对流性天气过程.

1第八章对流性天气过程2要点1.雷暴系统的结构特征和活动规律2.飑中系统3.飑线和锋面的异同4.中小尺度系统的扰动特征5.对流天气预报的物理基础6.对流性天气形成的条件7.几种常见的对流天气的触发机制8.强雷暴发生、发展的有利条件3在暖季，当大气层结处于不稳定状态、空中有充沛水汽、并有足够对流冲击力的条件下，大气中对流运动得到强劲发展，其所形成的天气系统称对流性天气系统，如雷暴、龙卷、飑线、冰雹等。这些天气系统不仅尺度小、生命期短，而且气象要素水平梯度很大、天气现象剧烈，具有很大破坏力，往往是一种灾害性天气系统。4暴雨、冰雹、龙卷、雷暴大风等中尺度强风暴天气能形成严重自然灾害，给国民经济建设和军事活动带来重大损失。世界各国频数较高的自然灾害是气象原因造成的，而由中尺度天气造成的重大灾害占有很大比例。5概述雷暴的结构及雷暴天气的成因中小尺度天气系统对流性天气预报的物理基础对流性天气的预报方法6对流性天气：由大气中的对流不稳定层结造成的，并伴有阵雨、大风、冰雹、龙卷等天气现象。对流性天气的特征：㈠对流性天气都是对流旺盛的积雨云（cb）的产物㈡对流性天气具有范围小，发展快的特点。㈢对流性天气发展剧烈，易形成灾害。概述7雷暴：积雨云中所发生的雷电交作的激烈放电现象，同时指产生这种天气现象的天气系统。雷暴是由旺盛积雨云所引起的伴有闪电、雷鸣和强阵雨的局地风暴。没有降水的闪电、雷鸣现象，称干雷暴雷暴过境时，气象要素和天气现象会发生剧烈变化，如气压猛升，风向急转，风速大增，气温突降，随后倾盆大雨。强烈的雷暴甚至带来冰雹、龙卷等严重灾害。8雷暴云：指产生雷暴的积雨云（cb）。一般雷暴：通常把只伴有阵雨的雷暴称为“一般雷暴”。强雷暴：伴有雷雨、大风、冰雹、龙卷等严重的灾害性天气现象之一的雷暴称为强雷暴。9一、一般雷暴的结构1．生命史的三个阶段①发展阶段②成熟阶段③消散阶段§8.1雷暴的结构及雷暴天气的成因102．生命史：每个阶段持续十几分钟至半小时左右。３．水平尺度：约十几公里至中γ尺度。４．垂直运动：(垂直速ωmax﹤15m/s)５．垂直运动在对流层中层最强（300hPa-500hPa）11一般雷暴结构发展阶段成熟阶段消散阶段12６．降水分布：云中物态特征0℃等温线至-20℃等温线之间的区域主要由过冷水滴、雪花、及冰晶组成，而冰晶是从-10℃附近开始出现，并随高度逐渐增多。到冻结高度，云顶突然向上发展，至对流层顶附近后形成云砧。13雷暴群或带１．含义：有许多雷暴单体随机聚集成群或带（各单体处于不同阶段），每个单体都具有独立的云内环流，都经历发展阶段、成熟阶段和消散阶段，并处于不断新生和消失的新陈代谢过程中。2．生命史：几个小时、中β尺度。3.水平尺度：可达几百公里。4．每个单体处于不同的发展阶段。14一个典型的多单体雷暴群的平面图15二、一般雷暴天气的成因1雷电雷电是由积雨云中冰晶“温差起电”以及其它起电作用所造成的云与地之间或云与云之间的放电现象。一般当云顶发展到-20℃等温线高度以上时，云中便有了足够多的冰晶，因此，就会出现闪电和雷鸣。162阵雨在雷暴云中上升气流最强区附近，一般有一大水滴累积区，当累积量超过上升气流承托能力时，便开始降雨。由于累积区中的水倾盆而下，因而造成阵雨或暴雨。阵雨持续时间为几分钟到一小时不等，视雷暴云的强弱及含水量多少而定。173阵风在雷暴云的成熟阶段，云中产生的下沉气流冲到地表面向四周散开造成阵风。阵风发生前风力较弱，多偏南风。阵风发生时，风向常呈气旋式旋转，然后又呈反气旋式旋转。移动缓慢的雷暴，云下的流出气流几乎是径向（即向四面八方铺开）的。然而多数情况下，在雷暴移向的下风方的风速要大于上风方。184压、温、湿的变化由于下沉气流中水滴蒸发，使下沉气流几乎保持饱和状态，因此在雷暴云下形成一个近乎饱和的冷空气堆，因其密度较大所以气压较高，这个高压叫“雷暴高压”。当雷暴云向前移动时，云下的雷暴高压也随之向前移动，使得测站气温下降、气压涌升、相对湿度上升、露点或绝对湿度下降等气象要素的显著变化。