对流性天气过程.pptx

1要点要点1.雷暴系雷暴系统的的结构特征和活构特征和活动规律律2.飑中系中系统3.飑线和和锋面的异同面的异同4.中小尺度系中小尺度系统的的扰动特征特征5.对流天气流天气预报的物理基的物理基础 6.对流性天气形成的条件流性天气形成的条件7.几种常几种常见的的对流天气的触流天气的触发机制机制8.强雷暴雷暴发生、生、发展的有利条件展的有利条件第1页/共100页2n在暖季，当大气在暖季，当大气层结处于不于不稳定状定状态、空中、空中有充沛水汽、并有足有充沛水汽、并有足够对流冲流冲击力的条件下，力的条件下，大气中大气中对流运流运动得到得到强劲发展，其所形成的展，其所形成的天气系天气系统称称对流性天气系流性天气系统，如雷暴、，如雷暴、龙卷、卷、飑线、冰雹等。、冰雹等。n这些天气系些天气系统不不仅尺度小、生命期短，而且尺度小、生命期短，而且气象要素水平梯度很大、天气气象要素水平梯度很大、天气现象象剧烈，具烈，具有很大破坏力，往往是一种灾害性天气系有很大破坏力，往往是一种灾害性天气系统。第2页/共100页3n暴雨、冰雹、暴雨、冰雹、龙卷、雷暴大卷、雷暴大风等中尺度等中尺度强风暴天气能形成暴天气能形成严重自然灾害，重自然灾害，给国民国民经济建建设和和军事活事活动带来重大来重大损失。失。n世界各国世界各国频数数较高的自然灾害是气象原因造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成的，而由中尺度天气造成的重大灾害占有很大比例。很大比例。第3页/共100页4概概 述述雷暴的结构及雷暴天气的成因雷暴的结构及雷暴天气的成因中小尺度天气系统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预报的物理基础对流性天气的预报方法对流性天气的预报方法第4页/共100页5对流性天气：对流性天气：由大气中的对流不稳定层结造由大气中的对流不稳定层结造成的，并伴有阵雨、大风、冰雹、龙卷等天成的，并伴有阵雨、大风、冰雹、龙卷等天气现象。气现象。对流性天气的特征：对流性天气的特征：对流性天气都是对流旺盛的积雨云（对流性天气都是对流旺盛的积雨云（cbcb）的产物的产物 对流性天气具有范围小，发展快的特点。对流性天气具有范围小，发展快的特点。对流性天气发展剧烈，易形成灾害。对流性天气发展剧烈，易形成灾害。概述第5页/共100页6雷暴：雷暴：积雨云中所发生的雷电交作的激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。闪电、雷鸣和强阵雨的局地风暴。没有降水的闪电、雷鸣现象，称没有降水的闪电、雷鸣现象，称干雷暴干雷暴雷暴过境时，气象要素和天气现象会发雷暴过境时，气象要素和天气现象会发生生剧烈变化，剧烈变化，如气压猛升，风向急转，风速如气压猛升，风向急转，风速大增，气温突降，随后倾盆大雨。强烈的雷大增，气温突降，随后倾盆大雨。强烈的雷暴甚至带来暴甚至带来冰雹、龙卷冰雹、龙卷等严重灾害。等严重灾害。第6页/共100页7雷暴云：雷暴云：指产生雷暴的积雨云（指产生雷暴的积雨云（cbcb）。）。一般雷暴：一般雷暴：通常把只伴有阵雨的雷暴称通常把只伴有阵雨的雷暴称 为为“一般雷暴一般雷暴”。强雷暴：强雷暴：伴有雷雨、大风、冰雹、龙卷伴有雷雨、大风、冰雹、龙卷等严重的灾害性天气现象之一等严重的灾害性天气现象之一的雷暴称为强雷暴。的雷暴称为强雷暴。第7页/共100页8一、一般雷暴的结构一、一般雷暴的结构1 1生命史的三个阶段生命史的三个阶段发展阶段发展阶段成熟阶段成熟阶段消散阶段消散阶段8.1 雷暴的雷暴的结构及雷暴天气的成因构及雷暴天气的成因第8页/共100页92 2生命史：生命史：每个阶段持续十几分钟至半每个阶段持续十几分钟至半 小时左右。小时左右。水平尺度：水平尺度：约十几公里至中约十几公里至中尺度。尺度。垂直运动：垂直运动：(垂直速垂直速maxmax15m/s)15m/s)垂直运动在对流层中层最强垂直运动在对流层中层最强 （300hPa-500hPa300hPa-500hPa）第9页/共100页10一般雷暴结构一般雷暴结构发展阶段发展阶段发展阶段发展阶段成熟阶段成熟阶段成熟阶段成熟阶段消散阶段消散阶段消散阶段消散阶段第10页/共100页11降水分布：降水分布：云中物态特征云中物态特征 00等温线等温线至至-20-20等温线之间的区域主要由过冷水滴、等温线之间的区域主要由过冷水滴、雪花、及冰晶组成，而冰晶是从雪花、及冰晶组成，而冰晶是从-10-10附近附近开始出现，并随高度逐渐增多。