第四章-对流性天气过程课件.ppt

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1、第四章第四章对流性天气过程对流性天气过程在暖季，当大气层结处于不稳定状态、在暖季，当大气层结处于不稳定状态、空中有充沛水汽、并有足够对流冲击力的空中有充沛水汽、并有足够对流冲击力的条件下，大气中对流运动得到强劲发展，条件下，大气中对流运动得到强劲发展，其所形成的天气系统称对流性天气系统，其所形成的天气系统称对流性天气系统，如雷暴、龙卷、飑线、冰雹等。这些天气如雷暴、龙卷、飑线、冰雹等。这些天气系统不仅尺度小、生命期短，而且气象要系统不仅尺度小、生命期短，而且气象要素水平梯度很大、天气现象剧烈，具有很素水平梯度很大、天气现象剧烈，具有很大破坏力，往往是一种灾害性天气系统。大破坏力，往往是一种灾害

2、性天气系统。南京信息工程大学大气科学系 暴暴雨雨、冰冰雹雹、龙龙卷卷、雷雷暴暴大大风风等等中中尺尺度度强强风风暴暴天天气气能能形形成成严严重重自自然然灾灾害害，给给国国民民经经济济建建设设和和军军事事活活动动带带来来重重大大损损失失。世世界界各各国国频频数数较较高高的的自自然然灾灾害害是是气气象象原原因因造造成成的的，而而由由中中尺尺度度天天气气造造成成的的重重大大灾灾害害占占有很大比例。有很大比例。南京信息工程大学大气科学系 本章重点：本章重点：雷暴系统的结构特征和活动规律 强雷暴云发生发展有利条件雷暴和冰雹天气过程的诊断分析和预报思路 本章难点：本章难点：强雷暴云结构特征 对流天气预报的物

3、理基础南京信息工程大学大气科学系概概 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南京信息工程大学大气科学系对流性天气：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

4、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。概概述述南京信息工程大学大气科学系雷暴：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，

5、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。南京信息工程大学大气科学系雷暴云：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。南京信息工程大学大气科学系积雨云积雨云鬃积雨云鬃积雨云南京信息工程大学大气科学系4.1雷暴的结构及雷暴雷暴的结构及雷

6、暴天气的成因天气的成因一般雷暴的结构一般雷暴的结构雷暴群或带雷暴群或带一般雷暴天气的成因一般雷暴天气的成因“稳定状态稳定状态”的强雷暴的的强雷暴的结构结构强雷暴天气的成因强雷暴天气的成因南京信息工程大学大气科学系一、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积云阶段（发展阶段）积云阶段（发展阶段）成熟阶段成熟阶段消散阶段消散阶段南京信息工程大学大气科学系2 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max15m/s)max15m

7、/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）南京信息工程大学大气科学系雷雨胞生命史，显示胞内垂雷雨胞生命史，显示胞内垂直气流和凝结物的分布直气流和凝结物的分布积云期积云期成熟期成熟期消散期消散期南京信息工程大学大气科学系降水分布：降水分布：云中物态特征云中物态特征 0 0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

8、，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。南京信息工程大学大气科学系二、雷暴群或带二、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

9、段。每个单体处于不同的发展阶段。南京信息工程大学大气科学系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南京信息工程大学大气科学系三、一般雷暴天气的成因三、一般雷暴天气的成因1 1雷电雷电雷电是由积雨云中冰晶雷电是由积雨云中冰晶“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。一般当云顶发展到云之间的放电现象。一般当云顶发展到-2020等温线高度以上时，云中便有了足够多等温线高度以上时，云中便有了足够多的冰晶，因此，就会出现闪电和雷鸣。的冰晶，因此，就会出现闪电和雷鸣。南京信息工程大学大气科学系2 2 阵雨阵雨在

