Ch09.雷暴、龙卷和台风 大气科学导论课件

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1、1Ch09：雷暴、龙卷和台风阅读：Meteorology Today, Chapter 9和161. 雷暴系统分类2. 单体雷暴 3. 多单体雷暴4. 超级单体雷暴 5. 中尺度对流系统6. 龙卷7、热带气旋8、热带气旋的结构9、热带气旋的生成,发展 和消散10、热带气旋的移动路径2关于锋面和气旋的回顾n一个典型的温带气旋风暴通常由1个 低压中心、1条冷风和1条暖锋组成 。n它的空间尺度在1000公里以上。n它通常处于高空槽前或急流出口处 。3雷暴系统n1个锋面通常由 许多个对流系统 组成。这些对流 系统的空间尺度 大约在几十或几 百公里，这些对 流系统称为中尺 度对流系统。n右图所示的冷锋

2、比便有几个三个 中尺度对流单体 组成。4雷暴系统分类n雷暴按其动力学结构可以分为单体雷暴, 多单体暴、线雷暴( 飑线)和中尺度对流复合体等多种形式。n通常把一个上升运动区的水平范围从几公里到几十公里，垂 直伸展几乎达整个对流层(近十公里), 垂直速度10 m/s， 称为一个对流单体。只由一个对流单体构成的雷暴系统叫做 单体雷暴。n其中单体雷暴又可以分为普通单体雷暴和超级单体两种。多 单体雷暴、线雷暴、雷暴群和对流复合体都是由多个雷暴单 体组成的。 n雷暴按其强度可以分为普通雷暴和强雷暴两类。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”，而伴有强风、冰雹、龙卷等激

3、烈灾害性天气现象的 雷暴则称作是“强雷暴”.52. 单体雷暴的发展过程6单体雷暴的发展过程n单体雷暴的发展经历了塔状积云、成熟和消散三个段： n在塔状积云阶段，云内为一致的上升气流，单体向上发展，通过 积云边界层有干空气被挟卷进来。n成熟阶段的特点是降水落地，上升气流更加强盛，云顶出现上冲 突起。由于降水对空气产生拖曳作用，使得对流单体下部产生下 沉气流；雨滴蒸发使空气冷却，也形成下沉运动。当下沉气流到 达地面时，形成地面冷空气和水平外流，在其前沿形成阵风锋， 在气流流出处有新的单体发展。n消散阶段时，云内下沉气流逐渐占优势，最后完全替代上升气流 。每个单体的生命史平均为1小时，单体可随58公

4、里高度的环 境平均风速以20公里/小时左右的速度移动。n单体雷暴主要是在环境风垂直切变较弱、大气层结不稳定和低空 空气暖湿条件下发展起来的。 7发展中的单体雷暴8近于成熟的单体雷暴9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)10消亡中的雷暴 (云的下半部已蒸发掉)113. 多单体雷暴一个成熟的多单体雷暴12多单体雷暴 n多单体雷暴是由处于不同发展阶段的生命期短暂的对流单体所组成的 ，这些单体在风暴中排成一列，是具有统一环流的强风暴系统，其水 平尺度为3050公里。n在多单体风暴中包含很多对流单体，每个单体都可能有冷的下沉和水 平外流，这些外流结合起来形成大的阵风锋，沿阵风锋

5、前沿有气流辐 合，通常在风暴移动方向上辐合最强，这种辐合促使沿阵风锋附近新 的上升气流发展。 n多单体风暴中的单体呈有组织状态是和新单体近出现在一个方向有关 ，否则，如果新单体出现在任意各个方向上，则出现无组织状态。每 个单体在平均风方向上移动，每个单体的直径为35公里。n在风暴移动方向的右侧易有新单体产生，新单体并不与风暴合并，而 是很快成长为风暴中心，而在后方的单体消亡。一般单体每隔510分 钟形成，并存在3045分钟. 这样, 风暴是向前传播的, 而不是连续地向 前移动。 13多单体雷暴的演变示意图144. 超级单体雷暴n“超级单体”顾名思义比通常的单体更巨大 、更持久，并带来更为强烈的

