數(shù)）基本出發(fā)點(diǎn)*降水時(shí)大氣處于飽和狀態(tài)*空氣上升絕熱冷卻水汽不斷凝結(jié)降落*凝結(jié)函數(shù)飽和比濕隨高度分布凝結(jié)率/降水強(qiáng)度*飽和比濕的遞減率(取決于溫度/季節(jié))*上升速度(凝結(jié)速度)(量級(jí)范圍100~103cm/s)結(jié)論：汛期降水強(qiáng)度主要取決于上升速度大尺度可達(dá)101cm/s降水強(qiáng)度101mm/天對(duì)流可達(dá)103cm/s降水強(qiáng)度103mm/天氣塊上升單位高度的凝結(jié)量1）降水強(qiáng)度公式（凝結(jié)函數(shù)）基本出發(fā)點(diǎn)氣塊上升單位高度1142）水汽連續(xù)方程（水汽質(zhì)量守恒）水汽水平通量散度水汽垂直通量散度水汽局地變化出發(fā)點(diǎn)：降水來自于大氣中的水汽降水量等于局地水汽收支方程的差額（凝結(jié)量）（不必考慮飽和和凝結(jié)過程）水汽局地變化可忽略！2）水汽連續(xù)方程（水汽質(zhì)量守恒）水汽水平通量散度水汽垂直通量115垂直通量散度項(xiàng)

對(duì)整個(gè)氣柱垂直積分而言，水汽垂直通量散度項(xiàng)只和下邊界水汽流入有關(guān)。平坦地表垂直速度為零，垂直通量散度項(xiàng)無貢獻(xiàn)；特殊地形下，垂直通量散度項(xiàng)貢獻(xiàn)非常大。垂直通量散度項(xiàng)對(duì)整個(gè)氣柱垂直積分而言，水汽垂直通量116水平通量散度項(xiàng)水平通量散度項(xiàng)117水汽水平通量散度項(xiàng)包含空氣輻合帶來的水汽和比濕平流帶來的水汽水平通量散度的積分根據(jù)質(zhì)量補(bǔ)償原理在上升運(yùn)動(dòng)情況下上部輻散，水汽流出，根據(jù)水汽垂直分布上部水汽含量很少，故只需積分到500hPa降水量取決于*500hPa垂直速度（表征低空空氣總輻合量）*低空平均比濕（與凝結(jié)函數(shù)法結(jié)論相同但從水汽質(zhì)量守恒出發(fā)，無需考慮是否飽和）水汽水平通量散度項(xiàng)包含118對(duì)流性降水診斷垂直速度可達(dá)10m/s量級(jí)，雨強(qiáng)大尺度小:數(shù)十公里,時(shí)間短:數(shù)十分鐘降水的時(shí)—面—深關(guān)系（水文）垂直速度無法實(shí)際診斷診斷大氣層結(jié)靜力穩(wěn)定度（從略）比濕平流項(xiàng)對(duì)流性降水診斷比濕平流項(xiàng)119常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件120比濕（q）：指某容積中水汽質(zhì)量（mv）與同一容積中空氣（包括水汽）的總質(zhì)量（mv＋md）的比值。飽和空氣的比濕－飽和比濕（qs）公式：比濕垂直分布特征：平均情況：隨高度按指數(shù)規(guī)律快速減小。90％的水汽在500hPa以下，50％的水汽集中在850hPa以下。地面比濕最大的地方：濕度逆增：同逆溫層同時(shí)存在，逆溫層的穩(wěn)定層結(jié)阻止了水汽向上輸送。保守性：表示空氣的濕度q:比濕；Md干空氣質(zhì)量；Mv水汽質(zhì)量赤道附近比濕（q）：指某容積中水汽質(zhì)量（mv）與同一容積中空氣（包括121露點(diǎn)溫度：空氣中在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時(shí)的溫度。

