《大型降水天气过程》PPT课件.ppt

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1、南京信息工程大学 大气科学学院,本章主要分析降水特别是暴雨形成的物理过程及其诊断方法，影响我国大范围降水的环流形势及天气过程，形成暴雨的各种天气尺度系统等。,第七章 大型降水天气过程,南京信息工程大学 大气科学系,多年年平均降水量（1988-96）,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,本章重点：（1）降水和暴雨形成机制（2）我国大型降水过程的环流特征（3）低空急流对暴雨形成的作用本章难点：华南前汛期降水、江淮梅雨、华北与东北雨季降水环流特征及其产生暴雨的关键系统解释。,南京信息工程大学 大气科学系,概述 降水的形成与诊断 大范围降水的环流特征 降水的天气尺度系统 暴雨中

2、尺度系统 不同高度急流对暴雨生成的作用 习题,南京信息工程大学 大气科学系,概 述 1 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。,南京信息工程大学 大气科学系,2 降水的分级,南京信息工程大学 大气科学系,3 降水的影响利弊,利：适量的降水保障农业生产。弊：造成旱涝例子：1998年长江流域洪灾的经济损失超过了2500多亿元，因灾死亡4150人，是建国以来历次洪灾中损失最大的一次。,九江决口,南京信息工程大学 大气科学系,3.1 降水的形成与诊断,降水形成过程 水汽方程和降水率 水汽条件的诊断分析 垂直运动条件的诊断分析 地形和摩擦对

3、降水的影响,南京信息工程大学 大气科学系,一、降水形成过程一般降水的形成过程 水汽条件 垂直运动条件 云滴增长条件 微观过程,宏观过程,冰晶效应碰撞合并,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,水分循环过程,南京信息工程大学 大气科学系,并合效率,南京信息工程大学 大气科学系,并合效率,南京信息工程大学 大气科学系,降水小结,南京信息工程大学 大气科学系,云滴增长取决于云层厚度，云层厚度取决于水汽条件和垂直运动条件，因此降水分析就是对水汽条件和垂直运动条件进行分析。,南京信息工程大学 大气科学系,2 暴雨形成条件 充分的水汽供应 强烈的上升运动 较长的持续时间 因此要研究环

4、流形势 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,南京信息工程大学 大气科学系,二、水汽方程和降水率1 水汽方程:表示水汽输送和变化的基本方程,比湿 q体积 xyz所含水汽质量 qxyz单位时间内该体积所含水汽的变化量为,南京信息工程大学 大气科学系,在不考虑液态水和固态水向体积内输送的情况下，水分质量守恒可知水汽变化量决定于四个因子：水平、垂直方向净流入，蒸发凝结和湍流扩散。,南京信息工程大学 大气科学系,（1）水平方向上水汽的净流入量 y方向：同理，x方向：,南京信息工程大学 大气科学系,因此：水平方向水汽净流入量为 其中,

5、为水汽通量散度。,南京信息工程大学 大气科学系,（2）垂直方向上水汽的净流入量为（3）凝结量 单位时间内，单位质量空气凝结率为c，则在单位时间内，体积 中的凝结 量为 此值凝结时为正，蒸发时为负。,南京信息工程大学 大气科学系,（4）湍流扩散 湍流扩散率：单位时间，单位质量空气块由湍流扩散引起的水汽输送量d，则单位时间内体积 内湍流扩散所引起的水汽输送量为,南京信息工程大学 大气科学系,水汽方程,南京信息工程大学 大气科学系,以连续方程代入则得水汽方程的另一形式:,南京信息工程大学 大气科学系,如果没有凝结或蒸发，且湍流扩散也很小，可以忽略不计，则 这表示空气质块的比湿保持不变讨论:a.蒸发

6、c0 减少,南京信息工程大学 大气科学系,2 降水率 设I是单位时间内降落在地面单位面积 上的总降水量，称为降水强度或降水率,南京信息工程大学 大气科学系,3 凝结函数,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,F为凝结函数 F0当有上升运动时有凝结,南京信息工程大学 大气科学系,对凝结函数的讨论（1）F0（2）F是由温度，饱和比湿和气压等常规 资料组成，可以观测得到不足：（1）忽略了乱流的影响，使计算量偏大（2）云不会全部凝结，使计算量偏大（3）垂直速度的计算有误差,南京信息工程大学 大气科学系,三、水汽条件的诊断分析 1 水汽含量（1）各层比湿或露点（2）各层饱和程度：在