到冻结高开始出现，并随高度逐渐增多。到冻结高度，云顶突然向上发展，至对流层顶附近度，云顶突然向上发展，至对流层顶附近后形成云砧。后形成云砧。第11页/共100页12雷暴群或带雷暴群或带含义：含义：有许多雷暴单体随机聚集成群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、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。消失的新陈代谢过程中。2 2生命史生命史：几个小时、中几个小时、中尺度。尺度。3.3.水平尺度：水平尺度：可达几百公里。可达几百公里。4 4每个单体处于不同的发展阶段。每个单体处于不同的发展阶段。第12页/共100页13一个典型的多单体雷暴群的平面图一个典型的多单体雷暴群的平面图第13页/共100页14二、一般雷暴天气的成因二、一般雷暴天气的成因1 1雷电雷电雷电是由积雨云中雷电是由积雨云中冰晶冰晶“温差起电温差起电”以以及其它起电作用所造成的云与地之间或云与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。云之间的放电现象。一般当云顶发展到一般当云顶发展到-20-20等温线高度以等温线高度以上时，云中便有了足够多的冰晶，因此，就上时，云中便有了足够多的冰晶，因此，就会出现闪电和雷鸣。会出现闪电和雷鸣。第14页/共100页152 2阵雨阵雨在雷暴云中上升气流最强区附近，一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。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一小时不等，视雷暴云的强弱及含水量多少而定。少而定。第15页/共100页163 3 阵风阵风在雷暴云的成熟阶段，云中产生的在雷暴云的成熟阶段，云中产生的下下沉气流冲到地表面向四周散开造成阵风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。下风方的风速要大于上风方。第16页/共100页174 4 压、温、湿的变化压、温、湿的变化由于下沉气流中水滴蒸发，使下沉气流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几乎保持饱和状态，因此在雷暴云下形成一个个近乎饱和的冷空气堆近乎饱和的冷空气堆，因其密度较大所以，因其密度较大所以气压较高，这个高压叫气压较高，这个高压叫“雷暴高压雷暴高压”。当雷暴云向前移动时，云下的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，使得也随之向前移动，使得测站气温下降、气压测站气温下降、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。等气象要素的显著变化。第17页/共100页18在弱的垂直风切变中的孤立雷暴模型在弱的垂直风切变中的孤立雷暴模型第18页/共100页19三、三、“稳定状态稳定状态”的的强雷暴强雷暴的结构的结构 基本概念基本概念飑暴：以强烈阵风为主的强雷暴飑暴：以强烈阵风为主的强雷暴雹暴：以严重降雹为主的强雷暴雹暴：以严重降雹为主的强雷暴生命史：较长，几小时生命史：较长，几小时-十几小时十几小时在强垂直切变环境下发展起来的在强垂直切变环境下发展起来的第19页/共100页20超级单体风暴、多单体风暴、龙卷风暴、飑超级单体风暴、多单体风暴、龙卷风暴、飑线是常见的强风暴线是常见的强风暴具有以下共同特征：具有以下共同特征：l前部前部有一支倾斜的上升气流；有一支倾斜的上升气流；有一支倾斜的上升气流；有一支倾斜的上升气流；l l 后部有一支下沉气流从中层进入风暴，从低后部有一支下沉气流从中层进入风暴，从低后部有一支下沉气流从中层进入风暴，从低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，使层流出，下沉气流与入流气流辐合，使层流出，下沉气流与入流气流辐合，使层流出，下沉气流与入流气流辐合，使上升运动更强；上升运动更强；上升运动更强；上升运动更强；l l 上升气流合下沉气流构成不对称环流和上升气流合下沉气流构成不对称环流和上升气流合下沉气流构成不对称环流和上升气流合下沉气流构成不对称环流和天气系统。