19在弱的垂直风切变中的孤立雷暴模型20三、“稳定状态”的强雷暴的结构基本概念飑暴：以强烈阵风为主的强雷暴雹暴：以严重降雹为主的强雷暴生命史：较长，几小时--十几小时在强垂直切变环境下发展起来的21超级单体风暴、多单体风暴、龙卷风暴、飑线是常见的强风暴具有以下共同特征：前部有一支倾斜的上升气流；后部有一支下沉气流从中层进入风暴，从低层流出，下沉气流与入流气流辐合，使上升运动更强；上升气流合下沉气流构成不对称环流和天气系统。22强雷暴与一般雷暴的主要区别：①垂直气流的强度；②垂直气流的有组织程度和不对称性。强雷暴发展到一定阶段时，会出现一个可以维持数小时之久的、近乎稳定的、较强较大的，以及高度有组织和不对称垂直环流。23（一）“超级单体“风暴１．定义及特征：①含义：具有单一的特大的垂直环流的巨大的强风暴云。是所有对流风暴云中最壮观和最强烈的一类风暴云。②水平尺度：20-40km，垂直尺度：18km③生命史：几个小时，移动路径可达数百公里④环流：具有强大的非对称的有组织的垂直环流，前部有上升气流，后部有下沉气流242结构特征风暴云顶（最高可达18km以上）垂直气流分两部分：斜升气流，下击暴流无（或弱）回波区（穹窿）在风暴云的右前方形成一个只有小云滴而没有（或很少有）大水滴的地区，有时也可能是无云的空穴。在雷达的RHI照片上便呈现为一个无（或弱）回波区，它从风暴云右翼伸展到风暴云内并存在云中向上突入一段距离，一般称其为“穹窿”。上风侧是云墙，强回波区下风侧是前伸悬体回波。2526风暴的运动方向一般偏向于对流云中层的风的右侧。所以这类风暴也叫做“右移强风暴”，但有的强风暴也可以是左移的。环境风因为风暴云十分高大，因此它迫使环境气流分成两股绕云而过，在环境气流与云边界之间会发生涡旋混合作用。27超级单体三维环流模型28斜升气流的形成：下击暴流的辐散气流与进入云体的暖湿气流汇合产生。下击暴流的形成：①降水物的拖曳作用②在中层云外围绕流干冷气流被卷入后，在云体前部逐渐下沉。③在中层，从云后部直接进入云中的干空气，降水物通过这种干空气是强烈蒸发冷却，形成很冷的下沉气流。29３．两支气流的作用斜升气流的作用：①供应水汽②促进云雨发展③分迭大小不同的降水物，有利于冰雹的生成下击暴流的作用：①到地表面后向四周散开，形成强风②使上升气流倾斜，产生斜升气流30㈡多单体风暴含义：由许多较小的处于不同发展阶段雷暴单体组成，但有一个统一的垂直环流的风暴。多单体风暴中，对流单体横向排成一行。他们不断地在雷暴复合体中的右侧发生，在左侧消亡看起来风暴就象一个整体在运动。虽然每个单体的生命期不长但通过单体的连续更替过程可使整体的生命期很长。311973年7月9日美科罗拉多州所测到的多胞型雷暴的模型3233㈢飑线１．含义：有许多雷暴单体（其中包括若干超级单体）侧向排列而形成的强对流云带。风向、风速突变的狭窄的强对流天气带。很具破坏力的严重灾害性天气。２．水平尺度：长约几十至几百公里，宽约几十公里至二百公里。３．生命史：几小时至十几小时。34４．天气现象：大风、冰雹、龙卷。飑线过境时，风向突变、风速急增、气压骤升、气温剧降同时伴有雷暴、暴雨。飑线发生之前多属晴好天气，气温较高，风力微弱，风向很乱或多偏南风，空气湿度较大，天气闷热，具备雷雨条件。35飑线常出现在气团内部或冷锋前，破坏性很大。我国飑线的地理分布：飑线多发生在长江流域以北地区，其中内蒙、河北、山西、山东、河南、安徽、江苏和沿海等地每年均有发生。36四、强雷暴天气的成因天气：大风（飑）、冰雹、龙卷㈠飑：１．含义：伴随强风暴云来临，气压涌升，气温急降，相对湿度增大的突然发作的强烈阵风。飑是强阵风的意思。２．形成的原因：下击暴流到地表面向四周散开。37㈡冰雹：１．含义：直径大于5毫米的固体降水物。２．共同特点：①较强的上升运动（ωmax＞15m/s.）②水份累积区和最大垂直速度区的高度一般在零度层以上。