10、雷暴云中上升气流最强区附近，一般在雷暴云中上升气流最强区附近，一般有一大水滴累积区，当累积量超过上升气流有一大水滴累积区，当累积量超过上升气流承托能力时，便开始降雨。由于累积区中的承托能力时，便开始降雨。由于累积区中的水倾盆而下，因而造成阵雨或暴雨。阵雨持水倾盆而下，因而造成阵雨或暴雨。阵雨持续时间为几分钟到一小时不等，视雷暴云的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少而定。强弱及含水量多少而定。南京信息工程大学大气科学系3 3 阵风阵风在雷暴云的成熟阶段，云中产生的下在雷暴云的成熟阶段，云中产生的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

11、前风力较弱，多偏南风。阵风发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，然后又呈反生时，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，云下的流气旋式旋转。移动缓慢的雷暴，云下的流出气流几乎是径向（即向四面八方铺开）出气流几乎是径向（即向四面八方铺开）的。然而多数情况下，在雷暴移向的下风的。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。方的风速要大于上风方。南京信息工程大学大气科学系4 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

12、形成一个近乎饱和的冷空气堆，因其密度较大所以个近乎饱和的冷空气堆，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”。当雷当雷暴云向前移动时，云下的雷暴高压也随之向暴云向前移动时，云下的雷暴高压也随之向前移动，使得测站气压先下降、后上升，温前移动，使得测站气压先下降、后上升，温度下降（冷空气堆），相对湿度上升，绝对度下降（冷空气堆），相对湿度上升，绝对湿度下降（与温度有关，近与饱和）。湿度下降（与温度有关，近与饱和）。南京信息工程大学大气科学系在弱的垂直风切变中在弱的垂直风切变中的孤立雷暴模型的孤立雷暴模型南京信息工程大学大气科学系四、四、“稳定状态稳定状态”的强雷暴

13、的结构的强雷暴的结构 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南京信息工程大学大气科学系超级单体风暴、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：有一支倾斜的上升气流；有一支倾斜的上升气流；有一支下沉气流从中层进入风暴，从低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

14、流气流辐合，使上升运动更强；上升运动更强；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。南京信息工程大学大气科学系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：特定环流场，强的垂直切变和强的不特定环流场，强的垂直切变和强的不稳定。稳定。特定的铅直环流稳定状态的含义：当特定的铅直环流稳定状态的含义：当强雷暴发展到一定阶段时，会出现一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的个可以维持数小时之久的近乎稳定的较强较大，以及高度有组较强较大，以及高度有组织和不对称垂直环流。织和不对称垂直环流。南京信息工程大学大气科学系（一）超级

15、单体（一）超级单体“风暴风暴定义及特征定义及特征：含义：具有单一的特大的垂直环流的巨大的含义：具有单一的特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强风暴云，是所有对流风暴云中最壮观和最最 强烈的一类风暴云强烈的一类风暴云 水平尺度：水平尺度：20-4020-40kmkm，垂直尺度：垂直尺度：1818kmkm 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，后部有下沉气流南京信息工程大学大气科学系南京信息工程大学大气科

16、学系2结构特征结构特征风暴云顶风暴云顶垂直气流分两部分：垂直气流分两部分：斜升气流，下击暴流斜升气流，下击暴流无（或弱）回波区（穹窿）在风暴云的右无（或弱）回波区（穹窿）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

17、。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。南京信息工程大学大气科学系南京信息工程大学大气科学系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。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，在环境使环境气流分成两股绕云而过，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。南京信息工程大学大气科学系南京信息工程大学大气科学系超级单

18、体三维环流超级单体三维环流模型模型南京信息工程大学大气科学系南京信息工程大学大气科学系斜升气流的形成：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：降水物的拖拽作用降水物的拖拽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。南京信息工程大学大气科学系

19、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，产生斜升气流南京信息工程大学大气科学系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，但有一个统一的垂直环流的暴单体组成，但有一个统一的垂直环流的风暴。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

