福建省气象台刘锦绣

天气过程原理与分析 单击此处添加标题文字福建省气象台刘锦绣

综述大型降水天气过程 1 对流性天气过程 2 热带气旋天气过程 3 参考教材：《天气学原理》第七、八、九章

单击此处添加标题 一、大型降水天气过程降水成因与诊断中国降水的气候概况降水的天气尺度系统暴雨的中尺度系统

一、大型降水天气过程 含义大型降水主要是指范围广大的降水，降水区可达天气尺度大小，包括连续性和阵性的大范围雨雪及夏季暴雨。

1、降水形成与诊断 • 降水是大气中的水的相变过程。降水的形成，大致有三个过程：首先是水汽由源地水平输送到降水地区，这就是（水汽条件），其次是水汽在降水地区辐合上升，在上升中绝热膨胀冷却凝结成云，这就是（垂直运动的条件），最后是云滴增长变为雨滴而下降，这就是（云滴增长的条件）。水汽条件垂直运动条件云滴增长条件微观过程宏观过程冰晶效应云滴的碰撞合并

1、降水形成与诊断 • 云滴增长的条件，主要决定于（云层厚度），而云层的厚度，又决定于（水汽）和（垂直运动）的条件。水汽供应越充分，则云底高度越低，上升运动愈强，则云顶高度愈高，因而云层高度愈厚，云滴增长愈快，降水量愈大。 • 所以降水预报中通常只分析水汽条件和垂直运动条件。

1、降水形成与诊断 • 暴雨形成的条件：（充分的水汽供应）、（强烈的上升运动）、（较长的持续时间）。连续暴雨的必要前提：副高脊，长波槽，切变线、静止锋、大型冷涡等长期稳定天气尺度系统：短波槽、低涡、气旋等

1、降水形成与诊断 • 水汽条件的诊断 • 水汽含量（1）各层比湿或露点850hpa q≥12g/kg （2）各层饱和程度：在等压面上分析等（ T-Td）线，用以表示空气的饱和程度等压面图上：T-Td≤2℃饱和区 T-Td≤4-5℃ 湿区相对湿度f≥ 90% 饱和区（3）湿层厚度：TLOGP图上湿层即饱和层，湿层越厚，降水越强。

1、降水形成与诊断 • 水汽条件的诊断 • 可降水量：将一地区上空整层大气的水汽全部凝结并降至地面的降水量称为该地区的可降水量。 • 水汽通量：单位时间内通过单位面积输送的水汽量。 • 水汽通量散度：单位体积内水汽水平辐合的大小，整层水汽水平辐合的大小近似地等于降水率。 • 降水率或降水强度：单位时间内降落在地面单位面积上的总降水量。

1、降水形成与诊断 • 水汽条件的诊断湿层厚度

1、降水形成与诊断 • 水汽条件的诊断 850hpa比湿和水汽通量散度

1、降水形成与诊断 • 水汽的局地变化诊断（了解）某地区水汽的局地变化取决于以下四项：比湿平流、比湿垂直输送、凝结、蒸发和湍流扩散

1、降水形成与诊断 • 垂直运动条件的诊断分析 • 用连续方程来诊断：P层的垂直速度，由p层以下整层的水平散度之和所决定的，当水平散度之和为辐合是，p层有上升运动，反之有下沉运动；也可由P层以上的水平散度之和来决定，当水平散度之和为辐散时，p层有上升运动，这种作用称为“抽气作用”。 • 高层辐散低层辐合，P层有上升运动 • 高层辐合低层辐散，P层有下沉运动

1、降水形成与诊断 • 垂直运动条件的诊断分析（1）低层散度的诊断 ① 用850、700百帕上的风向风速来诊断辐合上升运动的强度及降水阴影区为降水区

1、降水形成与诊断 • 垂直运动条件的诊断分析（1）低层散度的诊断 ②用低层变压场来判断垂直运动：在正变压中心有辐散下沉运动，负变压中心有辐合上升运动，中心数值愈大，愈显著。