干線（露點(diǎn)鋒）干線（露點(diǎn)鋒）指濕度（露點(diǎn)溫度或比濕）的不連續(xù)線。沿濕度梯度最大處分析干線（露點(diǎn)鋒）。當(dāng)有顯著流線自干線（露點(diǎn)鋒）的干區(qū)一側(cè)吹向濕區(qū)時(shí)，強(qiáng)對(duì)流天氣易發(fā)生。

露點(diǎn)溫度：空氣中在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和122溫度露點(diǎn)差（T-Td）

溫度露點(diǎn)差分析是為了幫助定義顯著濕區(qū)。當(dāng)溫度露點(diǎn)差小于等于5℃時(shí)，每隔2℃分析一條等溫度露點(diǎn)差線，如1℃，3℃，5℃。所有等值線兩端須標(biāo)明露點(diǎn)溫度差數(shù)值。相對(duì)濕度（f或rh）：空氣中實(shí)際水汽壓與當(dāng)時(shí)氣溫下的飽和水汽壓的比值，用百分比表示公式：大?。褐苯颖硎究諝饩嚯x飽和的程度；由水汽壓和溫度的增減決定，通常氣溫的改變比水汽壓的改變快，溫度起主導(dǎo)作用。水汽壓一定時(shí)，溫度降低則相對(duì)濕度增大，反之，溫度升高則減小。f:相對(duì)濕度；qs飽和比濕溫度露點(diǎn)差（T-Td）相對(duì)濕度（f或rh）：空氣中實(shí)際水汽123表征大氣溫濕場1）位溫2）相當(dāng)位溫其中:Te為相當(dāng)溫度大氣基本物理量表征大氣溫濕場其中:Te為相當(dāng)溫度大氣基本物理量124表征大氣溫濕場（續(xù)〕1）位溫空氣沿干絕熱過程變化到氣壓P＝1000hPa時(shí)的溫度稱為位溫。位溫和溫度比較要更能代表空氣塊的熱力特性，同時(shí)位溫具有保守性，利用位溫這個(gè)特性可以鑒別不同高度處的氣團(tuán)性質(zhì)，位溫一般與干靜力溫度相對(duì)應(yīng)用可以做靜力穩(wěn)定度判別：

不穩(wěn)定中性穩(wěn)定表征大氣溫濕場（續(xù)〕125假相當(dāng)位溫

，是溫度、氣壓、水汽含量的函數(shù)，表示溫壓濕綜合的物理量，當(dāng)氣塊沿干絕熱線上升至抬升凝結(jié)高度C，又經(jīng)過濕絕熱過程上升，將所含的水汽全部凝結(jié)放出后再沿干絕熱過程下降到達(dá)1000hpa時(shí)的溫度。在同一氣壓條件下，越大空氣越暖濕，越小空氣越冷干。假相當(dāng)位溫垂直變化：850hPa－500hPa差假相當(dāng)位溫是溫度、氣壓、水汽含量的函數(shù)，126差動(dòng)假相當(dāng)位溫平流：平流隨高度的變化是引起對(duì)流性不穩(wěn)定局地變化的原因之一，計(jì)算時(shí)的關(guān)鍵是層次的選?。簴|部地區(qū)，可取500和850hPa。差動(dòng)假相當(dāng)位溫平流：平流隨高度的變化是引起對(duì)流性不穩(wěn)定局127850-700hPa差動(dòng)假相當(dāng)位溫平流850-700hPa差動(dòng)假相當(dāng)位溫平流128