③水份累积区的含水量较为丰富，一般都不小于15-20克/米3，累积厚度不小于1.5-2.0公里左右。④有宜于形成“雹胚”的环境。⑤云内0℃层的高度适当，不太高也不太低。38成熟雷雨内各种现象：1电场分布，2小股垂直气流，3雹的成长，4地面冷气丘的形成和范围39３.冰雹的形成过程：在一般超级单体雹云中冰雹的生长过程大致经历这样的过程：首先雹胚进入斜升气流之中，斜升气流把小冰粒带到中高层，穿过过冷水份累积区，然后砧状流出气流将小雪粒撒向前方。大的抛得近，小的抛得远。通过“分选”作用，大小雹粒在不同部位下落，重新进入斜升气流，又开始第二次升降。如此循环数次，大雹落在回波“墙”附近或“阵风前沿线”附近的后方。而小雹可能降落在离“阵风前沿线”较远的后方或前方。40飑线垂直剖面41㈢龙卷１．含义：从雷暴云底向下伸展并且到达地面的漏斗状涡旋云柱叫做“龙卷”。龙卷伸展到地面时会引起强烈的旋风叫做“龙卷风”。龙卷有时悬挂在空中，有时伸延到地面。出现在陆地上的，称陆龙卷，出现在海面上的，称海龙卷。42２．主要特征：①外观：漏斗状云柱水平尺度很小：几米至几百米；垂直尺度：二至三千米，甚至10km垂直范围：3-15km②生存时间：几分钟到几十分钟③中心气压低：中心气压与外围之间气压梯度可达2百帕/米左右。④风速：其中心风力可达100-200米/秒以上，具有极大的破坏力。43⑤结构：龙卷有时成对的出现，两个的旋转方向相反。⑥龙卷中心为下沉气流，四壁为极强的上升气流，速度可达50米/秒以上。⑦科氏力不起作用，惯性离心力和气压梯度力平衡。⑧非静力平衡⑨产生龙卷的雷暴云要更高、更强。44§8.2中小尺度天气系统45一、中小尺度天气系统的概念1含义：大气中存在的像雷暴和强雷暴一类空间尺度较小，生命史较短的天气系统。2天气系统的分类：1.大尺度：①水平范围几百至几千公里。如气旋、锋面、台风、高空槽（脊）、长波等。②生命史：一天至几天462.中尺度：①水平范围十几公里至二、三百公里。如强雷暴、飑线、中尺度低压、中尺度气旋、飑中系统。②生命史：一小时至十几小时3.小尺度：①水平范围几十米至十几公里。如雷暴、龙卷、尘卷、山谷风。②生命史：几分钟至一小时473Orlanski尺度划分方案大尺度水平尺度2000km中尺度水平尺度2～2000km中α系统200～2000km1-5天中β系统20～200km3小时-1天中γ系统2～20km1小时小尺度水平尺度2km48二、飑中系统1含义：和飑现象相联系的一类中系统叫飑中系统，它包括雷暴高压、飑线、飑线前低压和尾流低压等中系统。49雷暴高压是指在成熟阶段雷暴的下方，一般都有１个冷性中高压，这种高压称为雷暴高压。在冷空气堆已完全形成而它的范围不太大的时候，雷暴高压表现得最强；当冷空气堆向更大的面积上延展的时候，雷暴高压便逐渐减弱；如果没有新的下降冷空气补充，就会逐渐消失。雷暴高压在初生时范围较小，强度较弱，以后逐渐扩大增强，一般能维持3～18h。在高压的范围内，大多有雷雨天气，但也有个别的只有雷电而无降水。502系统的背景和生命史（1）飑中系统可以发生在冷锋前或暖锋后的暖气团中，也可以发生在冷锋后或暖锋前的冷气团中，或发生在冷（暖）锋上。51（2）飑中系统的生命史大致可分为四个阶段：①初始阶段②发展阶段③成熟阶段④消散阶段523飑中系统的移动飑中系统生成后，会有规律地向前移动。（1）飑线上单体移向基本上与850-500百帕平均风一致，有时略偏右。（2）飑线还有向着最不稳定的地区移动的趋向。（3）飑线的移速取决于大尺度天气形势及有关要素分布和中尺度雷暴高压的强度以及地形的影响。534飑线和锋面的区别相同点：都是冷暖空气的界面不同点：54锋面飑线不同气团的交界面同一气团中生成天气和气象要素变化不是很剧烈天气和气象要素变化剧烈锋面（大尺度，长度几千公里）飑线（中尺度，长度二、三百公里）生命史是几天生命史约十几个小时大体沿700hPa气流移动移速大于冷锋无日变化有日变化，午