1、降水形成与诊断 • 垂直运动条件的诊断分析（2）高层散度的诊断天气图上一般用高层的涡度平流来判断高层（散度），从而估计（垂直）运动。槽前有正涡度平流，有上升运动，槽后有负涡度平流有下沉运动。分析高层散度，最好用200hpa或300hpa。

1、降水形成与诊断 • 垂直运动条件的诊断分析用ω方程诊断垂直运动：热成风对绝对涡度的平流是决定垂直运动的主要因子。当热成风对相对涡度平流为正时，有上升运动；反之，有下沉运动。非绝热加热的作用：加热有上升运动，冷却有下沉运动。

1、降水形成与诊断 • 地形对降水的影响㈠地形的动力作用 1．强迫抬升 2. 地形辐合㈡地形的云物理作用 1. 对流层中部层状云和低云的相互作用 2. 对流层中部层状云和积雨云的相互作用 3. 积雨云和低空层状云的相互作用 4. 对流层中部不稳定和低云的相互作用

1、降水形成与诊断 • 摩擦对降水的影响低压气旋上升高压反气旋下沉在海岸线附近，由于海陆摩擦的差别，沿海岸造成了辐合带。摩擦对于降水的重要贡献主要是提供了降水的水汽来源。摩擦辐合有利于将雨区四周摩擦层中的水汽集中地向高层输送，从而使降水加强。摩擦层顶达到最强

2、中国降水的气候概况 3月下旬至5月上旬：江南春雨期； 5月中旬到6月上旬：华南前汛期盛期； 6月中旬至7月上旬：江淮梅雨； 7月中旬至8月下旬：华北和东北的雨季、华南后汛期； 9月中旬至10月上旬淮河秋雨期。

2、中国降水的气候概况 • 侯大雨带的南北位移与东亚环流的季节变化关系密切。一般大雨带位于500百帕副热带高压脊线北侧（8～10纬度），100百帕青藏高压的（北侧），副热带西风急流的（南侧）。 • 中国的暴雨主要是由台风、锋面和从青藏高原东移过来的气旋性涡旋（西南涡、西北涡）引起的。 • 暴雨的极值同地形有密切的关系，暴雨的极值多出现在山脉的（迎风坡），（平原）与山脉的（过渡地区）或（河谷地带）。 • 暴雨和暴雨极值多发生在暖季，这与我国位于亚洲季风区有关，夏季风带来充沛的水汽和层结不稳定有利于暴雨的形成。

3、降水的天气系统

3、降水的天气系统 • 行星尺度天气系统对暴雨的作用 • 行星尺度系统本身并不直接产生降水,而是制约影响（天气尺度）系统在一固定地带流动，从而产生（持续性）降水。此外，它还能将南海、孟加拉湾和太平洋的（水汽）不断向暴雨区输送。因此，行星尺度天气系统的变动，大致决定了雨带发生的地点、强度和持续时间 • 影响我国的行星尺度天气系统主要有： • 西风带长波槽：巴尔喀什湖大槽、贝加尔湖大槽、太平洋中部大槽、青藏高原西部低槽 • 阻塞高压：乌山阻塞高压、雅库茨克—鄂霍茨克海阻塞高压、贝加尔湖阻塞高压 • 副热带高压 • 热带环流

3、降水的天气系统 • 天气尺度系统包括 • 锋面 • 气旋 • 高空槽 • 低空切变线 • 低空低涡 • 高空冷涡 • 低空急流等

3、降水的天气系统 • 切变线：一般把出现在低空（850和700百帕面上）风场上具有气旋式切变的不连续线称为切变线。低涡与切变线（虚线为产生低涡前的切变线）

3、降水的天气系统 • 切变线的分类： • ① 静止锋切变：由东－东北风与西南风构成。 • ② 冷式切变：由西北风与西南风构成。 • ③ 暖式切变：由东南风与西南风构成。