天气系统。天气系统。天气系统。第20页/共100页21强雷暴与一般雷暴的主要区别：强雷暴与一般雷暴的主要区别：垂直气流的强度；垂直气流的强度；垂直气流的有组织程度和不对称性。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的、较强较大的，以及高度有组织和不对称垂直环流。对称垂直环流。第21页/共100页22（一）（一）“超级单体超级单体“风暴风暴定义及特征定义及特征：含义：具有含义：具有单一的特大的单一的特大的垂直环流的巨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。强烈的一类风暴云。水平尺度：水平尺度：20-40km20-40km，垂直尺度：，垂直尺度：18km18km 生命史：几个小时，移动路径可达数百公里生命史：几个小时，移动路径可达数百公里 环流：具有强大的非对称的有组织的垂直环环流：具有强大的非对称的有组织的垂直环 流，前部有上升气流，后部有下沉气流流，前部有上升气流，后部有下沉气流第22页/共100页232结构特征结构特征u风暴云顶（最高可达风暴云顶（最高可达18km以上）以上）u垂直气流分两部分：垂直气流分两部分：斜升气流，下击暴流斜升气流，下击暴流u无（或弱）回波区（穹窿）无（或弱）回波区（穹窿）在风暴云的右在风暴云的右前方形成一个只有小云滴而没有（或很少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有）大水滴的地区，有时也可能是无云的空穴。在雷达的空穴。在雷达的RHIRHI照片上便呈现为一个无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（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，风暴云内并存在云中向上突入一段距离，一般称其为一般称其为“穹窿穹窿”。上风侧是云墙，强。上风侧是云墙，强回波区下风侧是前伸悬体回波。回波区下风侧是前伸悬体回波。第23页/共100页24第24页/共100页25u风暴的运动方向一般偏向于对流云中层风暴的运动方向一般偏向于对流云中层的风的右侧的风的右侧。所以这类风暴也叫做所以这类风暴也叫做“右右移强风暴移强风暴”，但有的强风暴也可以是左但有的强风暴也可以是左移的。移的。u环境风因为风暴云十分高大，因此它迫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使环境气流分成两股绕云而过，在环境，在环境气流与云边界之间会发生涡旋混合作用。气流与云边界之间会发生涡旋混合作用。第25页/共100页26超级单体三维环流模型超级单体三维环流模型第26页/共100页27斜升气流的形成：斜升气流的形成：下击暴流的辐散气流与进入下击暴流的辐散气流与进入云体的暖湿气流汇合产生。云体的暖湿气流汇合产生。下击暴流的形成：下击暴流的形成：降水物的拖曳作用降水物的拖曳作用在中层云外围绕流干冷气流被卷入后，在云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。体前部逐渐下沉。在中层，从云后部直接进入云中的干空气，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。成很冷的下沉气流。第27页/共100页28两支气流的作用两支气流的作用斜升气流的作用：斜升气流的作用：供应水汽供应水汽促进云雨发展促进云雨发展分迭大小不同的降水物，有利于冰雹的生成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：下击暴流的作用：到地表面后向四周散开，形成强风到地表面后向四周散开，形成强风使上升气流倾斜，产生斜升气流使上升气流倾斜，产生斜升气流第28页/共100页29多单体风暴多单体风暴含义：含义：由许多较小的处于不同发展阶段雷由许多较小的处于不同发展阶段雷暴单体组成，但暴单体组成，但有一个统一的垂直环流有一个统一的垂直环流的的风暴。多单体风暴中，对流单体横向排成风暴。