航空气象:06第五章 雷暴及其他对流性天气课件.ppt
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1、第五章,雷暴,及其他对流性天气,第五章、雷暴及其它对流性天气 第一节 雷暴的结构和天气,1.定义 由对流旺盛的积雨云引起的、伴有闪电雷鸣的局地风暴,称为雷暴。 据统计:全球每天约有44000个雷暴发生,而任何时刻都有20004000个雷暴在活动,其影响面积占全球面积1%。 在热带,一年四季雷暴活动频繁, 太平洋上的爪哇岛是世界上雷暴最多的地方,每三天就有两天有雷暴。 温带地区,雷暴在夏季和秋初经常出现. 夏季极地也会产生雷暴。,2.形成条件: 雷暴是由强烈发展的积雨云产生的,形成积雨云需要三个条件: 深厚而明显的不稳定气层 充沛的水汽 足够的冲击力(有几种原因如地形抬升、锋面抬升、地表加热等)
2、 产生的原因: 深厚而明显的不稳定气层 雷暴是一种强烈的对流天气,深厚而明显的不稳定气层,具有大量的不稳定能量,为强烈对流的发展提供了充足的能源。,(2)充沛的水汽 一方面是形成庞大的积雨云体,兴雨降雹的物质基础;另一方面,水汽凝结时释放出的潜热也是能量的重要来源。雷鸣、电闪及强风所需的能量都是从云中水汽凝结时释放的潜热中得到的。 所以在某种意义上,雷暴是自我发展的。其产生的降水越多,被释放到雷暴中的能量也越多。足够的冲击力 大气中不稳定能量和水汽的存在,只具备了发生雷暴的可能性,还须要有促使空气上升到达自由对流高度以上的冲击力,这样,不稳定能量才能释放出来,上升气流才能猛烈地发展,形成雷暴云
3、。,大气中的冲击力有: 地表受热不均产生的热力冲击力, 地形抬升产生的动力冲击力, 锋面,气旋,槽线,低涡等天气系统所引起的辐合 上升运动。 产生雷暴的三个条件,在不同情况下有不同侧重,在潮湿不稳定气团中,能不能形成雷暴主要看有没有足够的冲击力,在山区,抬升作用经常存在,是否有雷暴产生就主要看有没有潮湿不稳定气层。 在夏季,发生雷暴之前常使人感到十分闷热,说明大气低层气温高,层结不稳定,水汽含量大,这时若有冲击力的作用,就可以产生雷暴。,3、一般雷暴的结构和天气 雷暴云根据其结构的不同可分为:一般雷暴和强烈雷暴(一)一般雷暴单体的生命史 积云阶段,又称为发展阶段。 是淡积云发展成浓积云的阶段。
4、在这个阶段里, (1)内部都是上升气流,并随着高度的增加而增强,最大上升气流在云的中、上部。云的下部四周有空气辐合进入云中,空气从云底被吸入单体内部,空气中的水汽在逐步凝结的过程中释放潜能,促使上升气流在上升过程中不断加强。 (2)大量水汽在云中凝结并释放潜热,所以云中温度高于同高度上四周空气的温度,这个阶段云滴大多有水滴构成,并且一般没有降水和闪电。,积云阶段,积雨云阶段,即雷暴的成熟阶段 此时云中上升气流仍然十分强大, 上升气流区温度比周围高,使其继续加速上升,速度可20m/s。云滴和雨水会被带到0度等温线以上几千米的高度,大量的雪片或雨滴在云的上部积累,最后云滴变得太大,云内的上升气流再