20、底在雷暴复合体中的右侧一行。他们不断底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。南京信息工程大学大气科学系19731973年年7 7月月9 9日美科罗拉多州所测到的日美科罗拉多州所测到的多胞型雷暴的模型多胞型雷暴的模型南京信息工程大学大气科学系南京信息工程大学大气科学系飑线飑线含义：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

21、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。南京信息工程大学大气科学系天气现象：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，

22、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。南京信息工程大学大气科学系 飑线常出现在气团内部或冷锋前，破飑线常出现在气团内部或冷锋前，破坏性很大，坏性很大，19821982年年2 2月月2828日至日至3 3月月1 1日广西壮日广西壮族自治区发生的一次飑线，大风风速达族自治区发生的一次飑线，大风风速达10.8-24.0m/s10.8-24.0m/s，并伴有大暴雨和冰雹，在，并伴有大暴雨和冰雹，在2020个县造成影响，致使一客轮翻船沉没，个县造成影响，致使一客轮翻船沉没，147147人丧生，

23、经济损失达千万元以上。人丧生，经济损失达千万元以上。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。南京信息工程大学大气科学系五、强雷暴天气的成因五、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

24、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。南京信息工程大学大气科学系冰雹冰雹：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

25、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。南京信息工程大学大气科学系成熟雷雨内各种现象：成熟雷雨内各种现象：1 1 电场分布，电场分布，2 2 小股垂直气流，小股垂直气流，3 3 雹的成长，雹的成长，4 4 地地面冷气丘的形成和范围面冷气丘的形成和范围南京信息工程大学大气科学系冰雹的形成过程：冰雹的形成过程：在一般超级单体雹云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：首先中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雹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

26、后砧状流到中高层，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，小的出气流将小雪粒撒向前方。大的抛得近，小的抛得远。通过抛得远。通过“分选分选”作用，大小雹粒在不同作用，大小雹粒在不同部位下落，重新进入斜升气流，又开始第二次部位下落，重新进入斜升气流，又开始第二次升降。如此循环数次，大雹落在回波升降。如此循环数次，大雹落在回波“墙墙”附附近或近或“阵风前沿线阵风前沿线”附近的后方。而小雹可能附近的后方。而小雹可能降落在离降落在离“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。南京信息工程大学大气科学系 冰冰雹雹是是从从雹雹云云(强强烈烈发发展展的的积积雨雨云云)

27、中中降降落落下下来来的的冰冰球球或或冰冰块块，大大的的有有小小碗碗口口大大，常常与与雷雷雨雨、大大风风同同时时出出现现。冰冰雹雹发发生生前前，天天气气闷闷热热，气气压压下下降降很很多多，最最高高气气温温可可达达3030或或以以上上。雹雹云云呈呈黑黑色色，底底部部发发红红，雷雷声声如如推推磨磨隆隆隆隆不不断断。形形成成冰冰雹雹的的天天气气形形势势往往往往是是华华东东沿沿海海上上空空为为低低压压槽槽，在在华华北北上上空空有有冷冷性性低低压压东东南南下下，地地面面图图上上暖暖性性低低压压内内有有冷冷锋锋南南移移，并并在在午午后后到到傍傍晚晚时时影影响响。冰冰雹雹降降在在雹雹云云移移动动的路径上，所以

28、有的路径上，所以有“雹打一长线雹打一长线”的说法。的说法。南京信息工程大学大气科学系影响江苏省的冰雹，多半发生在六七月份。影响江苏省的冰雹，多半发生在六七月份。冰雹路径有两条：冰雹路径有两条：一条是产生在徐淮地区或盐一条是产生在徐淮地区或盐城北部的冰雹，向南移动。另一条是产生于安城北部的冰雹，向南移动。另一条是产生于安徽省中部的冰雹，向东南偏东方向移动。受冰徽省中部的冰雹，向东南偏东方向移动。受冰雹袭击的地区，庄稼、房屋会被砸坏，甚至造雹袭击的地区，庄稼、房屋会被砸坏，甚至造成人畜伤亡。成人畜伤亡。南京信息工程大学大气科学系飑线垂直剖面飑线垂直剖面南京信息工程大学大气科学系龙卷龙卷含义含义：从