7、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-Td2 饱和区 T-Td4-5 湿区垂直剖面图：相对湿度 f 90%饱和区（3）湿层厚度 湿层即饱和层，湿层越厚，降水越强。,南京信息工程大学 大气科学系,2 可降水量（1）定义：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。（2）表达式：,南京信息工程大学 大气科学系,3 水汽通量（1）定义：单位时间通过与水平风速 相垂直的单位面积的水汽量.（2）表达式:底边为单位长度，高为单位百帕的水汽通量为,南京信息工程大学 大气科学系,水汽通量,南京信息工程大学 大气科学系,水汽通量,南京信息工程大学

8、 大气科学系,4 水汽通量散度（1）含义：水平水汽通量散度指单位时间、单位体积内水汽的水平净流入或净流出 量（2）表达式:辐散 辐合（3）降水率：整层大气的水汽水平通量散度 即为降水率。I=-D,南京信息工程大学 大气科学系,水汽通量散度,南京信息工程大学 大气科学系,水汽通量散度,南京信息工程大学 大气科学系,比湿平流,风的散度,南京信息工程大学 大气科学系,5 水汽的局地变化由上式可看出，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,南京信息工程大学 大气科学系,（1）比湿平流：湿平流引起局地比湿增 加，干平流引起局地比湿减少。（2）比湿垂直输送：一般低

9、层湿度大于高 层，因此某层上升运动将使局地比湿 增加，下沉运动将使局地比湿减少。（3）凝结、蒸发：凝结时使局地比湿减少，蒸发时使局地比湿增加。,南京信息工程大学 大气科学系,（4）湍流扩散：湍流扩散在垂直方向主要 使水面和下垫面蒸发的水汽向上输送 到高层大气中去，一般在大型降水中 不考虑。四项比较：降水产生之前：降水产生之后：,南京信息工程大学 大气科学系,四、垂直运动条件的诊断分析 主要通过分析水平风场和温压场来判断垂直运动 1 用连续方程诊断垂直运动 公式推导：“P”系中的连续方程为：,南京信息工程大学 大气科学系,（1）从下往上积分：讨论：,南京信息工程大学 大气科学系,（2）从大气层顶

10、（p=0）向下积分 讨论：,南京信息工程大学 大气科学系,（3）补偿原理（整层积分）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,南京信息工程大学 大气科学系,低层散度的诊断 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,南京信息工程大学 大气科学系,辐合型之一,辐合型之二,阴影区为降水区,阴影区为降水区,南京信息工程大学 大气科学系,辐合型之三,阴影区为降水区,南京信息工程大学 大气科学系,用低层变压场来判断垂直运动 变压风：两边取散度得：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。,南京信息工程大学 大气科学系,高层散

11、度的诊断 简化的涡度方程,南京信息工程大学 大气科学系,a.高层多半是带状波动流型 b.与降水相联系的高空槽脊主要是短波 讨论：a.槽前脊后，有正相对涡度平流，高层辐散，有上升运动 b.槽后脊前，有负相对涡度平流，高层辐合，中层有下沉运动,南京信息工程大学 大气科学系,用方程诊断垂直运动（用某一层上的温压场）,绝对涡度平流随高度变化,温度平流的拉普拉斯,非决热加热的拉普拉斯,南京信息工程大学 大气科学系,（1）热成风对相对涡度的平流,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,有上升运动有下沉运动,南京信息工程大学 大

12、气科学系,涡度平流和冷暖平流对垂直运动的贡献,南京信息工程大学 大气科学系,涡度平流和冷暖平流对垂直运动的贡献相反,南京信息工程大学 大气科学系,（2）非绝热加热的作用 加热 有上升运动 冷却 有下沉运动,南京信息工程大学 大气科学系,在非绝热加热作用中，以凝结潜热释放为主。满足潜热释放的条件为:摩擦层中有水汽通量的净辐合；有其他原因造成的上升运动；空气近于饱和，例如规定T-Td4.降水对上升运动的反馈作用,南京信息工程大学 大气科学系,在数值预报中，称 为加热函数。对流参数化：常用某些大尺度的参数表示加热函数，把中小尺度的凝结潜热加热用大尺度的量表示，称为加热函数参数化或对流参数化。,南京信