5、也支持不住它们,它们便落下而形成降水。 云中降水的下冲力,对上升气流产生向下的拉力,迫使部分空气转向下沉,形成下降气流区。 以强烈的阵风和降水为标志,成熟阶段是雷暴单体发展最强盛的阶段,其主要特征是:云中除上升气流外,局部出现有系统的下降气流,上升气流区温度比周围高,下降气流区温度比周围低,降水产生并发展。强烈的湍流、积冰、闪电、阵雨和大风等危险天气主要出现在这一阶段。 从云砧我们可以判断高空风的走向。,积雨云阶段,(3)消散阶段 电闪雷鸣,狂风暴雨之后,雷暴云进入消散阶段。这时下降的冷空气形成低空外流, 从底部切断了上升的暖湿空气的来源, 当降水增强时,上升气流逐渐减弱,从而削弱了云的垂直发
6、展,下降气流遍布云中,雷暴单体就进入消散阶段,直至完全消散。 下降气流遍布云中 一般雷暴单体的水平尺度为5-10kM,高度可达12km,生命期大约1h。,消散阶段,(二)一般雷暴过境时的地面天气 雷暴过境时近地面气象要素和天气现象会发生急剧变化常常给飞机起降造成严重影响。 1、气温: 雷暴来临之前,由暖湿不稳定空气控制地面,气温高,湿度大,使人感到闷热.待雷暴来临,一阵强风吹来,气温下降,随降水倾泻冷空气更使气温骤降,这种下降气流在积雨云下形成一堆向四周散开的冷空气,通常叫冷空气丘,它可以扩展到距雷暴中心2030km远的区域。大大超过降水范围。2、气压: 在成熟雷暴移来之前,气压一直是下降,当
7、雷暴来临时,气压开始上升,冷空气丘到达时急剧上升,气压最大值在下降气流中心。当下降气流中心移过后,气压又转为急降。,3、风: 雷暴移来之前一般风速较小,风向云区辐合,为雷暴云提供上升气流.雷暴云发展到成熟期或成熟的雷暴移来时,风向会突然改变,风速急剧增大,阵风可达20M/S以上 在冷空气中心移过后,风向向相反方向偏转,风力减弱。4、阵雨: 阵风后,降水就开始了。雷暴降水一般是强度较大的阵雨,通常在雷暴活动时突然发生,往往是先撒下一些稀疏的大雨滴,接着便是滂沱大雨。这些阵雨的持续时间虽短,但会严重影响能见度。,降水强度最大区域仍在下降气流中心下方,降水时间和单体成熟阶段持续时间大致相同,为152
8、0分钟。 5、雷电: 雷鸣和电闪只有在云发展得足够高而有冰晶出现时才会发生。 在雷暴云中,云与地面,云与云间都会出现闪电。 雷电可对飞机、人、畜建筑物等带来重大危害。,(三)强雷暴云的结构和天气,大气中存在有更强烈的对流性不稳定和强的垂直风切变,就会形成比普通雷暴更强,持续时间更长,水平尺度更大(十千米)的强雷暴,其天气表现也剧烈的多,常伴有冰雹,龙卷等灾害性天气。一、强雷暴云的结构 强雷暴云的结构表现为云体内有稳定,强大的升降气流 。 强大的上升气流来自近地面层的暖湿气流,通常从云体右前侧流入,进入云体后倾斜上升,在云体中上部上升速度最大可达成20-30M/S,上升气流到达对流层顶附近减弱并
9、分为三支。,一支按惯性向云体后方运动,但因于高空风方向相反很快减弱下降。 第二支可伸展到平流层低层,造成云顶突出的云塔。 第三支则随高空强风吹向云体前方远处,形成延伸的云砧。下降气流常由两部分组成: 一部分是由降水拖拽作用带下的下沉气流 ; 另一部分是由对流层中层,云外流入的干冷空气,这部分干冷空气具有较大的速度,能有力楔入上升气流下方,使之成倾斜状态,下降气流在云底成低空外流,朝前的一部分最强大,对前方近地面暖湿空气起强烈的抬升作用,其余向云后和两旁流出。,强雷暴云的这种气流结构,使上升气流和下降气流能同时并存且维持相当长时间,避免了一般雷暴云中,下降气流抑制并取代上升气流的趋势,因而强烈雷