總溫度

T+++

總能量＝顯熱能＋位能＋潛熱能＋動(dòng)能總溫度T++129濕靜力溫度（處理濕對(duì)流過程時(shí)的熱力學(xué)變量）

=T++飽和濕靜力溫度：在氣壓、溫度不變條件下，假定空氣達(dá)到飽和時(shí)的濕靜力溫度。

濕靜力溫度（處理濕對(duì)流過程時(shí)的熱力學(xué)變量）=T+130THT’H表示H0處的空氣上升到H時(shí)的溫度，表示H處空氣的飽和濕靜力溫度，且H大于抬升凝結(jié)高度Hc，當(dāng)時(shí)，H0處的空氣便不能自由地穿過H層上升，其能量將儲(chǔ)存在H層之下；當(dāng)時(shí)，H0處的空氣及其具有的能量將自由地穿越H層而往上傳遞。因此，表示H層以下氣塊濕靜力能量儲(chǔ)存的限度，可簡稱為儲(chǔ)能限。條件性穩(wěn)定度指數(shù)飽和濕靜力溫度的應(yīng)用－條件性穩(wěn)定度指數(shù)THT’H表示H0處的空氣上升到H時(shí)的溫度，當(dāng)131溫度平流():引起溫度局地變化的原因量級(jí)與計(jì)算采用的水平網(wǎng)格長度有關(guān)：當(dāng)水平網(wǎng)格長度取100km時(shí)，其量級(jí)與單位為：溫度平流對(duì)各地天氣變化影響很大，是決定日平均氣溫的主要因子，當(dāng)溫度平流很強(qiáng)時(shí)，常常掩蓋了“正?！比兆兓??？捎伤綔囟忍荻群惋L(fēng)計(jì)算。溫度平流():引起溫度局地變化的原132風(fēng)垂直切變（windshear）

在切變環(huán)境下，容易使上升氣流傾斜，有利于對(duì)流形成的降水脫離出上升氣流，而不致于因拖帶作用減弱上升浮力。而且，風(fēng)的垂直切變還可增強(qiáng)中層干冷空氣的吸入，加強(qiáng)風(fēng)暴中的下沉氣流和冷空氣的外流，通過強(qiáng)迫抬升使流入的暖濕空氣更強(qiáng)烈上升，從而加強(qiáng)對(duì)流。風(fēng)垂直切變（windshear）133垂直風(fēng)廓線在對(duì)流天氣中的的作用普通單體風(fēng)暴的風(fēng)向隨高度的分布雜亂無章，基本上是一種無序分布，而且風(fēng)速隨高度的變化也較??；多單體風(fēng)暴和超級(jí)單體風(fēng)暴的風(fēng)向風(fēng)速隨高度變化分布是有序的，風(fēng)向隨高度朝一致方向偏轉(zhuǎn)，而且風(fēng)速隨高度的變化值也比普通單體風(fēng)暴的大。垂直風(fēng)廓線在對(duì)流天氣中的的作用134對(duì)流有效位能（CAPE）

(covectiveavailablepotentialenergy)定義：若把在自由對(duì)流高度(LFC)到平衡高度(EL)間的層結(jié)曲線與狀態(tài)曲線所圍成的面積稱為正面積，表示在自由對(duì)流高度上，氣塊可從正浮力作功而獲得的能量，并有可能轉(zhuǎn)化成氣塊的動(dòng)能。對(duì)流有效位能（CAPE）

(covectiveavaila135黑線：溫度廓線綠線：露點(diǎn)廓線紅線：過程曲線黑線：溫度廓線136常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件137下沉對(duì)流有效位能（DCAPE）

引自劉玉玲、劉建文等下沉運(yùn)動(dòng)是極常見的大氣現(xiàn)象，對(duì)流下沉開始的最基本原因是干冷空氣侵入含液態(tài)水的云體后，由于液態(tài)水蒸發(fā)而使氣塊降溫，增大了局部層結(jié)的溫度遞減率，從而使得下沉發(fā)生。下沉對(duì)流有效位能從理論上反映出下沉發(fā)生后，氣塊下沉到達(dá)地面時(shí)所具有的最大動(dòng)能（下?lián)舯┝鞯膹?qiáng)度）即環(huán)境對(duì)氣塊的負(fù)浮力能。

把中層干冷空氣的侵入點(diǎn)作為下沉起點(diǎn)。下沉起始溫度以大氣在下沉起點(diǎn)的溫度經(jīng)等焓蒸發(fā)至飽和時(shí)所具有的溫度作為大氣開始下沉的溫度。大氣沿假絕熱線下沉至大氣底，這條假絕熱線與大氣層結(jié)曲線所圍成的面積所表示的能量為下沉對(duì)流有效位能。利用實(shí)際探空判斷下沉起點(diǎn)時(shí)，可把中層大氣中濕球位溫或假相當(dāng)位溫最小的點(diǎn)作為下沉起始高度，把該高度處的濕球溫度作為下沉起始溫度。