13、息工程大学 大气科学系,五、地形和摩擦对降水的影响 地形的动力作用 1强迫抬升 2.地形辐合 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,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,摩擦作用 讨论：低压气旋 上升 高压反气旋 下沉,南京信息工程大学 大气科学系,3.2 大范围降水的环流特征,我国的雨季一般开始于夏季风爆发，止于夏季风撤退，雨带的南北位移是和东亚环流的季节变化有关，受副高脊线、青藏高压脊线、副热带西风急流和东亚季风季节变化影响。,南京信息工程

14、大学 大气科学系,一、我国各地降水气候概况（1）各地雨量 年雨量分布极不均匀，从东南沿海向西北内陆减少。（2）雨季：即连阴雨期，夏季水汽充沛，降水量多，故夏季的连阴雨期一般称为雨季。我国绝大多数雨量集中在夏季，有明显的雨季、干季之分。,南京信息工程大学 大气科学系,全球年降水量分布,南京信息工程大学 大气科学系,云贵高原 5月下旬-10月下旬 青藏高原北部 6月中旬-10月下旬 华南沿海雨季 4月中-10月中旬长江流域 6月上旬-9月初华北、东北雨季 7月中旬-8月底 特点：雨季一般出现在夏半年，降水分布不均匀，东南部雨季出现早，结束晚，雨季中有相对干期。,南京信息工程大学 大气科学系,二、东

15、亚环流的季节变化与我国雨带活动雨带：一次降水过程中，降水量相对集中的地带；侯（旬）内平均降水量相对集中的地区。（1）雨带活动：西太平洋副热带高压脊线（北侧8-10纬度）100hPa青藏高压（北侧）副热带西风急流（南侧）东亚季风季节变化,南京信息工程大学 大气科学系,850hPa风和降水沿110-120E剖面,日降水（mm）,候平均CMAP（mm/d）,南京信息工程大学 大气科学系,5月中旬-8月下旬 雨带从南往北移5月中旬-6月上旬 华南前汛期 15N6月中旬-7月上旬 江淮梅雨 20-25N 7月中旬8月下旬 华北东北雨季 30N 华南进入后汛期 8月下旬10月上旬 雨带从北往南移9月中10

16、月上旬 淮河秋雨期，雨量小 20N 两次北跳三次停滞,南京信息工程大学 大气科学系,（2）中国暴雨的分布特征 不仅发生在沿海，而且出现在内陆;华南沿海和东南沿海的降水量极值多数由 台风引起;长江中下游和淮河流域暴雨主要由67月 梅雨锋上西南涡所引起;黄河中下游和海河流域的暴雨主要是四川 移出的西南涡和青海移出的西北涡造成；暴雨极值与地形有关，多发于暖季。,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,华南前汛期降水 江淮梅雨 华北与东北雨季降水 长江中下游春季连阴雨 行星尺度天气系统对暴雨的作用,南京信息工程大学 大气科学系,一、华南前汛期降水,华南是指武夷山-南岭以南的广西、广

17、东、福建和海南等省区区域，雨期长，雨量大，可分为两个雨季：华南前汛期：西风带环流系统与热带季风系统相互作用形成的降水华南后汛期（台风汛期）：由台风，ITCZ等热带系统造成的降水,南京信息工程大学 大气科学系,46月平均总降水量,平均暴雨量,南京信息工程大学 大气科学系,2005年6月华南发生了50年罕见的持续性致洪暴雨，造成经济和人民生命财产的重大损失，因灾直接经济损失69.7亿元。,南京信息工程大学 大气科学系,2005年6月华南特大暴雨,6月17日25日，华南和江南南部出现持续的大暴雨过程，总降雨量普遍达到100300mm，17日08时到 22日08时广东龙门降水量最高，达到1153mm，

18、并于21日08时-09时降水量达65mm。,2005年6月17日-25日累计降水,2005年6月21日24小时累计降水,广东龙门,2005年6月21日广东龙门逐时降水量,南京信息工程大学 大气科学系,1 一般特征（1）4-6月为华南前汛期，降水主要发生在 副高北侧的西风带中，5月中旬雨量迅 速增大进入盛期（2）5月中旬以前，大雨带位于华南北部，主要是锋面降水（3）5月中旬以后，受季风影响，大雨带移 至华南沿海，降水量增大，主要为暖区 降水,南京信息工程大学 大气科学系,2 华南前汛期降水特点（1）降水有两个大值带：武夷山到南岭 南麓,沿海（2）多暴雨，以6月最多（3）暖区降水，降水量比锋面降水