6、天气。它的 水平尺度在10-30公里，通常伴随有龙卷, 冰雹, 强降水和雷电等灾害天气。n而且，它具有一个近于稳定的、有高度组 织的环流，通常有一个中尺度涡旋。15发展中的超级单体16成熟的超级单体雷暴17超级单体的云形状和降水位置18强雷暴中的气流特征19蒸发冷却形成的下沉气流超级单体的形成机制n水平涡旋管被上升气流抬 升，n形成一侧是气旋性的的涡 旋，另一侧是反气旋性的 涡旋，n下沉气流把中间截断，n气旋性的部分发展，反气 旋性的部分逐渐消亡。20超级单体的分裂和右向移动n超级单体分裂成两个 部分，右边气旋性的 部分发展，左边反气 旋性的消亡。n其结果是，雷暴总是 趋向于向右移动。21一个

7、超级单体分裂的实例右图是1972年4月19 日发生在Oklahoma 中南部的一个超级 单体分裂和移动过 程。 左侧的部分逐渐消 亡，右侧部分加强 ，好像整个雷暴在 向右移动。2223超级单体形成的天气条件n超级单体一般发生在 下列天气尺度条件： 1.强的不稳定层结, 也 就是下热上冷；2.强的环境风垂直切变;3.地面冷锋和高空冷槽 以及急流配置245. 中尺度对流系统: 飑线n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 锋联系在一起的。25冷锋前形成的飑线26雷达显示的飑线的弓状回波27卫星显示的飑线的弓状云系28飑线中的气流运动和降

8、水29中尺度对流复合体(MCC)n近年来发现的一种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（Mesoscale Convective Complex, MCC），对大 范围地区的天气变化有重要的影响。n中尺度对流复合体是80年代初从增强显示的卫星云图分析中识别出 来的一种中尺度对流系统。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合起来的。nMCC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 一个范围很广、持续很久、近于圆形的砧状云罩。nMCC是一种生命期长达6小时以上，水平尺度比雷暴和飑线大得多 的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

9、很 高，经常可以达到十几公里以上。 n它通常在傍晚开始发展，后半夜达到巅峰，天亮消失，连续出现数 天。30卫星照片显示的MCC31MCC 的发展过程MCC的形成有一个过程，它的生命史一般包括四个发展阶段： 1.发生阶段。表现为一些零散的对流系统在具有对流 发生条件的地区开始发展。 2.发展阶段。各个对流系统的雷暴外流逐渐汇合起来 ，在近地面形成一致的外流冷空气，迫使暖湿空气上 升。由于外流和暖湿入流的相互作用，使得系统前部 的辐合加强，因此出现强的对流单体，并形成中尺度 上升气流，于是对流云团逐步加大。 3.成熟阶段。在这一阶段，中尺度上升运动发展旺盛 ，高层有辐散，低层有辐合，并有大面积的降

10、水产生 。 4.消亡阶段。MCC下方的冷空气区覆盖较大范围，迫 使辐合区远离对流区，暖湿入流被切断，强对流单体 不再发展，MCC逐渐失去中尺度有组织的结构。 326. 龙卷n龙卷是大气中最强 烈的对流风暴。最 强龙卷的最大风速 可能界于 110200 m/s 之间，因此，龙卷 的破坏性极大。 3334龙卷3536水龙卷2007年9月3日，云南省江川县的星云湖上出 现一个水龙卷出现在Miami的一个水龙卷37龙卷的基本特征n龙卷是强旋转、长而细的气柱，其平均直径约为100米，从积状云 延伸到地面。龙卷的直径虽小，但是它的风速却极大，最大可达 100200米/秒。其风速分布自中心向外增大，在距中心

11、数十米的 区域达到极大值，再往外，风速迅速减小。n当龙卷生成时，总有一条漏斗状云柱从对流云云底盘旋而下，有 的能伸展到地面，在地面引起灾害性风的称为陆龙卷；有的未及 地面或未在地面发生灾害性风的称为空中漏斗；有的伸展到水面 ，成为水龙卷。水龙卷和陆龙卷实质上是相同的，但不如陆龙卷 那么猛烈。n龙卷漏斗云可有不同的形状，有的呈圆柱或圆锥状的一条细长绳 索，有的呈粗而不稳定且与地面接触的黑云团，有的呈多个漏斗 状的。n几乎所有龙卷都是气旋性旋转，但是反气旋性的也可以发生。在 漏斗面上及其紧贴外侧的气流总是近乎螺旋形上升。3839龙卷和母体雷暴的关系1.龙卷一般产生于超级 单体雷暴。超级单体 雷暴的