10、暴能够维持稳定强大达几小时之久。二、强雷暴过境时的地面天气 强雷暴过境时,各种气象要素的变化比普通雷暴大得多,除具备一般雷暴所具有的天气外,还可能出现飑,冰雹、龙卷、暴雨等灾害性天气的一种或几种,1、飑 气象上把大气中风突然急剧变化的现象称为飑。 在飑出现时,风向急转,风速剧增,强雷暴云下,速度极大的下降气流,到达地面后,向四周猛烈扩散,与前方上升的暖湿空气之间,形成一个陡然的分界面。有点类似冷锋,称为飑锋。 飑出现时最大阵风18米/秒以上,风速至少维持1分钟以上 1974年6月17日强雷暴侵袭南京,飑锋来临,地面瞬时风速达38.8M/S,10分钟内气温下降11,相对湿度上升29%,1小时内气
11、压涌升8.7HPA。,2.冰雹 产生冰雹要求在强雷暴云中有合适的冰雹生长区:合适的含水量、气温和上升速度等条件,在强雷暴云中生成的冰雹,大的或中等的一般降落在飑锋后的大风区,而一些小冰雹会随斜升扭转气流沿砧状云顶抛出,落到离云体几千米以外的地方。3.龙卷 从积雨云中伸展出来的,漏斗状的,猛烈旋转的云柱叫龙卷。龙卷的水平尺度很小,在地面其直径一般在几米到几百米,越往上 ,直径越大,龙卷的垂直伸展范围很大,有的从地面一直伸展到积雨云顶。,龙卷,龙卷持续时间很短,一般为几分钟到十几分钟,而与强雷暴相连的成熟龙卷可持续30分钟,在地面可以很容易观测它的途径和避开. 龙卷的直径虽小,但风速极大,最大可达
12、 100200M/S,而且中心气压极低,可低达400200HPA,因而破坏力极大是我们能在地球见到的最恶劣的天气现象.其所经之处常将大树拔起,车辆掀翻,建筑物被摧毁。 龙卷的危害不仅是强风,它可能伸展到云底的上面,在云中飞行将无法看到它。,04年9月6日下午香港机场出现龙卷,形如漏斗,高逾数百米,时速62公里,两辆小货车被卷上空,1人受伤。,1963、5、67日广东阳山县出现两个小龙卷,所经之处直径1M的大树被连根拔起100棵。 83年4月25日19时山东莱芜新泰交界处一次5分钟的龙卷造成27人死亡,392人受伤。 2007年7月3日江苏、安徽部分地区遭遇龙卷侵害,造成14人死亡,147人受伤
13、,倒塌房屋2981间,损坏房屋3180间,典型事例分析,4.暴雨 强雷暴云一般都伴有强度极大的阵性降水,再加上持续时间长,往往形成暴雨,暴雨区在云体下降气流的中心部分,从云外侧看几乎是漆黑的,人们常把是否出现这样一个中心黑暗区,作为判断雷暴云的一个标志。,三、强雷暴云的种类 根据雷暴云的组成,可分为多单体风暴,超级单体风暴和飑线风暴。1、多单体风暴, 是一种大而强的风暴群体,由多个处于不同发展阶段的雷暴单体有组织地排成一列,形成一个有机的整体,老的单体不断在左后侧消亡,新的单体不断在右前侧生成,看起来风暴像一个整体在移动,虽然每个个体的生命不长,但通过若干单体连续更替过程,可以形成生命期达数小
14、时的强雷暴。 流场特征;上升和下降气流同时并存,时间长,多单体风暴,2、超级单体风暴: 是一个巨大单体发展成的、猛烈的强风暴。 它的水平尺度达数十千米,生命期可达数小时,其中成熟期即达1小时以上,是一种强烈的中尺度系统。 风暴云中也有一对倾斜的上升气流和下降气流。,3、飑线风暴(飑线): 它是由排列成带状的多个雷暴或积雨云群组成的强对流气带。 飑线一般宽度一至几千米,长度150-300千米,维持时达4-18个小时,沿飑线会出现雷电、暴雨、大风、冰雹和龙卷等恶劣天气,是一种线状的中尺度对流性天气系统。,一、雷暴的种类 按强度不同,分为一般雷暴和强雷暴 根据形成雷暴的冲击力种类可分为:热雷暴、地形