下沉對(duì)流有效位能（DCAPE）

引自劉玉玲、劉建文等下沉運(yùn)138常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件139對(duì)流抑制能量(CIN)把氣塊抬升到LFC位置通常必須對(duì)氣塊作功，而功的大小與從氣塊起始位置到LFC間的狀態(tài)曲線與層結(jié)曲線所圍成的面積成正比，這塊面積被稱為負(fù)面積(NA)，即對(duì)流抑制能量(CIN)。物理意義：處于大氣底部的氣塊，若要能自由地參與對(duì)流，至少要從其它途徑獲得的能量下限。CIN是氣塊獲得對(duì)流潛勢必須超越的能量臨界值。對(duì)于強(qiáng)對(duì)流發(fā)生的情況往往是CIN有一較為合適的值：太大，抑制對(duì)流程度大，對(duì)流不容易發(fā)生；太小，不穩(wěn)定能量不容易在低層積聚，對(duì)流調(diào)整易發(fā)生，從而使對(duì)流不能發(fā)展到較強(qiáng)的程度。對(duì)流抑制能量(CIN)140對(duì)流抑制能量（CIN）把氣塊抬升到LFC位置通常必須對(duì)氣塊作功，而功的大小與從氣塊起始位置到LFC間的狀態(tài)曲線與層結(jié)曲線所圍成的面積成正比，這塊面積被稱為負(fù)面積(NA)，即對(duì)流抑制能量(CIN)。合適的CIN有利于強(qiáng)對(duì)流的發(fā)展！——與干暖蓋效應(yīng)類似對(duì)流抑制能量（CIN）把氣塊抬升到LFC位置通常141常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件142幾個(gè)特征高度：1、抬升凝結(jié)高度(LCL)——當(dāng)未飽和濕空氣微團(tuán)被抬升時(shí),隨著空氣微團(tuán)抬升、溫度按干絕熱直減率降低，與它溫度對(duì)應(yīng)的飽和水汽壓也隨之減小。這樣，必然會(huì)找到一個(gè)(且只有一個(gè))高度，在此高度處飽和水汽壓等于空氣微團(tuán)的水汽壓，于是水汽開始凝結(jié)，人們把這一高度稱為抬升凝結(jié)高度(有時(shí)簡稱凝結(jié)高度)，幾個(gè)特征高度：1432、對(duì)流凝結(jié)高度(CCL)與對(duì)流溫度由于地面加熱作用，地面氣塊沿干絕熱上升，水汽達(dá)到飽和產(chǎn)生凝結(jié)。在熱力圖解上層結(jié)曲線與地面比濕值所對(duì)應(yīng)的等飽和比濕線相交點(diǎn)的高度，即為對(duì)流凝結(jié)高度，如圖中之C點(diǎn)。其中CA為等飽和比濕線，SA1(實(shí)曲線)為層結(jié)曲線。由C點(diǎn)沿干絕熱下降與地面氣壓值所交之點(diǎn)(A2)的溫度(TA2)，稱為對(duì)流溫度。2、對(duì)流凝結(jié)高度(CCL)與對(duì)流溫度1443、起始抬升高度()

不同起始高度會(huì)使CAPE和CIN有很大的差別4、自由對(duì)流高度(LFC)、平衡高度(EL)與等面積高度(EAL)