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通过单体的连续更替过程可使整体的生命期很长。期很长。第29页/共100页301973197319731973年年年年7 7 7 7月月月月9 9 9 9日美科罗拉多州所测到的多胞型雷暴的模型日美科罗拉多州所测到的多胞型雷暴的模型日美科罗拉多州所测到的多胞型雷暴的模型日美科罗拉多州所测到的多胞型雷暴的模型第30页/共100页31第31页/共100页32飑线飑线含义：含义：有许多雷暴单体（其中包括若干有许多雷暴单体（其中包括若干超级单体）侧向排列而形成的强对流云带。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。具破坏力的严重灾害性天气。水平尺度：水平尺度：长约几十至几百公里，宽约长约几十至几百公里，宽约几十公里至二百公里。几十公里至二百公里。生命史：生命史：几小时至十几小时。几小时至十几小时。第32页/共100页33天气现象：天气现象：大风、冰雹、龙卷。飑线大风、冰雹、龙卷。飑线过境时，风向突变、风速急增、气压骤升、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。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。气湿度较大，天气闷热，具备雷雨条件。第33页/共100页34 飑线常出现在飑线常出现在气团内部气团内部或冷锋前，破或冷锋前，破坏性很大。坏性很大。我国飑线的地理分布：我国飑线的地理分布：飑线多发生在长江飑线多发生在长江流域以北地区，其中内蒙、河北、山西、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山东、河南、安徽、江苏和沿海等地每年均有发生。均有发生。第34页/共100页35四、强雷暴天气的成因四、强雷暴天气的成因天气：天气：大风（飑）、冰雹、龙卷大风（飑）、冰雹、龙卷飑飑：含义：伴随强风暴云来临，气压涌升，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。飑是强阵风的意思强烈阵风。飑是强阵风的意思。形成的原因：形成的原因：下击暴流到地表面向四周下击暴流到地表面向四周 散开。散开。第35页/共100页36冰雹冰雹：含义：含义：直径大于直径大于5 5毫米的固体降水物。毫米的固体降水物。共同特点：共同特点：较强的上升运动较强的上升运动（maxmax15m/s.15m/s.）水份累积区和最大垂直速度区的高度一般水份累积区和最大垂直速度区的高度一般在零度层以上。在零度层以上。水份累积区的含水量较为丰富，一般都不小水份累积区的含水量较为丰富，一般都不小 于于15-2015-20克克/米米3 3，累积厚度不小于，累积厚度不小于1.5-2.01.5-2.0公公 里左右。里左右。有宜于形成有宜于形成“雹胚雹胚”的环境的环境。云内云内00层的高度适当，不太高也不太低层的高度适当，不太高也不太低。第36页/共100页37成熟雷雨内各种现象：成熟雷雨内各种现象：成熟雷雨内各种现象：成熟雷雨内各种现象：1 1 1 1 电场分布，电场分布，电场分布，电场分布，2 2 2 2 小股垂直小股垂直小股垂直小股垂直气流，气流，气流，气流，3 3 3 3 雹的成长，雹的成长，雹的成长，雹的成长，4 4 4 4 地面冷气丘的形成和范围地面冷气丘的形成和范围地面冷气丘的形成和范围地面冷气丘的形成和范围第37页/共100页38.冰雹的形成过程冰雹的形成过程：在一般超级单体雹云中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，小的抛气流将小雪粒撒向前方。大的抛得近，小的抛得远。通过得远。通过“分选分选”作用，大小雹粒在不同部作用，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，大雹落在回波降。如此循环数次，大雹落在回波“墙墙”附近附近或或“阵风前沿线阵风前沿线”附近的后方。而小雹可能降附近的后方。而小雹可能降落在离落在离“阵风前沿线阵风前沿线”较远的后方或前方。较远的后方或前方。