3、降水的天气系统 • 低空低涡：多存在于离地面（2-3）公里的低空，如生成于四川的（西南涡），生成于青海高原的（西北涡），生成于西藏地区的（高原涡）等。 1958年3月21日700hPa图

3、降水的天气系统 • 高空冷涡：大尺度比较深厚的系统，如东北冷涡、华北冷涡等。

3、降水的天气系统 • 低空急流：位于（600-900）hPa之间水平动量集中的气流带，风速≥（12）m/s。一般为西南风低空急流，其两侧有较强的风速水平切变。日常工作中常把850hPa或700hPa等压面上，风速≥（12）m/s的西南风极大风速带称为低空急流。

3、降水的天气系统 • 低空急流的位置 • 我国与暴雨相联系的西南风低空急流存在于副热带高压（西侧）或（北侧），它的左侧经常有（低空切变线）和（低涡）活动。 • 低空急流多位于高空西风急流入口区的（右侧）或南亚高压（东部脊线）附近。 • 雨区位置 • 与低空急流相伴的强降水区位于低空急流的（左侧），低空切变线的（右侧）

4、暴雨中尺度系统 • 一次暴雨天气过程的降水量并非由一次连续降水所组成，而是由于在此期间（中尺度雨团）不断生成和移动的结果。 • 中尺度雨团：由中尺度扰动将（小尺度）的积云对流组织而成。 • 与中尺度雨团相配合的中尺度系统有中尺度低压、中尺度辐合中心、中尺度辐合线和中尺度切变线等 • 在大尺度天气背景下产生的（中尺度雨团），有时排列成带状，称为中尺度雨带。

4、暴雨中尺度系统 • 中尺度雨团或雨带总是在一定的天气尺度背景条件下生成的，这些背景包含两方面条件：一是使中尺度系统得以（不稳定发展）的环境条件，另一是（不稳定发展的触发条件）。 • 暴雨中尺度雨团的触发条件：锋面抬升、露点锋或干线抬升、能量锋与Ω系统的触发、地形抬升作用、近地层加热的不均匀性、重力波的抬升作用、雷暴前方伪冷锋的抬升作用、海陆风辐合抬升。

5、个例 • 2012年6月22-25日暴雨过程

5、个例 • 2012年6月22-25日暴雨过程 500hpa 南支槽与高原槽同位相叠加，槽加深；副高稳定在台湾东部，有利于南支槽东移后sw风加强。高原槽移动较快，槽后冷空气南下，冷暖空气在我省北部交汇，我省有负变温，有利北部暴雨；同时厦门与汕头有风速辐合，台湾与福州有风速辐合，有利于沿海出现强降水。

5、个例 • 2012年6月22-25日暴雨过程 850hpa 切变线在我省北部摆动，低空西南暖湿急流很强，北部和沿海都存在风速辐合，强的辐合有利于加强上升运动，在我省北部和沿海地区出现较强降水。同时我省存在明显的正变温，有利于对流的发展，加强降水的强度。

5、个例 • 2012年6月22-25日暴雨过程 200hpa 槽前、分流区、高空急流入口区右侧的辐散，高层辐散有利于抽吸作用加强上升运动

5、个例 • 2012年6月22-25日暴雨过程地面

邵武：底层西南气流很强，底层风向顺转有暖平流，整层比较湿，a指数、k指数都很大，沙氏指数负值，较不稳定邵武：底层西南气流很强，底层风向顺转有暖平流，整层比较湿，a指数、k指数都很大，沙氏指数负值，较不稳定厦门：cape值很大，具有明显的不稳定能量。