19、大3 5倍，局地性强，降水范围小（4）夜雨现象明显,南京信息工程大学 大气科学系,两脊一槽型特征：乌拉尔山以东的西伯利亚西部和亚洲东岸的中高纬度地区为高压脊，贝加尔湖地区为低槽,两脊一槽型,南京信息工程大学 大气科学系,两槽一脊型特征：中亚地区为脊，乌拉尔山以东的西伯利亚西部和亚洲东岸为低槽。,两槽一脊型,南京信息工程大学 大气科学系,TBB（阴影，小于-20C）500 hPa 高度场和风场0000UTC17Jun-0000UTC24Jun 2005,2005年6月17日-24日形势场及TBB演变,东亚沿岸槽逐步西伸加强，引导冷空气从东路频繁侵入华南西太平洋副热带高压偏南，经历了几次明显的增强

20、西伸到减弱东撤的过程高空槽后冷空气与副高西北侧暖湿气流持续交绥在江南中南部和华南北部武夷山-南岭一带的静止锋上不断有中尺度对流产生，并且在其南侧的暖区也有对流云的产生南海季风活跃，为华南提供了充沛的水汽输送,南京信息工程大学 大气科学系,多波型,华南前汛期暴雨500hPa环流型,南京信息工程大学 大气科学系,多波型中高纬环流呈多波状，振幅较小，在欧亚大陆范围内，高纬地区至少有2个以上的低压中心；与低压中心相对应的移动性低槽活动较为频繁；同时，南支波动也较为频繁。,南京信息工程大学 大气科学系,共同点 是西风带环流系统与热带季风系统相互作用形成的降水副热带高空西风急流北跳稳定在30N以北 副热带

21、高压脊稳定在18N附近或以南地区，华南上空为平直西风带，底层常存在南北两条低空急流 中高纬均有低槽活动，北方冷空气与活跃的东亚季风气流交汇于华南200百帕中南半岛上南亚高压控制,南京信息工程大学 大气科学系,3 锋前暖区暴雨触发机制:锋前暖区暴雨是华南前汛期暴雨的一个重要特色。边界层内侵入的浅薄冷空气 地形作用：强迫抬升和地形辐合 海陆分布的作用：海陆摩擦不同造成 的辐合；海陆风（白天海风夜里陆风）海风辐合,南京信息工程大学 大气科学系,1979年5月14日时崖县至宜昌空间剖面（实线为se(k),虚线为锋区上下界，阴影区为主要雨区）,南京信息工程大学 大气科学系,1977年6月21日雷州半岛海

22、风辐合线 双实线为辐合线，单实线为等温线，虚线为1小时变压零线（已除去日变化）,南京信息工程大学 大气科学系,二、江淮梅雨,1 概念及特点 含义：每年初夏，在湖北宜昌以东28-34N之间的江淮流域到日本南部这以狭长区域常会出现连阴雨天气，雨量很大。由于这一时期正是江南梅子的黄熟季节，故称为“梅雨”。又因此时空气湿度大，温度高，百物极易受潮霉烂，因而又有“霉雨”之称。,南京信息工程大学 大气科学系,1979-2008年梅雨期（6月20日-7月10日）降水量分布（单位：mm）,南京信息工程大学 大气科学系,2 梅雨的气候特征（1）天气特征：长江中下游多阴雨天气，雨量充沛，相对湿度很大，日照时间短，

23、降 水一般为连续性，但常间有阵雨或雷雨，有 时可达暴雨程度。,南京信息工程大学 大气科学系,（2）出入梅时间：典型梅雨 入梅：6月中旬 6日-15日 梅雨期长约20至24天左右 出梅：7月上旬 6日-10日,南京信息工程大学 大气科学系,入梅日距平,出梅日距平,梅雨长度距平,南京信息工程大学 大气科学系,早梅雨 早梅雨是出现于5月份的梅雨,平均开始日期为5月5日，梅雨天数平均为14天,它的主要天气特征与典型梅雨相同,不同的是梅雨期较早出梅后主要与带不是北跃而是南退,以后雨带如果再次北跃,就会出现典型梅雨。,南京信息工程大学 大气科学系,（3）梅雨的年际变化：表现在梅雨的起讫时间、长度差异和梅雨