第38页/共100页39飑线垂直剖面飑线垂直剖面第39页/共100页40龙卷龙卷含义含义：从雷暴云底向下伸展并且到达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地面的漏斗状涡旋云柱叫做“龙卷龙卷”。龙龙卷伸展到地面时会引起强烈的旋风叫做卷伸展到地面时会引起强烈的旋风叫做“龙卷风龙卷风”。龙卷有时悬挂在空中，有时伸龙卷有时悬挂在空中，有时伸延到地面。出现在陆地上的，称延到地面。出现在陆地上的，称陆龙卷，陆龙卷，出现在海面上的，称出现在海面上的，称海龙卷。海龙卷。第40页/共100页41主要特征：主要特征：外观：漏斗状云柱外观：漏斗状云柱 水平尺度很小：几米至几百米；水平尺度很小：几米至几百米；垂直尺度：二至三千米，甚至垂直尺度：二至三千米，甚至10km10km 垂直范围：垂直范围：3-15km3-15km 生存时间：几分钟到几十分钟生存时间：几分钟到几十分钟 中心气压低：中心气压与外围之间气压中心气压低：中心气压与外围之间气压 梯度可达梯度可达2 2百帕百帕/米左右。米左右。风速：其中心风力可达风速：其中心风力可达100-200100-200米米/秒以秒以 上，具有极大的破坏力。上，具有极大的破坏力。第41页/共100页42 结构：龙卷有时结构：龙卷有时成对的出现成对的出现，两个的，两个的 旋转方向相反。旋转方向相反。龙卷中心为下沉气流，龙卷中心为下沉气流，四壁为极强的四壁为极强的 上升气流上升气流，速度可达，速度可达5050米米/秒以上。秒以上。科氏力不起作用，惯性离心力和气压科氏力不起作用，惯性离心力和气压 梯度力平衡。梯度力平衡。非静力平衡非静力平衡 产生龙卷的雷暴云要更高、更强。产生龙卷的雷暴云要更高、更强。第42页/共100页438.2 中小尺度天气系中小尺度天气系统第43页/共100页44一、中小尺度天气系统的概念一、中小尺度天气系统的概念 1 1含义：含义：大气中存在的像雷暴和强雷暴大气中存在的像雷暴和强雷暴一类一类空间尺度较小空间尺度较小，生命史较短生命史较短的天的天气系统。气系统。2 2天气系统的分类：天气系统的分类：1.1.大尺度：大尺度：水平范围几百至几千公里。如气旋、锋水平范围几百至几千公里。如气旋、锋 面、台风、面、台风、高空槽（脊）、长波等。高空槽（脊）、长波等。生命史：一天至几天生命史：一天至几天第44页/共100页452.2.中尺度：中尺度：水平范围十几公里至二、三百公里。如强雷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、飑中暴、飑线、中尺度低压、中尺度气旋、飑中系统。系统。生命史：一小时至十几小时生命史：一小时至十几小时3.3.小尺度：小尺度：水平范围几十米至十几公里。如雷暴、龙水平范围几十米至十几公里。如雷暴、龙卷、尘卷、山谷风。卷、尘卷、山谷风。生命史：几分钟至一小时生命史：几分钟至一小时第45页/共100页463 3Orlanski Orlanski 尺度划分方案尺度划分方案大尺度大尺度 水平尺度水平尺度2000km2000km中尺度中尺度 水平尺度水平尺度2 22000km2000km中中系统系统 2002002000km 1-52000km 1-5天天中中系统系统 2020200km 3200km 3小时小时-1-1天天中中系统系统 2 220km 120km 1小时小时小尺度小尺度 水平尺度水平尺度2km2km第46页/共100页47二、飑中系统二、飑中系统1 1 含义：含义：和飑现象相联系的一类中系统和飑现象相联系的一类中系统叫飑中系统，它包括叫飑中系统，它包括雷暴高压、飑线、雷暴高压、飑线、飑线前低压和尾流低压飑线前低压和尾流低压等中系统等中系统。第47页/共100页48雷暴高压雷暴高压是指在成熟阶段雷暴的下方，一般是指在成熟阶段雷暴的下方，一般都有个冷性中高压，这种高压称为雷暴高都有个冷性中高压，这种高压称为雷暴高压。压。在冷空气堆已完全形成而它的范围不太大的在冷空气堆已完全形成而它的范围不太大的在冷空气堆已完全形成而它的范围不太大的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时候，雷暴高压表现得最强；当冷空气堆向更大的时候，雷暴高压表现得最强；当冷空气堆向更大的时候，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；如果没面积上延展的时候，雷暴高压便逐渐减弱；如果没面积上延展的时候，雷暴高压便逐渐减弱；如果没面积上延展的时候，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。