第十章雷暴和龙卷.

第章龙卷第十章雷暴和龙卷主要内容1.雷暴分类及形成2普通雷暴和强雷暴2.普通雷暴和强雷暴3.雷暴的运动4.雷电现象5龙卷5.龙卷1雷暴雷暴™雷暴：产生于积雨云中、总是伴随闪电和雷鸣™雷暴：产生于积雨云中、总是伴随闪电和雷鸣的局地风暴。™经常伴有强阵风和大雨有时伴有冰雹和龙卷™经常伴有强阵风和大雨，有时伴有冰雹和龙卷风等天气现象。™生命期短暂（很少超过2小时）早期特征是™生命期短暂（很少超过2小时）。早期特征是强烈的对流上升气流；降水过程中伴有强下沉气流预示雷暴的消亡气流预示雷暴的消亡。™在中纬度雷暴高度可发展到10km以上，在热带则发的高有定的流低以带则发展的更高，只有稳定的平流层低层可以限制雷暴继续向上发展。2101雷暴分类及形成1011雷暴的分类10.1雷暴分类及形成10.1.1雷暴的分类™按强度可以分为普通雷暴和强雷暴两类™按强度可以分为普通雷暴和强雷暴两类Z一般常见的伴有闪电、雷鸣、阵风、阵雨等基本天气特征的雷暴称作“普通雷暴”（般雷本天气特征的雷暴称作“普通雷暴”（一般雷暴、气团雷暴）。而伴有暴雨强风冰雹龙卷等激烈灾害性Z而伴有暴雨、强风、冰雹、龙卷等激烈灾害性天气现象的雷暴则称作是“强雷暴”。普通雷暴和强雷暴统称局地对流风暴产生™普通雷暴和强雷暴统称局地对流风暴，产生的天气称为局地对流天气。3雷暴的分类雷暴的分类按动力学结构可以分为单体雷暴超级单体雷暴™按动力学结构可以分为单体雷暴、超级单体雷暴、多单体雷暴、线雷暴(飑线)和中尺度对流复合体（MCC）等（MCC）等。™成熟雷暴中上升气流和下沉气流组成一个对流单体。™只由一个对流单体构成的雷暴系统叫做单体雷暴，分为普通单体雷暴和超级单体雷暴两种。™多单体雷暴、线雷暴、雷暴群和对流复合体由多个雷暴单体组成。4飑线和中尺度对流复合体™飑线由一列雷暴组成，有时沿冷锋，也可在暖空气前数百千米处形成中纬度的锋前飑线雷暴是最大前数百千米处形成。中纬度的锋前飑线雷暴是最大和最厉害的飑线类型，风暴列可伸展超过1000千米，可在广大范围引起剧烈的天气变化可在广大范围引起剧烈的天气变化。™中尺度对流辐合体是在适当的对流条件下，许多单体雷暴偶然长大并组织成为个范围广大的对流天体雷暴偶然长大并组织成为一个范围广大的对流天气系统，其云顶卷云罩一般近于圆形，范围比单体雷暴大两个量级以上会带来大范围暴雨和洪水雷暴大两个量级以上，会带来大范围暴雨和洪水。51012雷暴的形成雷暴是在条件性不稳定大气环境中由暖湿空气10.1.2雷暴的形成™雷暴是在条件性不稳定大气环境中，由暖湿空气的上升形成的，是对流云即直展云族。导致空气上升的触发机制包括地面受热不均的™导致空气上升的触发机制包括：地面受热不均的热对流、地形效应（山脉迎风坡抬升）引起的对流沿锋面暖空气的抬升以及在低压系统中辐合流、沿锋面暖空气的抬升以及在低压系统中辐合导致的对流。™高层辐散地面辐合和空气上升一起提供了雷™高层辐散、地面辐合和空气上升起，提供了雷暴发展的有利条件。™多个因素一起作用时会导致强雷暴的产生™多个因素起作用时，会导致强雷暴的产生。6102普通雷暴和强雷暴10.2普通雷暴和强雷暴普通雷暴20世纪40年代美国“雷暴”探测计划观10.2.1普通雷暴™20世纪40年代美国“雷暴”探测计划：观测孤立、分散的单块积云。™单个普通雷暴的生命期约为1~2小时，经历发展、成熟和消散三个阶段历发展、成熟和消散三个阶段™Byers-Braham雷暴单体模式（1949年）。单体雷暴经历积成熟和消散个阶段单体雷暴经历积云、成熟和消散三个阶段。7雷暴单体生命史模型雷暴单体生命史模型8积云期积云期™从淡积云向浓积云发展™从淡积云向浓积云发展。™云顶呈现轮廓清晰地花椰菜状隆起，云下有潮湿空气进入云中，云内是上升气流。™随上升气流入云的水汽凝结释放大量潜热，使云内温度高于环境温度，增强云内上升气流，使积云大范围垂直发展。™水滴和冰晶悬浮在云中不会形成降水没有雷电现象9™水滴和冰晶悬浮在云中，不会形成降水，没有雷电现象。