ZLFC—自由對(duì)流高度，是(Tvp－Tve)由負(fù)值轉(zhuǎn)正值的高度；ZEL－平衡高度，是(Tvp－Tve)由正值轉(zhuǎn)負(fù)值的高度；EAL—?dú)鈮K到達(dá)B點(diǎn)后仍能繼續(xù)上升，直至升到負(fù)面積N等于其下部正面積的高度H時(shí)，垂直速度才等于0，這也就是說云頂應(yīng)達(dá)到此高度3、起始抬升高度()1455、0℃高度(Z0)：云中水分凍結(jié)高度的下限，識(shí)別雹云的重要參數(shù)。最有利于降雹的Z0大約在3－4.5km或700－600hPa，也有5km（高原地區(qū)）；一般3km較有利于降雹。6、-20oC高度(Z-20)：大水滴自然成冰的溫度在-20oC左右，因此，Z-20也是表示雹云特征的一個(gè)重要參數(shù)，隨時(shí)間和地點(diǎn)的變化較大。一般在5－9km內(nèi)變動(dòng)。在5.5-6.9km（500－400hPa）最易形成雹云。5、0℃高度(Z0)：云中水分凍結(jié)高度的下限，識(shí)別雹云的重要146不同對(duì)流天氣的閥值可能不同冰雹與短時(shí)暴雨冰雹需要考慮0℃,-10℃,-20℃層的高度0℃層高度一般在600毫巴左右(否則,下落過程會(huì)融化)

短時(shí)暴雨是否發(fā)生與0℃層高度無關(guān)冰雹對(duì)流需要足夠的高度---回波高度一般可達(dá)12~14km(-20℃層的高度以上)是否發(fā)生暴雨與對(duì)流高度無關(guān)，相反，對(duì)流質(zhì)心越低，降水效率越高---冰雹需要足夠大的垂直運(yùn)動(dòng)(可達(dá)101m/s)(3)冰雹發(fā)生的環(huán)境一般比短時(shí)暴雨更不穩(wěn)定，但是對(duì)水汽條件比短時(shí)暴雨要求較低不同對(duì)流天氣的閥值可能不同冰雹與短時(shí)暴雨147

T-lnp圖上的對(duì)流有效位能、自由對(duì)流高度、平衡高度與等面積高度T-lnp圖上的對(duì)流有效位能、自由對(duì)流高度、平衡高度148抬升指數(shù)(LI)

（liftedindex）平均氣塊從修正的低層3000英尺高度沿干絕熱線上升，到達(dá)凝結(jié)高度后再沿濕絕熱線上升至500hPa時(shí)所具有的溫度()與500hPa等壓面上的環(huán)境溫度(T500)的差值。當(dāng)LI<0時(shí)，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，且負(fù)值越大，不穩(wěn)定程度越大，反之（LI>0）,表示氣層穩(wěn)定。抬升指數(shù)(LI149T639數(shù)值預(yù)報(bào)8月22日14時(shí)CAPE>500（陰影）和抬升指數(shù)≤0（紅色）預(yù)報(bào)T639數(shù)值預(yù)報(bào)8月22日14時(shí)CAPE>500（陰影）和抬150抬升指數(shù)抬升指數(shù)151最大抬升指數(shù)(BLI)：把最底層厚度為300hPa的大氣按50hPa間隔分為許多層，并將各層中間高度處上的各點(diǎn)分別按干絕熱線上升到各自的抬升凝結(jié)高度，然后又分別按濕絕熱線抬升到500hPa，于是分別得到各點(diǎn)的抬升指數(shù)，其中正值最大者即為最大抬升指數(shù)。最大抬升指數(shù)(BLI)：1522009年7月18日17時(shí)CAPE>500（陰影）和最大抬升指數(shù)≤0(黃線)預(yù)報(bào)2009年7月18日17時(shí)CAPE>500（陰影）和最大抬升153K指數(shù)（Kindex）：能夠反映大氣的層結(jié)穩(wěn)定情況，K指數(shù)越大，層結(jié)越不穩(wěn)定，但它不能明顯表示出整個(gè)大氣的層結(jié)不穩(wěn)定度。配合散度、渦度分析制作雷暴的客觀預(yù)報(bào)。一般地：K<20°C時(shí),無雷暴；20°C<K<25°C時(shí),孤立雷暴；25°C<K<30°C時(shí),零星雷暴；30°C<K<35°C時(shí),分散雷暴；K指數(shù)>35°C時(shí)有成片的雷暴產(chǎn)生。K=(T850-T500)+Td850-(T-Td)700溫度直減率，低層水汽條件，中層飽和度K指數(shù)（Kindex）：配合散度、渦度分析制作雷暴的客觀預(yù)154K指數(shù)分布K指數(shù)分布155K指數(shù)分布2009年8月22日短時(shí)強(qiáng)降水實(shí)況和T639數(shù)值預(yù)報(bào)K指數(shù)（紫色）K指數(shù)分布2009年8月22日短時(shí)強(qiáng)降水實(shí)況和T639數(shù)值預(yù)156KindexKindex157常用對(duì)流參數(shù)應(yīng)用課件158Ky指數(shù)：是根據(jù)山崎孝治認(rèn)為的對(duì)流發(fā)生的三個(gè)條件（大氣穩(wěn)定度、低層水汽和上升運(yùn)動(dòng)）歸納而成的。(1)SI≤1．5℃，但6月SI≤3℃，5月SI≤4℃SI為Showalter穩(wěn)定度指數(shù)(2)850hPa溫度露點(diǎn)差：(T—Td)85≤3℃(3)溫度平流：TA≥2×10SC綜合為一個(gè)指數(shù)即Ky指數(shù)：Ky=(TA—SI)／(1+(T—Td)850)Ky指數(shù)：是根據(jù)山崎孝治認(rèn)為的對(duì)流發(fā)生的三個(gè)條件159Ky指數(shù)分布Ky指數(shù)分布160肖沃特指數(shù)（showalterindex/沙氏指數(shù);縮寫為SI）