29、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。南京信息工程大学大气科学系龙卷风龙卷风是一种伴随着高速旋转的漏斗状云是一种伴随着高速旋转的漏斗状云柱的强风涡旋。龙卷风中心附近风速可达柱的强风涡旋。龙卷风中心附近风速可达100100200m/s200m/s，最大，最大30

30、0m/s300m/s，比台风近中心，比台风近中心最大风速大好几倍。中心气压很低，一般可低最大风速大好几倍。中心气压很低，一般可低至至400hPa400hPa，最低可达，最低可达200hPa200hPa。它具有很大的吸。它具有很大的吸吮作用，可把海（湖）水吸离海吮作用，可把海（湖）水吸离海(湖湖)面，形成面，形成水柱。由于龙卷风内部空气极为稀薄，导致温水柱。由于龙卷风内部空气极为稀薄，导致温度急剧降低，促使水汽迅速凝结，这是形成漏度急剧降低，促使水汽迅速凝结，这是形成漏斗云柱的重要原因。漏斗云柱的直径，平均只斗云柱的重要原因。漏斗云柱的直径，平均只有有250250左右。左右。南京信息工程大学大气

31、科学系 龙卷风龙卷风产生于强烈不稳定的积雨云中。产生于强烈不稳定的积雨云中。它的形成与暖湿空气强烈上升、冷空气南它的形成与暖湿空气强烈上升、冷空气南下、地形作用等有关。它的生命史短暂，下、地形作用等有关。它的生命史短暂，一般维持十几分钟到一二小时，但其破坏一般维持十几分钟到一二小时，但其破坏力惊人，能把大树连根拔起，建筑物吹倒，力惊人，能把大树连根拔起，建筑物吹倒，或把部分地面物卷至空中。江苏省每年几或把部分地面物卷至空中。江苏省每年几乎都有龙卷风发生，但发生的地点没有明乎都有龙卷风发生，但发生的地点没有明显规律。出现的时间，一般在六七月间，显规律。出现的时间，一般在六七月间，有时也发生在有时

32、也发生在8 8月上、中旬。月上、中旬。南京信息工程大学大气科学系南京信息工程大学大气科学系南京信息工程大学大气科学系南京信息工程大学大气科学系南京信息工程大学大气科学系南京信息工程大学大气科学系南京信息工程大学大气科学系南京信息工程大学大气科学系 5 5月月8 8日和日和9 9日，强龙卷风袭击美国俄克日，强龙卷风袭击美国俄克拉荷马州的俄克拉荷马城。这次龙卷风袭击拉荷马州的俄克拉荷马城。这次龙卷风袭击只造成只造成 11 11人受伤，没有造成人员丧亡，人受伤，没有造成人员丧亡，算算是一个奇迹。不过，龙卷风还是造成了巨大是一个奇迹。不过，龙卷风还是造成了巨大的经济损失。据纽约保险信息研究所估计，的经

33、济损失。据纽约保险信息研究所估计，损失可能达到损失可能达到6-6.56-6.5亿美元亿美元南京信息工程大学大气科学系 这次龙卷风的行进路线非常类似于这次龙卷风的行进路线非常类似于19991999年年5 5月月3 3日的那一次龙卷风袭击。那次一共有日的那一次龙卷风袭击。那次一共有6666个龙卷风袭击俄克拉荷马州和邻近的堪萨个龙卷风袭击俄克拉荷马州和邻近的堪萨斯州，造成斯州，造成4949人丧生，摧毁了人丧生，摧毁了26002600间房屋，间房屋，80008000间建筑物受损，经济损失达间建筑物受损，经济损失达1212亿美元，亿美元，是近年来破坏力最大的龙卷风袭击事件。是近年来破坏力最大的龙卷风袭击