15、 雷暴和天气系统雷暴。(一)热雷暴 由热力对流产生的雷暴,其往往发生在大尺度天气系 统较弱的情况下,或性质均匀的气团内部。 夏季午后,近地面层空气受地面强烈辐射作用,而迅速增温。高层空气却因离地面远,增温较少,因此整个气层就趋向越来越不稳定。 同时由于地表性质分布不均匀,在近地面气层中的 相邻空气间,还存在着温度差异这时气层会有热力对流产生。,第二节 雷暴的种类及活动特征,如果空气中有充沛的水气,积状云就会迅速发展起来 成为热雷暴。 夏季的晚上,热雷暴可能在高空出现。它的形成是因为不稳定的潮湿空气层上部冷却,大气变的不稳定而使雷暴产生。 冬季,热雷暴可能出现在沿海地区,当冷的潮湿空气移动到暖海
16、面上时形成。 热雷暴表现出范围小,孤立分散,各个雷暴云之间通常有明显间隙的特点。 大陆上是热雷暴多出现在午后和傍晚。而在海洋或湖泊上空,热雷暴多出现在夜间和黎明,白天减弱和消散。 热雷暴来到海洋、湖泊上空,由于下垫面温度低,没有暖湿空气的补充,将减弱或消失,这就是雷暴不过河。,(二)地形雷暴 暖湿不稳定空气,在山脉迎风坡被强迫抬升,而形成的雷暴。 典型的地形雷暴通常形成很快,雷暴云沿山脉走向成行出现且不大移动,面积较大,云中气流剧烈,降水强度大,有时还会降冰雹,云底高度较低,常能遮住整个山头 ,崖和峭壁可能被掩盖起来。 所以山区飞行不宜从云下通过雷暴区。地形雷暴不能从其下方通过。,(三)天气系
17、统雷暴 由于天气系统能够产生系统性上升运动,在气团不稳定,水汽多的条件下,也能使对流发展而产生雷暴。1.锋面雷暴 按锋型不同可分为:冷锋雷暴、静止锋雷暴和暖锋雷暴。(1)冷锋雷暴:是冷空气强烈冲击暖湿不稳定空气而形成的。冷锋强、移动快、锋面坡度大、暖空气不稳定、暖湿程度大时,有利于冷锋雷暴的形成。 特点;强度大, 在昼、夜、陆、海都能出现,日变化小一般下午和前半夜较强,早晨较弱,移动速度快。,冷锋雷暴与空中槽线的关系,(2)静止锋雷暴: 是由暖湿不稳定空气沿锋面上升或由底层气流辐合上升而形成的。 其特点是范围广阔,持续时间长,但不象冷锋雷暴那样强烈,它常隐藏在深厚的层状云系中,云中飞行易误入其
18、中。 常有明显的日变化:多产生在后半夜,白天逐渐减弱或消散。(3)暖锋雷暴: 它是暖锋向前移动时由暖湿不稳定空气沿暖锋上升而形成的,我国较少见。 暖锋雷暴一天中任何时刻都能出现,但夜间出现更多些。,静止锋雷暴,2. 冷涡雷暴 冷涡是指出现在空中的冷性低压,一般指700百帕高度3000M,我国分为北方冷涡和南方冷涡。 北方冷涡雷暴常出现在东北和华北,出现时天气变化很突然,往往在很短的时间,可从晴朗无云,到雷声隆隆.北方冷涡移动到东北或华北一带时,这些地区为夏季暖湿空气所控制,冷涡一到,上空降温,空气层变的不稳定,就会产生雷暴,一般出在午后或傍晚。 南方冷涡主要是指西南涡,由于南方暖湿空气活跃,西
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