把850hPa等壓面上的濕空氣塊沿干絕熱線上升，到達(dá)抬升凝結(jié)高度后再沿濕絕熱線上升至500hPa時(shí)具有的氣塊溫度()與500hPa等壓面上的環(huán)境溫度(T500)的差值。SI>3℃發(fā)生雷暴的可能性很小或沒有0℃<SI<3℃有發(fā)生陣雨的可能性-3℃<SI<0℃有發(fā)生雷暴的可能性-6℃<SI<-3℃有發(fā)生強(qiáng)雷暴的可能性SI<-6℃有發(fā)生嚴(yán)重對(duì)流天氣(如龍卷風(fēng))的危險(xiǎn)肖沃特指數(shù)161SI指數(shù)SI指數(shù)162

shawalterindexshawalterindex163R=2CAPE/(Uz2)粗理查森數(shù)BRN：反映垂直風(fēng)切變與靜力不穩(wěn)定之間平衡關(guān)系的指數(shù)。

強(qiáng)對(duì)流可以發(fā)生在弱的垂直風(fēng)切變結(jié)合強(qiáng)位勢不穩(wěn)定或相反的環(huán)境中，這表明在強(qiáng)對(duì)流過程中，垂直風(fēng)切變和大氣不穩(wěn)定度存在著某種平衡關(guān)系，粗里查森數(shù)正是很好地反映這種平衡關(guān)系的參數(shù)。大量的觀測研究表明,出現(xiàn)雷暴大風(fēng)冰雹的樣本,BRN大多較小，在強(qiáng)位勢不穩(wěn)定的條件下，可以將BRN作為雷暴大風(fēng)、冰雹的一個(gè)預(yù)報(bào)指標(biāo)。R=2CAPE/(Uz2)粗理查森數(shù)BRN：反映垂直風(fēng)切變與164對(duì)流有效位能CAPE：表示氣塊相對(duì)于環(huán)境的正浮力所作功的大小。風(fēng)垂直切變：Uz=U500hPa-U850hPa，代表供給風(fēng)暴的近地面層入流，也代表了上升氣流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的能量。R代表了對(duì)于控制風(fēng)暴結(jié)構(gòu)和發(fā)展都很重要的因子（熱力和運(yùn)動(dòng)能量）之間的一種相對(duì)平衡關(guān)系。多單體風(fēng)暴BulkRi數(shù)大，超級(jí)單體風(fēng)暴BulkRi數(shù)小CAPE一定時(shí)，Uz增大，超級(jí)單體風(fēng)暴產(chǎn)生的可能性增大。對(duì)流有效位能CAPE：表示氣塊相對(duì)于環(huán)境的正浮力所作功的大小165風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)SSI