34、事件。南京信息工程大学大气科学系主要特征：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；垂直水平尺度很小，几米至几百米；垂直 尺度，尺度，二至三千米，甚至二至三千米，甚至 10km 10km，垂，垂 直范围在直范围在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低:中心气压与外围之间气压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。南京信息工程大学大气科学系 结构：龙卷

35、有时成对的出现，两个的结构：龙卷有时成对的出现，两个的 旋转方向相反。一个是气旋式的，另旋转方向相反。一个是气旋式的，另 一个是反气旋式的，但以气旋式的为一个是反气旋式的，但以气旋式的为 常见。常见。龙卷中心为下沉气流，四壁为极强的龙卷中心为下沉气流，四壁为极强的 上升气流，速度可达上升气流，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 形成原因形成原因南京信息工程大学大气科学系龙卷中的气流分布龙卷中的气流分布示意图示意图南京信息工程大学大气科学系左龙卷和右龙卷左龙卷和右龙卷南京信息工程大学

36、大气科学系4.2中小尺度天气系统中小尺度天气系统飑中系统飑中系统中尺度低压系统中尺度低压系统中小尺度天气系统的概念中小尺度天气系统的概念中小尺度扰动的特征中小尺度扰动的特征南京信息工程大学大气科学系 一、飑中系统一、飑中系统1 1 含义：含义：和飑现象相联系的一类中系统叫和飑现象相联系的一类中系统叫飑中系统，它包括雷暴高压、飑线、飑线前飑中系统，它包括雷暴高压、飑线、飑线前低压和尾流低压等中系统低压和尾流低压等中系统。南京信息工程大学大气科学系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。

37、在冷空气堆已完全形成而它的范围不太压。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；如果没有新的下降冷空气补充，逐渐减弱；如果没有新的下降冷空气补充，就会逐渐消失。雷暴高压在初生时范围较小，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，一般能维持强度较弱，以后逐渐扩大增强，一般能维持3 318 h18 h。在高压的范围内，大多有雷雨天。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。气，但也有个别的只有雷电而无

38、降水。南京信息工程大学大气科学系2 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暖气团中，也可以发生在冷锋后或锋后的暖气团中，也可以发生在冷锋后或暖锋前的冷气团中，或发生在冷（暖）锋暖锋前的冷气团中，或发生在冷（暖）锋上。上。南京信息工程大学大气科学系（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南京信息工程大学大气科学系（3 3）处在不同发展阶段的飑中系统影响）处在不同发展阶段的飑中系统影响测站时，测站的气压自记曲线上的测

39、站时，测站的气压自记曲线上的“雷暴雷暴鼻鼻”（也叫（也叫“高压泡高压泡”）会出现不同的型）会出现不同的型式式气气压压波波动动的的各各个个阶阶段段南京信息工程大学大气科学系3 3 飑中系统的移动飑中系统的移动飑中系统生成后，会有规律地向前移动飑中系统生成后，会有规律地向前移动。（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

40、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。南京信息工程大学大气科学系4飑线和锋面的区别飑线和锋面的区别5相同点：都是冷暖空气的界相同点：都是冷暖空气的界面面6不同点：不同点：南京信息工程大学大气科学系锋面锋面锋面锋面飑线飑线飑线飑线不同气团的交界面不同气团的交界面同一气团中生成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天气和气象要素变化天气和气象要素变化剧烈剧烈剧烈剧烈锋面（大尺度，长度锋面（大尺度，长度锋面（大尺度，长度锋面（大

41、尺度，长度几千公里）几千公里）几千公里）几千公里）飑线（中尺度，长度飑线（中尺度，长度飑线（中尺度，长度飑线（中尺度，长度二、三百公里）二、三百公里）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生命史约十几个小时生命史约十几个小时大体沿大体沿大体沿大体沿700hPa700hPa700hPa700hPa气流移动气流移动气流移动气流移动移速大于冷锋移速大于冷锋移速大于冷锋移速大于冷锋无日变化无日变化无日变化无日变化有日变化，午后强烈发展有日变化，午后强烈发展有日变化，午后强烈发展有日变化，午后强烈发展南京信息工程大学大气科学系二、

