强对流天气

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1、强对流天气第一部分 强对流天气总结 一、概念 1、强对流天气：伴有强烈的雷暴大风、大冰雹、龙卷，或带有强烈雷电现象的短时强降水叫做强对流天气。（并不是所有的对流过程都可以被称为强对流天气，如阵雨、一般的雷阵雨） 2、雷暴：由于强积雨云引起的伴有雷电活动和阵性降水的距地风暴。地面观测中仅只伴有雷鸣和闪电的天气现象。（1996年大气科学名词）（雷暴与热力料将分布有关，中国华南沿海、青藏高原最多。辽宁年平均雷暴3050天，辽西和聊东稍多。吉林和黑龙江由于5-6月份冷涡作用，雷暴稍多） 3、短历时强降水：是指短时间内降水强度较大，其降水量达到或超过某一量值的天气现象。1小时降水量20毫米，北方1小时降

2、水量20毫米。 4、雷雨大风：指在出现雷雨天气现象时，（阵风）风力8级。 5、冰雹：是从雷雨云中降落的坚硬的球状、锥状、或形状不规则的固体降水，降落地面时直径5毫米。（注：雨转雪过程中常出现冰粒，不同于冰雹，直径较小） 6、龙卷：是一种强烈的小范围的空气涡旋。雷暴云低伸到地面的漏斗状云，龙卷产生的强烈的旋风，风力可达12级以上，最大可达100m/s，一般伴有雷电，有时也伴有冰雹。（中国江淮一带容易出现，世界上美国最多。辽宁冰雹与山地走向有关，东部山区和西部较多。0-1KM风切变非常大造成低空涡旋） 7、干线：是水平方向的湿度不连续线。穿过干线，地面强水平露点梯度可达5/km以上，干线的一侧是暖

3、而干(湿)的空气，另一侧是冷而湿(干)的空气。干线附近是强对流天气最容易发生的地区。（高空T-TD10，地面T-TD5） 8、急流的一般概念：急流是一个在水平方向和垂直方向风速切变都很大的强风带区。 低空急流：目前国内定义850百帕风速达到12m/s或以上的区域算作急流区。（即对流层 低层的急流。其中一部分和暴雨、飑线、龙卷等强对流天气有联系。急流轴附近风速的水平切变和垂直切变是很大的。我国从黄河流域到华南的对流层下层（850，700百帕），在雨季常出现低空急流。通常是500百帕短波槽、西太平洋副热带高压脊以及低层东伸的西南倒槽等系统共同作用的结果。） 高空急流：通常定义为200百帕30m/s

4、以上区域。 急流轴：急流区的中心部分，呈准水平状态，以纬向分布为主。 9、急流分类：根据北半球的资料，以急流所在的高度和所处的气候带位置，可将急流分成以下几类： A温带急流 B副热带急流：常位于200百帕上空副热带高压的北缘。它的低层没有锋区，但在紧靠 。 它的下方，即对流层的中上层，大气的斜压性很强，有锋区存在。位置：冬季在25?32N,夏季向北推10 ? 15个纬度。冬季一般50 ? 60m/s，夏季则几乎减弱一半。通常称为“南支急流。 。 C热带东风急流：位于副热带高压的南缘，约在15 ? 20N 10、急流的结构和天气特征 A急流的温度场：急流和温度场紧密联系着。重要特征：急流区下方的

5、温度水平梯度最大，是锋区所在。可以说急流是锋区在高层风场上的表现。 B急流的风场：急流区中，水平风速很大，尤其以急流轴处为最大。风的水平切变和垂直切变也很强。顺着急流中气流的方向，在急流轴的右侧为反气旋式切变，左侧为气 旋式切变。急流区中，风的垂直切变也很大。 注：700百帕垂直速度大和水汽通量散度（表征水汽辐合情况的物理量）大时容易产生暴雨。 在暴雨过程中动力条件非常重要。 5-6月份要注意850百帕和500百帕温度变化，若850百帕升温、500百帕降温容易出现局地强对流天气。反之发生对流的可能性不大。 二、强对流的动力学特征 1、垂直尺度：10km，和水平尺度相当或只差十倍。 2、垂直速度