雷暴高压有新的下降冷空气补充，就会逐渐消失。雷暴高压有新的下降冷空气补充，就会逐渐消失。雷暴高压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，在初生时范围较小，强度较弱，以后逐渐扩大增强，在初生时范围较小，强度较弱，以后逐渐扩大增强，在初生时范围较小，强度较弱，以后逐渐扩大增强，一般能维持一般能维持一般能维持一般能维持3 3 3 318 h18 h18 h18 h。在高压的范围内，大多有雷。在高压的范围内，大多有雷。在高压的范围内，大多有雷。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。雨天气，但也有个别的只有雷电而无降水。雨天气，但也有个别的只有雷电而无降水。雨天气，但也有个别的只有雷电而无降水。第48页/共100页492 2系统的背景和生命史系统的背景和生命史（1 1）飑中系统可以发生在冷锋前或暖）飑中系统可以发生在冷锋前或暖锋后的锋后的暖气团暖气团中，也可以发生在冷锋中，也可以发生在冷锋后或暖锋前的后或暖锋前的冷气团冷气团中，或发生在中，或发生在冷冷（暖）锋上（暖）锋上。第49页/共100页50（2 2）飑中系统的生命史大致可分为四个阶段：）飑中系统的生命史大致可分为四个阶段：初始阶段初始阶段发展阶段发展阶段成熟阶段成熟阶段消散阶段消散阶段第50页/共100页513 3 飑中系统的移动飑中系统的移动飑中系统生成后，会飑中系统生成后，会有规律地向前移动有规律地向前移动。（1 1）飑线上单体移向基本上与）飑线上单体移向基本上与850-500850-500百百 帕平均风一致，有时略偏右。帕平均风一致，有时略偏右。（2 2）飑线还有向着最不稳定的地区移动的）飑线还有向着最不稳定的地区移动的 趋向。趋向。（3 3）飑线的移速取决于大尺度天气形势及）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有关要素分布和中尺度雷暴高压的强 度以及地形的影响。度以及地形的影响。第51页/共100页524飑线和锋面的区别飑线和锋面的区别相同点：都是冷暖空气的界面相同点：都是冷暖空气的界面不同点：不同点：第52页/共100页53锋面锋面飑线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天气和气象要素变化不是很剧烈不是很剧烈天气和气象要素变化天气和气象要素变化剧烈剧烈锋面（大尺度，长度锋面（大尺度，长度几千公里）几千公里）飑线（中尺度，长度飑线（中尺度，长度二、三百公里）二、三百公里）生命史是几天生命史是几天生命史约十几个小时生命史约十几个小时大体沿大体沿700hPa700hPa气流移动气流移动移速大于冷锋移速大于冷锋无日变化无日变化有日变化，午后强烈发展有日变化，午后强烈发展第53页/共100页54三、中尺度低压系统三、中尺度低压系统 含义：含义：指在中尺度天气图上存在一指在中尺度天气图上存在一些水平尺度为一百公里至二、三百公里些水平尺度为一百公里至二、三百公里的小型低压称中尺度系统。的小型低压称中尺度系统。类型：类型：中低压：中低压：无无明显的气旋式环流明显的气旋式环流中气旋：中气旋：有有明显的气旋式环流明显的气旋式环流第54页/共100页55中低压和中气旋的异同：中低压和中气旋的异同：共同点：共同点：均是气压场上的低压，水平尺度均是气压场上的低压，水平尺度100100200200公里，辐合上升运动较强，有强公里，辐合上升运动较强，有强烈的降水天气。烈的降水天气。不同点：不同点：中低压中低压中低压中低压中气旋中气旋中气旋中气旋无明显气旋式环流无明显气旋式环流闭合气旋式环流闭合气旋式环流局地增热造成局地增热造成中低压加强产生气中低压加强产生气旋式环流旋式环流辐合上升运动弱辐合上升运动弱辐合上升运动强辐合上升运动强第55页/共100页56四、中小尺度扰动的特征四、中小尺度扰动的特征 水平尺度小水平尺度小 垂直尺度大：垂直尺度大：大都可达整个对流层大都可达整个对流层的厚度，即为的厚度，即为7-187-18公里左右。垂直尺度公里左右。垂直尺度与水平尺度的比率很大，约为与水平尺度的比率很大，约为0.10.1。