5、个例 • 2012年6月22-25日暴雨过程水汽通量散度

5、个例 • 2012年6月22-25日暴雨过程垂直速度

5、个例 • 2012年6月22-25日暴雨过程 K指数

单击此处添加标题 二、对流性天气过程雷暴系统的结构特征和活动规律中小尺度天气系统大气不稳定诊断对流性天气的预报方法

单击此处添加标题 1、雷暴系统的结构特征和活动规律 • 雷暴一般伴有阵雨，有时则伴有（大风）、（冰雹）、（龙卷）等天气现象，通常把只伴有阵雨的雷暴称为（一般雷暴），而把伴有雷暴、大风、（冰雹）、（龙卷）等严重的灾害性天气现象之一的雷暴叫做（强雷暴）。“一般雷暴”和“强雷暴”都是对流旺盛的天气系统，所以常将他们统称为（“对流性风暴”），它们所产生的的天气现象叫做（“对流性天气”）。 • 产生雷暴的积雨云叫（雷暴云），一个雷暴云叫做一个雷暴单体，其水平尺度约十几公里。多个雷暴单体成群成带地聚集在一起叫（雷暴群或雷暴带），它们的水平尺度有时可达数百公里。

单击此处添加标题 1、雷暴系统的结构特征和活动规律 • 雷暴的生命史：大致可分为（发展）、（成熟）、（消亡）三个阶段。发展阶段即积云阶段，主要特征是上升气流贯穿于整个云体。成熟阶段的特征是开始产生降水，并且由于降水物的拖曳作用而产生了下沉气流。但在下沉气流的上方，上升气流仍贯穿云体。消亡阶段的特征是下沉气流占据云体的主要部分。成熟发展消亡

单击此处添加标题 1、雷暴系统的结构特征和活动规律 • 一般雷暴天气：发生雷暴时，通常出现雷电、阵雨、阵风等天气现象以及压、温、湿等气象要素的变化。主要发生在成熟阶段 • 雷电：是由积雨云中冰晶（温差起电）以及其他作用所造成的。一般云顶高度到达（-20℃等温线高度以上）是才产生雷电。第一次闻雷表明云顶已达（-20℃等温线高度附近）。 • 在雷暴云下形成一个近乎饱和的冷空气堆，因其密度较大而气压较高，这个高压叫（雷暴高压），当雷暴云向前移动经过测站时，使该站产生气温（下降）、气压（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。

单击此处添加标题 1、雷暴系统的结构特征和活动规律 • 强雷暴 • 以严重降雹为主的雷暴叫（雹暴），以强烈阵风为主的叫（飑暴）。 • 强雷暴和一般雷暴的区别是（系统中的垂直气流的强度）、（垂直气流的有组织程度）和（不对称性）。 • 强雷暴按其结构特征划分为超级单体风暴、多单体风暴和飑线。

单击此处添加标题 1、雷暴系统的结构特征和活动规律 • 强雷暴天气——飑（强阵风） • 定义：当强雷暴云来临的瞬间，风向（突变），风力（猛增），由静风突然加强到大风以上的强风。与此同时，气压（涌升）、形成明显的（雷暴鼻），气温（急降），相对湿度也（大幅度上升）。一般把具有上述气象要素激烈变化特征的、随强雷暴云来临而突然发作的强烈阵风叫做“飑”。 • 形成的原因：下击暴流到地表面向四周散开。

单击此处添加标题 1、雷暴系统的结构特征和活动规律 • 强雷暴天气——冰雹 • 定义：一种直径大于5毫米的固体降水物； • 多数雹云的共同特点 ①斜升气流强度较大（ωmax＞15m/s.） ②水份累积区和最大垂直速度区的高度一般在零度层以上，因此水分累积区中的水滴都是过冷区水滴。 ③水份累积区的含水量较为丰富，一般都不小于15-20克/米3，累积厚度不小于1.5-2.0公里左右。 ④有宜于形成“雹胚”的环境。 ⑤云内0℃层的高度适当，不太高也不太低。

单击此处添加标题 1、雷暴系统的结构特征和活动规律 • 强雷暴天气——龙卷 • 定义：雷暴云底伸展出来并到达地面的（漏斗状）云叫做龙卷。龙卷伸展到地面时会引起强烈的旋风，这种旋风叫（龙卷风）。 • 龙卷中心为下沉气流，四壁为极强的上升气流，速度可达50m/s以上。

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