12、空间尺度大约 是10-30 公里，所以 ，龙卷的水平尺度比 母体雷暴小两个数量 级。2.暖湿空气在母体雷暴 低层的右侧流入，在 右后侧旋转上升，在 母体雷暴的砧状云中 流出。这一上升气流 使涡旋变小和旋转速 度加大，形成龙卷。40雷达显示的钩状回波n在雷达回波上，龙 卷雷暴通常有钩状 回波出现。龙卷出 现在钩状回波的位 置。n在多普列测风雷达 上可以看到强的涡 旋。龙卷通常出现在超级单体的右后侧nFFD：front flank downdraft,nRFD: rear flank downdraftnT: tornado4142跟踪龙卷 (tornado chase)437月10日16-20时

13、，城八区降水量超过50mm，最大降水量达到 109mm。华北地区只有北京城区下雨。时间集中、局地性强44卫星云图显示的2004年7月12日 上海大暴雨457月12日，上海遭遇强对流云团袭击，引起 狂风暴雨，造成7人死亡，20多人受伤 46卫星云图显示的2004年7月10日 北京大暴雨477、热带气旋n到目前为止, 我们所讲的锋面和气旋都是中高 纬度地区的天气现象. 这一章我们关心的是热 带地区的风暴, 尤其是强热带风暴-台风(热 带气旋).n我们通常所说的热带地区指的是15S-15N 之间这样一个区域. 在热带, 太阳常年直射 (23.5S-23.5N), 气团的性质单一(暖湿气 团), 没有

14、冷暖锋系统. 所以, 热带气旋的生 成和发展与中高纬度地区的气旋不同.48热带气旋的等级热带气旋按其中心附近的地面最大风速划分为四个等级：1.台风: 最大风速出现37米/秒，即12级以上2.强热带风暴: 最大风速出现24-31.5米/秒，即风力10- 11级3.热带风暴: 最大风速出现17-23.5米/秒，即风力8-9级4.热带低压: 最大风速出现11-16.5米/秒，即风力为6- 7级49台风、飓风和热带气旋Typhoon, hurricanes and tropical cyclones在北半球的西太平洋, 人们常把强热带气旋叫“台风”；在北半球的 大西洋和东太平洋, 人们称强热带气旋为“

15、飓风”；南半球，人们 通常称之为热带气旋.Typhoonhurricanecyclone50热带气旋的命名n另外不同的地区（大西洋，东北太平洋，中北太平洋， 西太平洋，南半球）有不同的名单。这些名字在几年内 循环使用。n在亚洲，长期以来，对于同一个台风，不同的国家有自 己不同的命名，我们国家是给台风编号。n1998年12月，在菲律宾马尼拉举行的台风委员会第31届 委员会决定，从2000年1月1日起，西北太平洋和南海热 带气旋将采用新的命名方法。 n它分别由包括中国、朝鲜、中国香港、中国澳门在内的 14个成员各贡献10个，一共140个具有地方特色的名字组 成命名表，循环使用，这些名字都有统一的中

16、文译名或 英文译名，以便于西北太平洋沿岸地区使用。 51西北太平洋台风的命名ContributorIIIIIIIVVCambodia China DPR Korea HK, China Japan Lao PDR Macau Malaysia Micronesia Philippines RO Korea Thailand U.S.A. Vietnam Cambodia China DPR Korea HK, China Japan Lao PDR Macau Malaysia Micronesia Philippines RO Korea Thailand U.S.A. Vietnam Damrey Longwang Kirogi Kai-Tak Tenbin Bolaven Chanchu Jelawat Ewinlar Bilis Gaemi Prapiroon Maria Saomai Bopha Wukong Sonamu Shanshan Yagi Xangsane Bebinca Rumbia Soulik Cimaron Che