6、：101m/s（最大可达30-50m/s），和水平风速相当。 3、变化剧烈：气压梯度和温度梯度大，比天气尺度大100倍。 4、非平衡状态，加速度大 5、垂直方向非静力平衡，水平方向非地转平衡。 原因：浮力垂直加速度（几十分钟达到对流层顶） 雨水下泄拖曳（瀑布） 气压梯度力水平加速度 非绝热：高空冰块或冷雨滴在降落过程中融化、蒸发、感热交换 静力平衡： 地转平衡： 三、静稳爆发 1、大气运动在这两者间无休止地交替进行并贯穿于不同时空尺度的大大小小天气系统与过程之中。冬半年“静稳”多，夏半年“爆发”多；若夏半年出现了“静稳”则可能成为强对流灾害的前兆。 2、不稳定能量：积累转为释放的过程，大小决定

7、了爆发的强弱和形式。 3、爆发表现为不同时间尺度的各类降水天气：几分钟到几小时的短时局地性强对流（重力波）；短期1-2天的系统性降水过程（Rossby波动）；中期3-7天的由若干场降水组成的高空长波槽降水过程等等（低频波动）。 注：大气运动要有背景场，并逐级递进作为背景场低频波动是行星尺度天气的背景场，行星尺度天气是中小尺度天气的背景场。低频波动的槽区形成的背景场使天气易发生，脊区使天气不易发生。因为在数值模式中只能看到1波、2波、3波，对于1/2波、1/3波表现不出来，使预报偶尔出现不准确现象。中尺度分析即分析背景场，从中抓到信息。 4、可能导致灾害的“爆发”分为剧烈的和平缓的：冬半年气象灾

8、害大尺度天气系统不稳定能量的一种相对“平缓”的爆发，如2008年南方冰冻雨雪致灾天气；夏半年的气象灾害致灾因素除登陆台风外主要是中小尺度的天气系统，灾害表现为突然性，短时间内巨大的能量释放，犹如炸弹爆炸；从灾害防御角度看，“剧烈”是十分难以把握的，所以强对流天气是预报难点。 四、中尺度天气 1、概念：中尺度天气系统是介于大尺度和小尺度之间的天气系统，它研究水平空间尺度100103km量级、时间尺度103105s（几十分钟到几天）量级的天气系统和现象。 2、分类：中尺度(102103km，15天) 中尺度对流复合体(MCComplex) 2002000 km，8小时到一天 中尺度(101102k

9、m，3小时1天) 强对流风暴（超级单体、龙卷和中气旋，飑线和弓形回波、强风暴、多单体 雷暴）20200 km，35小时 中尺度(100101km，1小时) 对流单体（热雷暴，气团雷暴 ）220 km，30分钟 3、中尺度，中尺度，中尺度三者不是独立的，是连续的发展过程！ 五、强对流天气发生的环境条件 （一）对流天气形成的条件为：水汽条件、不稳定层结条件、抬升力条件。 1、热力不稳定：不稳定层结是对流发展位能转化为动能的基本条件。如当高空有冷空气入侵，低层有西南暖平流时，那么暖空气上升，冷空气下沉，导致对流产生。（在整层都是冷的情况下，不可能出现对流；热力不稳定是相对的，高低空温差达到一定程度，

10、热力不稳定就存在；对流要发展，热力不稳定是必要的） 2、垂直风切变：中低空的垂直风切变有利于强对流系统的维持和加强。机制（引导降水离开上升气流、动力作用、新生单体）。弱的垂直风切变结合强位势不稳定也可以发生强对流。（垂直风切变包括风向和风速的切变） 3、水汽条件：对流云中水汽凝结，不仅是降水的来源，其释放的凝结潜热也是深对流发展的能量来源。 4、抬升条件：足够强度的抬升作用，将低层气块或气层抬升到自由对流高度后，才能使对流发展并释放不稳定能量，由位能形式转化为垂直运动的动能。（边界线如锋、切变线、梯度大值区、地形等抬升条件，与中高层热力不稳定、水汽中的潜热结合，才能发展对流，底层气块受到扰动）