™积云阶段在中纬度地区历时约10~15分钟。成熟期™从浓积云向积雨云过渡。™受对流层顶阻挡和高空气流作用，高空强风使云顶冰晶向水平扩展，云体顶部向四周延展而呈砧状。™云的前部和上部仍以上升气流为主，在降水粒子的拖曳下云内出现下沉™云的前部和上部仍以上升气流为主，在降水粒子的拖曳下云内出现下沉气流（雷暴成熟期开始的标志）。出现闪电、雷鸣和大雨（小冰雹）。伴随降水的强冷下沉气流导致地面强阵风，并向四周扩散，形成与周围暖空气分界的阵风锋。10™成熟期历时约15~30分钟，取决于地理条件和气团属性。消散期中下沉气流开始占主导作用™云中下沉气流开始占主导作用。™云的低层，下沉气流阻碍上升气流，切断了风暴的能量供应。缺少了暖湿空气的支持，云滴不再形成，云中只能降下小雨，伴随微弱的下沉气流。™在雷暴成熟期后的15~30分钟内，雷暴逐渐消散。™风暴消亡后，低层云粒子快速蒸发消散。庞大云体崩溃后，只留下作为11™风暴消亡后，低层云粒子快速蒸发消散。庞大云体崩溃后，只留下作为云砧的卷云。Z普通雷暴的发展需要潮湿空气在条件性不稳定大气中上升。件性不稳定大气中上升。使气升的素包括加热均匀Z使空气上升的因素包括加热不均匀的地面、锋面边界、山脉和海风的的地面、锋面边界、山脉和海风的前沿等。12发展中的单体雷暴发展中的单体雷暴13近于成熟的单体雷暴14成熟的单体雷暴成熟的单体雷暴(高度可达10多公里,顶端的云被风吹向一侧)15消亡中的雷暴消亡中的雷暴(云的下半部已蒸发掉)(云的下半部已蒸发掉)16雷暴10.2.2强雷暴™定义：产生超过50节(约25m/s)的大风、或者直径为075英寸(约19)的冰雹或产生直径为0.75英寸(约1.9cm)的冰雹、或产生一个龙卷风三种天气现象之一的雷暴。™形成机制：在条件不稳定的潮湿大气中抬升形成也在强的垂直风切变的地方出现形成。也在强的垂直风切变的地方出现。171风的垂直切变引起的强雷暴1、风的垂直切变引起的强雷暴垂直风切变导致中层以上干冷空气自云体后部吹入与云内饱和空气混™垂直风切变导致中层以上干冷空气自云体后部吹入，与云内饱和空气混合，水分蒸发冷却饱和下沉；™下沉冷湿气流穿过云体向前流动，与云下前方暖湿空气辐合形成阵风锋。有时在阵风锋后冷湿气流上升形成滚轴云；暖湿空气沿锋抬升，使上升气流倾斜，在阵风锋前部边界上升凝结形成陆架云（孤状云）；有时在阵风锋的前沿可强迫暖湿空气上升产生新的雷暴。18阵风锋的前沿可强迫暖湿空气上升产生新的雷暴™因下沉气流出现的阵风锋，使上升气流加强。风的垂直切变引起的强雷暴风的垂直切变引起的强雷暴™低层被抬升的暖湿空气凝结释放能量，一部分在高空随盛行风方向吹得很远，形成云砧；剧烈的上升气流使雹块长大，或随下沉气流从云底降落，或被上升气流从云边甩出；在云砧的下沉气流中可产生悬球状云；落，或被上升气流从云边甩出；在云砧的下沉气流中可产生悬球状云；™另一部分暖湿空气向云体后部倾斜上升，携带增大的水滴，最终离开上升气流落向低层形成降水。雨滴的拖曳作用和部分降水的蒸发冷却作用，加强了云体内部的湿下沉气流19加强了云体内部的湿下沉气流。风的垂直切变引起的强雷暴风的垂直切变引起的强雷暴™倾斜的湿下沉气流与上升气流形成有组织的环流；冷空气到达地面像楔™倾斜的湿下沉气流与上升气流形成有组织的环流；冷空气到达地面像楔子，强迫暖湿空气上升进入雷暴系统，下沉气流维持并加强上升气流，反之亦然。拥有倾斜上升和下沉气流配置的强雷暴可自然维持很长时间。强雷暴下方下沉气流在局部撞击地面并呈放射状水平扩散形成下击™强雷暴下方，下沉气流在局部撞击地面并呈放射状水平扩散，形成下击暴流，其前缘为阵风锋。范围在4km以内的叫微下击暴流，具有高毁坏性的强风。20风的垂直切变引起的强雷暴风的垂直切变引起的强雷暴™微下击暴流和伴随的风垂直切变，严重影响飞机起降和低空飞行。