Turcotte與Vigeux采用浮力能～風(fēng)切變圖區(qū)分強(qiáng)雷暴與非強(qiáng)雷暴，進(jìn)而得到了風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)，它表達(dá)了浮力能和垂直風(fēng)切變之間的線性關(guān)系。其表達(dá)式為：SSI=100〔2+0.27ln（SHR）+2.011×10-4×CAPE〕式中SHR為0～H間的密度加權(quán)平均垂直風(fēng)切變（H為離地高度），由公式可看出，當(dāng)大氣中熱力不穩(wěn)定條件越強(qiáng)，上下層間垂直風(fēng)切變越大時(shí)，SSI越大，產(chǎn)生強(qiáng)風(fēng)暴天氣的可能性以及風(fēng)暴強(qiáng)度就越大。風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)SSI166全總指數(shù)（TT）：20世紀(jì)70年代由Miller引入的，至今仍在應(yīng)用。

公式：該式右端T與分別表示溫度與平均露點(diǎn)溫度，單位為.TT越大，越容易發(fā)生對(duì)流天氣強(qiáng)天氣分析預(yù)報(bào)指數(shù)全總指數(shù)（TT）：20世紀(jì)70年代由Miller引入的，至今167單位：無量鋼美國：龍卷和強(qiáng)雷暴個(gè)例分析：發(fā)生龍卷時(shí)其臨界指數(shù)為400，強(qiáng)雷暴（伴有25m/s以上大風(fēng)，或直徑1.9cm以上的冰雹）發(fā)生時(shí)臨界值為300強(qiáng)天氣威脅指數(shù)（SWEAT）:根據(jù)328次龍卷風(fēng)資料和日程預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)得出的一個(gè)預(yù)報(bào)指數(shù)，表達(dá)式為：單位：無量鋼美國：龍卷和強(qiáng)雷暴個(gè)例分析：發(fā)生龍卷時(shí)其臨界指數(shù)168鋒生函數(shù)設(shè)兩起團(tuán)過渡區(qū)附近的水平梯度為，則的水平梯度大?。ń^對(duì)值）的個(gè)別變化公式為：

在上式中，F(xiàn)稱為鋒生函數(shù)。當(dāng)F>0時(shí)，有鋒生作用；當(dāng)F<0時(shí)，有鋒消作用。鋒生函數(shù)設(shè)兩起團(tuán)過渡區(qū)附近的水平梯度為169新雷暴預(yù)報(bào)指數(shù)swiss00（swiss12）：用于確定是否由雷暴發(fā)生的指數(shù)當(dāng)swiss00<5.1時(shí)預(yù)報(bào)由雷暴，否則預(yù)報(bào)無雷暴當(dāng)swiss12<0.6時(shí)預(yù)報(bào)由雷暴，否則預(yù)報(bào)無雷暴新雷暴預(yù)報(bào)指數(shù)swiss00（swiss12）：用于確定170風(fēng)暴相對(duì)螺旋度（SRH）定義：風(fēng)暴相對(duì)風(fēng)矢量和渦度的點(diǎn)乘；忽略垂直速度，只考慮水平速度后的常用簡化SRH為其中為水平渦度矢量，即-(?v/?z)i+(?u/?z)j單位：m2·s-2，當(dāng)螺旋度大于150時(shí)，發(fā)生強(qiáng)對(duì)流的可能性極大。物理意義：表示低空3公里內(nèi)入流氣流和垂直風(fēng)切變的強(qiáng)度風(fēng)暴相對(duì)螺旋度（SRH）171參數(shù)小結(jié)水汽：PW、q、Td、RH穩(wěn)定度：CAPE