11、 （二）强雷暴发生发展的有利条件：逆温层；前倾槽；低层辐合、高层辐散；高低空急流； 中小系统 1、前倾槽：在前倾槽之后与地面冷锋之间的区域容易出现冰雹等强对流天气。因为高空槽后有干冷平流，而低层冷锋前有暖湿平流，大气不稳定度加强。 为什么前倾槽易发生雷暴大风或冰雹等强对流事件？ （1）热力不稳定增长机制（高空变干冷、低空变暖湿）（2）动力不稳定增长机制（高、低空北、南风垂直切变增强） （3）不稳定启动机制（冷锋或副冷锋抬生）（4）0、-20被降低 注：并不是所有的前倾槽都一定会引发强对流 当底层冷空气入侵引起底层降温；水汽条件好；温度槽前，后无冷平流，位势条件不好，不利于强对流；底层无暖空气，

12、位势不稳定无增长 扩展：为什么后倾槽往往发生短时强降水？ （1）整层增湿机制 （2）温度层结不稳定有所增长（主要依靠低空平流增暖） （3）存在动力不稳定增长、维持机制（低空急流造成低空垂直切变增强并长时间维持，不如高低空“对头风”切变强烈） （4）不稳定启动机制（倾斜锋面抬生、低空急流前端辐合上升、高低空急流耦合等等） -如果降水前0、-20高度偏高，不可能发生冰雹（强降水造成的潜热释放将进一步抬高其高度） 2、低层辐合、高层辐散：地面通常为暖性低压，而且经常开始为无云晴天的状况。 3、高、低空急流：强大的冰雹和发展常和较大的风速垂直切变有关，而强的风速垂直切变一般出现在有高空急流通过的地区。

13、有研究结果显示：中纬度地区强雷暴及冰雹和500百帕急流轴位置联系紧密。低空急流有两种：位于850百帕附近的强西南风带；离地面600800米的强西南风带。作用是主要是造成低层很强的暖湿空气的平流，加强层结的不稳定度，而且可以加强低层的扰动，触发不稳定能量的释放。在该地区如果有高空急流通过，则往往会发生严重的对流性天气。 （三）强对流风暴的环境：对流风暴发生受环境条件的制约，它包括天气尺度、中尺度和对 流风暴尺度的环境。500百帕环流形势：冷涡、槽后、槽前三种类型：其中冷涡和槽后类主要出现雷雨大风和冰雹天气，呈“干”对流风暴类型；槽前类在平原地区主要出现强雷雨天气，呈现“湿”对流风暴特征 1、50

14、0百帕冷涡、槽后型 ? 涡槽后部存在准东西向的短波横槽。在一次冷涡过程中，其后部的横槽可能不止一 个，当系统稳定时，冷涡后部可连续几天发生对流活动过程。 ? 对流中低层存在干暖盖，主要出现在850百帕槽线附近至500百帕涡槽后的范围内， 它和地面的交线就是干线。 ? 低空存在温度脊 ? 高空有明显的急流活动：大多数有高空急流活动。有低空急流活动时常出现在边界 层内，且强度较弱。中低空垂直风切变主要表现在风向的变化上，850500百帕风向顺转可达90度以上。 2、槽前类 ? 槽前类的共同特点： ? 三层槽前 ? 低空急流活跃。常伴有低空急流活动，一般为12?18 m/s，对流风暴一般出现在急流

15、大风核的左前方。 ? 对流不稳定的建立主要由湿度差动平流引起.槽前类水汽主要集中在低层,中低层有 明显的湿度差异.水汽通量辐合主要存在于低层,中层迅速减小,两者差别接近一个量级,水汽通量的差异大于温度平流差异. （四）“不稳定条件”包含两个基本概念，干（湿）空气温度（热力）层结不稳定、动力不稳定层结 1、热力不稳定是一种“潜在不稳定”，当没有不稳定能力释放机制存在，这种不稳定是没有意义的 2热力不稳定的产生有四种机制： a 高层或低层干大气被冷却或加热（静力稳定度） b 高层或低层大气变干或变湿（条件性静力稳定度）； c CISK(大尺度与中尺度不稳定正反馈机制-镶嵌在大尺度降水带中的强对流过程往往存在CISK机制，例如大尺度上升运动使气块获得克服CIN所需要的能量（低层气块被强迫抬升，在CAPE大值区域，被抬升到FCL高度的气块获得了从势能（浮力能）转化而来的动能，出现中尺度对流）； d WAVE-CISK（中尺度不稳定的正反馈对流的自激过程） 3、热力不稳定是“瞬变