一般。一般大系统的比率为大系统的比率为0.010.01左右。左右。第56页/共100页57生命期短：生命期短：雷暴单体的平均生命雷暴单体的平均生命期不到期不到1 1小时，雷暴群可存在几小时，小时，雷暴群可存在几小时，较强的飑中系统等中系统的生命期大较强的飑中系统等中系统的生命期大约为约为1212小时左右，而大尺度系统常达小时左右，而大尺度系统常达一天至几天。一天至几天。第57页/共100页58 垂直速度大：垂直速度大：在雷暴云的上升气流在雷暴云的上升气流 中，一般为中，一般为1010米米/秒，特强的为秒，特强的为6060米米/秒秒 以上。大尺度系统中仅为每秒几厘米。以上。大尺度系统中仅为每秒几厘米。散度大：散度大：甚至甚至 大尺度中散度为大尺度中散度为第58页/共100页59 涡度大：涡度大：在中高压和中气旋中，涡度和散度在中高压和中气旋中，涡度和散度的大小比率近似等于的大小比率近似等于1 1。气象要素梯度大：气象要素梯度大：飑线过境时气压梯度可达飑线过境时气压梯度可达 1-3hPa/km1-3hPa/km，温度梯度可达，温度梯度可达5 5C/10kmC/10km，变压，变压 1hPa/1-2min1hPa/1-2min，变温，变温-1C/min-1C/min，可观测到地，可观测到地 面风垂直于等压线方向。面风垂直于等压线方向。第59页/共100页60 地转偏向力地转偏向力：影响小尘卷和部分小龙卷的影响小尘卷和部分小龙卷的旋转运动主要取决于离心力和气压梯度力旋转运动主要取决于离心力和气压梯度力的平衡。但较大的中系统，就要考虑到地的平衡。但较大的中系统，就要考虑到地转偏向力的影响。转偏向力的影响。非静力平衡非静力平衡：在旺盛的对流云内，空气不在旺盛的对流云内，空气不符合静力平衡的假定。浮力可以使气块产符合静力平衡的假定。浮力可以使气块产生很大的垂直加速度。生很大的垂直加速度。第60页/共100页618.3对流性天气预报的物理基础 大气不稳定性与对流性天气形成的条大气不稳定性与对流性天气形成的条件件 稳定度的局地变化稳定度的局地变化 对流天气的触发机制对流天气的触发机制 强雷暴发生发展的有利条件强雷暴发生发展的有利条件 雷暴云的移动规律雷暴云的移动规律第61页/共100页62不稳定层结不稳定层结中性层结中性层结稳定层结稳定层结环境温度垂直递减率气块绝热运动时的温度递减率一、大气不稳定性与对流性天气形成的一、大气不稳定性与对流性天气形成的条件条件 静力不稳定静力不稳定第62页/共100页63不稳定层结不稳定层结中性层结中性层结稳定层结稳定层结大气中，一般是大气中，一般是绝对不稳定绝对不稳定绝对稳定绝对稳定条件性不稳定条件性不稳定第63页/共100页64T-lnpT-lnp图上层结曲线与状态曲线图上层结曲线与状态曲线第64页/共100页65（二）（二）对流性不稳定对流性不稳定（位势不稳定）（位势不稳定）1 1 含义：原来上干下湿的稳定气层，甚含义：原来上干下湿的稳定气层，甚至可为绝对稳定的气层（至可为绝对稳定的气层（），），经经过整层抬升后使得气层达到饱和过整层抬升后使得气层达到饱和，气层层，气层层结由原来的稳定层结变为不稳定层结，或结由原来的稳定层结变为不稳定层结，或不稳定层结变得更加不稳定，称为对流性不稳定层结变得更加不稳定，称为对流性不稳定。不稳定。或或 随高度减小。随高度减小。第65页/共100页66对流性不稳定判据对流性不稳定判据对流性不稳定对流性不稳定中性中性对流性稳定对流性稳定第66页/共100页67（三）不稳定能量（三）不稳定能量含义：单位质量空气块受场力的作用（浮含义：单位质量空气块受场力的作用（浮力力-重力）所做的功。重力）所做的功。不稳定能量越大，气块上升速度越不稳定能量越大，气块上升速度越大，对流天气越强。大，对流天气越强。T-lnPT-lnP图中的正不稳定能量。图中的正不稳定能量。第67页/共100页68（四）（四）对流性天气形成的条件对流性天气形成的条件水汽条件水汽条件不稳定层结不稳定层结抬升条件抬升条件第68页/共100页69二、二、稳定度的局地变化稳定度的局地变化 稳定度变化的原因稳定度变化的原因取取 表示稳定度表示稳定度对流性稳定对流性稳定中性中性对流性不稳定对流性不稳定第69页/共100页70条件：条件：干湿绝热过程中干湿绝热过程中sese是保守的是保守的第70页/共100页71表明：表明：对流性不稳定的局地变化由三项因子对流性不稳定的局地变化由三项因子决定的。