一旦飞机遇上强烈的低空下沉气流飞机会忽然失重加速冲向地面21飞机遇上强烈的低空下沉气流，飞机会忽然失重，加速冲向地面蒸发冷却形成的下击暴流22成熟的多单体雷暴232、超级单体(Supercellstorm)™是一个旋转雷暴。™比通常的单体雷暴更巨大(尺度可达50km)、更持久(1小时以上)，并带来更为强烈的天更持久(1小时以上)，并带来更为强烈的天气，且具有一个近于稳定的、有高度组织的上升和下沉气流配合的环流的上升和下沉气流配合的环流。™它通常伴随有龙卷、冰雹、强降水和雷电等灾害天气。24发展中的超级单体发展中的超级单体25超级单体雷暴超级单体雷暴26超级单体的云形状和降水位置超级单体的云形状和降水位置27超级单体形成的天气条件超级单体形成的天气条件™超级单体一般发生在下列天气尺度条件下列天气尺度条件：1.强的不稳定层结,也就热上冷也就是下热上冷；2.强的环境风垂直切强的环境风直切变;3地面冷锋和高空冷3.地面冷锋和高空冷槽以及急流配置28飑线飑线(squall-linethunderstorm)(q)™飑线是由多个雷暴组成的呈线状排列的™飑线是由多个雷暴组成的呈线状排列的中尺度对流系统，其水平尺度可达几百甚至上千公里飑线经常是和冷锋联系甚至上千公里，飑线经常是和冷锋联系在一起的。29雷达显示的飑线的弓状回波雷达显示的飑线的弓状回波30卫星显示的飑线的弓状云系卫星显示的飑线的弓状云系31飑线中的气流运动和降水飑线中的气流运动和降水32中尺度对流复合体(MCC)（阅读）中尺度对流复合体(MCC)（阅读）™近来发现的圆形团状结构的中尺度对流系统，也称作中尺度对流复合体(MesoscaleConvectiveComplexMCC)对天气变化有重要的影响。(MesoscaleConvectiveComplex,MCC),对天气变化有重要的影响。™MCC在80年代初就可从增强的卫星云图分析中识别出来,它是由很多较小的对流系统，如塔状积云、对流群或中尺度飑线组成的。MCC的卷云罩范围比单体雷暴大两个量级以上它的突出特征是有一个范围广持罩范围比单体雷暴大两个量级以上，它的突出特征是有个范围广、持续久、近于圆形的砧状云罩。™MCC生命周期一般长达6小时以上，水平尺度比雷暴和飑线大得多，是近于圆形的巨大云团它顶部的红外温度很低表示它的云塔很高经33近于圆形的巨大云团。它顶部的红外温度很低，表示它的云塔很高，经常可以达到十余公里以上。103雷暴的运动10.3雷暴的运动™两种作用使雷暴产生运动™两种作用使雷暴产生运动：Z平移：水平气流使云体移动Z传播：云体的新陈代谢（云体外围产生新云体，老云体逐渐消散），看似云体在移动™雷暴传播方向受风速、风向垂直切变影响：Z风速随高度增大时，云前部低空辐合、高空辐散，有利于上升运动Z风速随高度增大时，云前部低空辐合、高空辐散，有利于上升运动发展，产生新的雷暴单体；Z云后部相反，有利于下沉运动发展，单体消散；Z总体效果是云体向前传播34Z总体效果是云体向前传播。Z风向切变时云体传播方向近似为高空和地面风向的合成方向，偏向高空盛行风的右侧。104雷电现象10.4雷电现象™包括有闪电和雷鸣的雷电现象是成熟风暴的重要特征。的重要特征™闪电和雷鸣是由于云的放电造成的,60%以上的闪电是云与云之间的放电造成的而上的闪电是云与云之间的放电造成的，而20%是由于云与地面之间放电造成。™闪电能造成30000℃的高温，这样的温度导致空气急剧膨胀而形成声波(冲击波)，导致空气急剧膨胀而形成声波(冲击波)，这便是雷鸣。351041雷鸣10.4.1雷鸣闪电以光速传播雷鸣以声速传播闪电过™闪电以光速传播，雷鸣以声速传播，闪电过后片刻才听到雷鸣。™雷鸣传播速度与绝对温度和风速有关，平均约为330m/sc=c(T/T)1/2+v·cosθ约为330m/s。cs=cs0(T/T0)1/2+v·cosθ™声波在密度不均匀大气中传播发生折射现象，传播路径弯向较冷空气一边。361042雷暴云的起电机制10.4.2雷暴云的起电机制出现闪电雷暴要带电且正负电荷必™出现闪电，雷暴要带电，且正负电荷必须存在于一个积