42、中尺度低压系统二、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：有气压无风场相适应中低压：有气压无风场相适应中气旋：有低压和相应的风场出现中气旋：有低压和相应的风场出现南京信息工程大学大气科学系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：

43、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中低压加强产生气中低压加强产生气旋式环流旋式环流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弱辐合上升运动弱辐合上升运动强辐合上升运动强辐合上升运动强辐合上升运动强南京信息工程大学大气科学系三、中小尺度天气系统的概念三、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空间尺度较小，生命史较

44、短的天一类空间尺度较小，生命史较短的天气系统。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：一天至几天南京信息工程大学大气科学系2.2.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、飑暴、飑线、中尺度低压、中尺度气旋、飑中中系统。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

45、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：几分钟至一小时南京信息工程大学大气科学系3 3Olanski Olanski 尺度划分方案尺度划分方案4 4大尺度大尺度 水平尺度水平尺度20002000kmkm中尺度中尺度 水平尺度水平尺度2 220002000kmkm中中系统系统 20020020002000km 1-5km 1-5天天中中系统系统 2020200200km 3km 3小时小时-1-1天天中中系统系统 2 22020km 1km 1小时小时小尺度小尺度 水平尺度水平尺度22kmkm南京信息工程大学大气科学系四、中小

46、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：垂直尺度：大都可达整个对流层的大都可达整个对流层的厚度，即为厚度，即为7-187-18公里左右。垂直尺度与公里左右。垂直尺度与水平尺度的比率很大，约为水平尺度的比率很大，约为0.10.1。一般大。一般大系统的比率为系统的比率为0.010.01左右。左右。南京信息工程大学大气科学系生命期：生命期：雷暴单体的平均生命期雷暴单体的平均生命期不到不到1 1小时，雷暴群可存在几小时，较小时，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约强的飑中系统等中系统的生命期大约为为1212小时左右，而大尺度系统常达一小时左右，而大尺度系

47、统常达一天至几天。天至几天。南京信息工程大学大气科学系水平尺度水平尺度水平尺度水平尺度（公里）（公里）（公里）（公里）101010101 1 1 1101010100 0 0 0101010100 0 0 0101010101 1 1 1101010101 1 1 1101010102 2 2 2101010102 2 2 2101010103 3 3 3101010103 3 3 3101010104 4 4 4天天天天气气气气系系系系统统统统尘卷尘卷尘卷尘卷龙卷龙卷龙卷龙卷积云积云积云积云雷暴单体雷暴单体雷暴单体雷暴单体中低压中低压中低压中低压中气旋中气旋中气旋中气旋（龙卷气（龙卷气（龙卷

48、气（龙卷气旋）旋）旋）旋）飑中系统飑中系统飑中系统飑中系统台风台风台风台风气旋气旋气旋气旋反气旋反气旋反气旋反气旋锋面锋面锋面锋面长波长波长波长波阻塞系统阻塞系统阻塞系统阻塞系统尺尺尺尺度度度度划划划划分分分分小尺度系统小尺度系统小尺度系统小尺度系统中尺度中尺度中尺度中尺度系统系统系统系统 大尺度系统大尺度系统大尺度系统大尺度系统南京信息工程大学大气科学系 垂直速度：垂直速度：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：散度：甚至甚至 大尺度中大尺度

49、中 散度为散度为南京信息工程大学大气科学系 涡度：涡度：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/km 1-3hPa/km，温度梯度可达，温度梯度可达5C/10km5C/10km，变压，变压 1hPa/1-2min 1hPa/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。南京信息工程大学大气科学系 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

50、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。南京信息工程大学大气科学系4.3对流性天气预报的对流性天气预报的物理基础物理基础 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