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1、第29章 风暴强度指数（SSI）29.1 引言雷暴预报的主要困难是：评估在给定天气形势下可能发展出的雷暴之强度， 以及与雷暴关联的强天气类型。对于这个困难，常见的解决办法有：（a）在制作出 雷暴预报的基础上，再区分强雷暴与非强雷暴，例如文献等；（b）从选样本到统 计气候规律、归纳天气型、确定参数阈值，都着眼于强雷暴与强天气事件，例如 文献。在第一类解决办法中，往往要用到风暴强度指数（SSI）。在 20 世纪 70 年代， Miller 认为；在强热力学不稳定和强动力学因子都出现 时，才有强雷暴发展（下称“经典的 Miller 个例”）。然而，后来的研究发现，这 些典型条件不能包含发生的全部强天
2、气。Maddox等、Vigneux等以及Turcotte 等指出：在强热力学条件和弱的动力学条件下以及弱热力学条件和强动力学条件 下也可出现强天气。与文献的思路类似,Turcotte与Vigneux（下简称TV87）采用浮力能（即对流有 效位能）-风切变图区分强雷暴与非强雷暴，并进而得出了风暴强度指数（SSI）。 29.2 方法论TV87 制作点聚图时,采用的个例是在加拿大魁北克地区及其附近发生的，除 1984， 1985， 1986年所有被证实了的强天气个例外，还利用1983年的几个特强 个例扩展了最强个例数目。每次个例都以与大风、冰雹、龙卷有关的事件作为典 型事件。对于每次定性为强天气事件
3、的标准是下面标准的一个或多个：a）风速25m s 1的阵风；b）雹块直径D 1.5cm的降雹；c）龙卷和/或漏斗云。对于发生在几小时内和明显地与同一风暴有关的多次事件计为同一次事件。 对于不能提供直接证据的事件与提供的是间接证据的事件列入非强风暴事件 （这 在区分强雷暴、非强雷暴中要用到）。直接证据是指事件本身的观测，间接证据 是指出版材料的剪贴物、照片。非强雷暴事件主要是在 1986年夏季收集到 的。TV87指出：暴洪事件未列为他们所指的强天气事件，尽管暴洪至少由上面 提到的a），b）或c）中至少一个相伴随。筛选出这些个例的合理性由以下事实旁证 这些个例往往是由准静止雷暴 （或）在弱气流情况
4、下相继缓缓移过的单体串（其中没有一个表现为强雷暴的典型结构）产生。TV87给出的计算浮力能的方法是；对于每一次个例，（a）选择出代表气团（雷 暴在其中发展）属性的探空；（b）对其低层进行修正，把低层t、t用对流即将爆d发时低层的T、T代之；（C）令气块上升：按干绝热过程上升到抬升凝结高度后， d再按假绝热过程上升，一直上升到平衡高度。至此就能计算出浮力能（图 3.1）。 最近（1996年）加拿大气象中心（CMC）在将SSI列入夏季强天气软件包时，规定采 用另一种方法计算（见后）。对于垂直风切变（Shr），文献附录给出了如下公式：S h r= J p （z）I V （z）I dz / J p（z
5、）dz - 0.5 （ 1V（0 ） + V（0.5 km ）I ）（2.1）00其中Shr称谓0H气层内密度加权平均垂直风切变；H为离地高度；余为 惯用符号。利用计算出浮力能（Eh）与平均垂直风切变（Shr），可以制作如TV87中图2（此 处略）所示的点聚图。29.3 以切变和浮力能为坐标的点聚图在TV87的图2（此处略）中，纵坐标为气块浮力能（Eh），以j . kg -1为单位。横 坐标为03657.6m平均风切变（Shr）；其中非线性标尺为Shr的数值，单位为s -1 ； 线性标尺为ln（Shr）。在取自然对数时，仅考虑Shr的数值，例如：shr =4.5X 10-3 s-1，则 ln（
6、Shr）=ln（4.5X10-3 ）=-5.40368。在 TV87 的图 2（此处略）中，把非雷 暴（空心圆圈）与强雷暴（不是空心圆圈者）视作是由Eh与Shr（浮力能与0 3657.6m风切变）共同决定的。图中SSI=100的线给出了强雷暴、非强雷暴的分 界。对平均风切变取自然对数，不是考虑物理意义，而是为了使分界线变为直线， 从数学上容易处理。图29.3.1 TV87利用温熵图给出的气块浮力能Eh （划线面积），气块冻结层与 Tp、Te 求法在03657.6m的低层，风切变一般正比于斜压区强度，所以TV87的图2（此 处略）表明：在热力不稳定和斜压区强度的几种组合下都可以有强雷暴发展。对
7、应于 Miller 类的个例，亦即动力学和热力学条件都很强的一类，分布在图的右上 角部位。TV87的图2（此处略）还清楚地表明：在不稳定和动力学条件的另外几种 组合下也都可以有强雷暴发展；图的右下部分代表在弱不稳定和强动力条件下出 现的强天气：而左上部分代表强不稳定与弱动力条件耦合，即强天气型气团。需要指出的是：TV87的图2（此处略）虽能将强雷暴与非强雷暴区分出来，但 对有龙卷雷暴的区分却无能为力。虽然主要的龙卷事件，例如Barrie龙卷族就位 于图的强不稳定及强动力学条件部分，但相当多的龙卷个例却在图的另外部分出 现。文献也发现：底层 4km 的平均风切变，在龙卷预报中不是一个好用的区分
8、指标。29.4 风暴强度指数TV87的图2（此处略）中SSI=100的线代表强雷暴与非强雷暴的分界线；所 有的强雷暴都聚集在这条分界线很远的右上方。这样，利用TV87的图2（此处略） 上述特征，构造出一个由Eh与Shr组合的函数，将强雷暴与非强雷暴区分开的 想法是合于逻辑的。(29.4.1)基于上述思路提出的风暴强度指数（SSI）,其表达式为：SSI = 100 2 + (0.276 ln( Shr ) + (2.011 x 10 -4 Eh )下面举个计算实例。已知：03657.6m垂直平均风切变为4.5 X 10s 一 i ,气块浮力能为 2805 j. kg -1，求：风暴强度指数SSI
9、=?解：Eh = 2805 , 2.011 x 10 -4 (Eh ) = 0.5 64 1(29.4.2)Shr = 4.5 x 10 -3,/. 0.276 ln( Shr ) = 1.49(29.4.3)将(29.4.2)、(29.4.3)代入(29.4.1)：ss/仝 100(2+(1.49)+0.5641)仝 107(29.4.4)正如文献所指，浮力能 Eh 的数值受气块上升起始高度影响较大。为了免除 该影响，加拿大气象中心(CMC)在将SSI列入夏季强天气程序包时，规定浮力能 计算方法是：在最底层200hPa层次内，找出最高值处，将该处气块抬升而算w 出。实际上，这就是文献讲的最佳对流有效位能 bCAPE 的计算方法。TV87指出，关于强天气事件“强度”与SSI数值关系，虽然没有专门立题 研究，但是最剧烈的几次事件却都具有非常大的SSI数值。例如：1985年5月 31日Barrie(巴里)龙卷家族，1984年7月15日魁北克西南部的Blue sea lake龙 卷，以及1986年6月29日蒙特利尔棒球大小的降雹，这些个例的SSI都大于 140。这是预料中的，因为所有这三次个例都对应于“经典的Miller个例”，其中 不稳定度非常大，动力学因子也非常强。