决定的。对流性不稳定增加对流性不稳定增加（1 1）对流性不稳定的垂直输送项）对流性不稳定的垂直输送项与垂直速度和与垂直速度和sese分布有关。分布有关。上升：上升：0 0 0，不稳定性减弱不稳定性减弱第71页/共100页72（2 2）散度对对流不稳定性的影响）散度对对流不稳定性的影响若若水平辐散水平辐散 ，不稳定性增强，不稳定性增强水平辐合水平辐合 ，不稳定性减弱，不稳定性减弱第72页/共100页73（3 3）sese平流随高度的变化平流随高度的变化当高层的当高层的sese平流小于低层的平流小于低层的sese平流平流时，即对流不稳定性增强。反之，对流时，即对流不稳定性增强。反之，对流不稳定性减弱。不稳定性减弱。sese是是T T、P P、q q的函数的函数第73页/共100页74(二二)对流不稳定度与等压面上对流不稳定度与等压面上T T、q q的关系的关系第74页/共100页75均是小量均是小量第75页/共100页76取取 表示稳定度表示稳定度第76页/共100页77稳定度增加稳定度增加稳定度减小稳定度减小上层变干变冷，下层变暖变湿上层变干变冷，下层变暖变湿不稳定度增大不稳定度增大第77页/共100页78讨论：讨论：温度的局地变化对稳定度的影响温度的局地变化对稳定度的影响对流未发生前对流未发生前0 0，要使气层变得不稳定，要使气层变得不稳定低层暖平流，高层冷平流低层暖平流，高层冷平流。低层暖（冷）平。低层暖（冷）平流比高层暖（冷）平流强（弱）流比高层暖（冷）平流强（弱）日射作用使日射作用使低层空气增热低层空气增热或冷空气移至暖的或冷空气移至暖的下垫面。下垫面。第78页/共100页79湿度的局地变化对稳定度的影响。湿度的局地变化对稳定度的影响。低层湿平流（强暖湿平流），高层干平低层湿平流（强暖湿平流），高层干平流（干冷平流），导致不稳定增加流（干冷平流），导致不稳定增加。第79页/共100页80（三）几种常见的有利于对流性天气产生（三）几种常见的有利于对流性天气产生的形势：的形势：（1 1）在高层冷中心或冷温度槽与低层暖中）在高层冷中心或冷温度槽与低层暖中 心或暖温度脊可能叠置的区域，会形心或暖温度脊可能叠置的区域，会形 成大片雷暴区；成大片雷暴区；（2 2）当冷锋越山时，若山后低层为暖空气）当冷锋越山时，若山后低层为暖空气 控制，则由于山后低层暖空气之上有控制，则由于山后低层暖空气之上有 冷平流叠置，使不稳定度大为增强，冷平流叠置，使不稳定度大为增强，因而常在山后造成大片雷暴区。因而常在山后造成大片雷暴区。第80页/共100页81（3 3）在高层高空槽已东移，冷空气已入）在高层高空槽已东移，冷空气已入 侵，而中层以下仍有浅薄的热低压接侵，而中层以下仍有浅薄的热低压接 近，或有西南气流，或有显著的暖平近，或有西南气流，或有显著的暖平 流等情况时，就容易使不稳定性加流等情况时，就容易使不稳定性加 强，造成对流性天气。强，造成对流性天气。（4 4）当低层有湿舌而其上层覆盖着一干气）当低层有湿舌而其上层覆盖着一干气 层时，或在高层干平流与低层湿平流层时，或在高层干平流与低层湿平流 相叠加的区域，会使对流性不稳定增相叠加的区域，会使对流性不稳定增 强。强。第81页/共100页82单站分析单站分析第82页/共100页83三、对流天气的触发机制三、对流天气的触发机制 天气系统造成的系统性上升运动：天气系统造成的系统性上升运动：锋面强迫抬升、槽线、切变线、低压、低锋面强迫抬升、槽线、切变线、低压、低涡等以及低空的风向或风速的辐合线。涡等以及低空的风向或风速的辐合线。地形抬升作用地形抬升作用1 1山地迎风坡：抬升山地迎风坡：抬升2 2背风波：激发新的对流云背风波：激发新的对流云 局地热力抬升作用局地热力抬升作用第83页/共100页84四、强雷暴发生、发展的有利条件四、强雷暴发生、发展的有利条件逆温层逆温层逆温层的存在可抑制对流发展，使低层逆温层的存在可抑制对流发展，使低层水汽能量不向上输送，可以积聚能量使低层水汽能量不向上输送，可以积聚能量使低层更暖、更湿，上层冷，大气更不稳定。更暖、更湿，上层冷，大气更不稳定。一旦有强的触发机制会有强雷暴。一旦有强的触发机制会有强雷暴。第84页/共100页85 前倾槽前倾槽 高层干冷，底层暖湿，不稳定度高层干冷，底层暖湿，不稳定度加强加强(三三)低层辐合，高层辐散低层辐合，高层辐散 高层辐散流场在低空辐合流