24、雨量、地区分布差异这两个方面。丰梅类（占30%）枯梅类（占20%）雨带类（占50%）,南京信息工程大学 大气科学系,1885-2008年NCC 5站降水距平(Rmean=256mm),五个代表站：上海、南京、芜湖、九江、汉口,南京信息工程大学 大气科学系,3 环流特征 副高西伸北跳，控制华南地区，整个东亚环流完成了从春到夏的调整，雨带同时北跳，华南汛期结束，江淮梅雨开始，印度季风爆发，副热带西风急流从印度北部跳到高原北部，100hPa反气旋轴线北跳到34N。梅雨的开始与这个地区稳定而持续的西南季风的建立一致。,南京信息工程大学 大气科学系,（1）高层：江淮上空维持一个强大的暖性 反气旋（南亚高

25、压）,1973年6月2125日08时200hPa候平均图（虚线为200hPa与500hPa的高度差）,南京信息工程大学 大气科学系,（2）中层（500hPa)：副热带地区：西太平洋副高呈带状分 布,其脊线从日本南部一直伸向我国 华南，略呈东北-西南走向，120E 处的脊线位置稳定在22N左右。,南京信息工程大学 大气科学系,中纬度地区：巴尔喀什湖及东亚东岸（河套到朝鲜之间）建立了两个稳定 浅槽。高纬度地区：为阻高活动区 阻高类型可分为三类：（50-70N）单阻型、双阻型、三阻型,南京信息工程大学 大气科学系,单阻型：阻高位于贝加尔湖北方。,南京信息工程大学 大气科学系,双阻型（标准型）：西阻高

26、位于乌拉尔山附 近，东阻高在雅库茨克附近。,南京信息工程大学 大气科学系,三阻型：东阻高位于亚洲东部勒拿河、雅库次克一带；西阻高位于欧洲东部；中阻高位于贝加尔湖西北方。,南京信息工程大学 大气科学系,(3)低层：在850百帕或700百帕上为 江淮切变线，切变线之南有与之 近乎平行的低空西南风急流，有 时切变线上有西南涡东移。,南京信息工程大学 大气科学系,1973年6月22日08时850hPa流线分析（粗实线为切变线或辐合线，双线箭头为低空急流轴，虚线为等风速线）,南京信息工程大学 大气科学系,梅雨期各层环流概略图,南京信息工程大学 大气科学系,地面：地面图上江淮流域有静止锋停滞，若 500百

27、帕平直西风带上有较弱的低槽 东移，则在低空常有西南涡与之配合 沿切变线东移，在地面上引起静止锋 波动产生江淮气旋。中纬西风带上有较强的低槽东移时，静止锋波动能发展为完好的锋面气旋,南京信息工程大学 大气科学系,4 江淮梅雨锋结构特点梅雨锋：梅雨期间的静止锋，称为梅雨锋。它是夏季季风气流和极地气团或变性极地大陆气团之间的辐合线，具有热带辐合带性质。特点：锋面两侧水平温度梯度小，湿度梯度较大。,南京信息工程大学 大气科学系,8500hPa温度（实线）和比湿（虚线）沿110E的时间纬度剖面图,南京信息工程大学 大气科学系,（a）,南京信息工程大学 大气科学系,（b）,南京信息工程大学 大气科学系,原

28、因：锋面北侧大陆增暖较锋前快：变性冷高压控制，气流下沉干绝热增温，抵消了冷平流的降温作用;锋前低层增温大于高层：辐射使地面增温，通过感热加热使大气增温。,南京信息工程大学 大气科学系,1991年5月19日-7月13日降水量图（单位：毫米）,左上图为同期长江中下游5个代表站各站降水量与该站同期常年降水量（斜线区）的比较,南京信息工程大学 大气科学系,月平均高度场,1991年6月北半球500hPa位势高度与矩平,南京信息工程大学 大气科学系,1991年6月北半球500hPa位势高度与矩平,距平场,南京信息工程大学 大气科学系,三、华北和东北雨季降水,7月中旬至8月下旬，江淮梅雨期结束，雨带移至华北

29、和东北地区形成本地区雨季。对应副热带高压的再次北跳（副高脊位于28-30N），并到达最北位置，热带辐合带也到达20N。,南京信息工程大学 大气科学系,1、气候概况（1）降水强度大，持续时间短;（2）降水的局地性强，年际变化大;（3）降水时段集中;（4）暴雨与地形关系密切。,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,2、环流特征（1）东高西低或两高对峙,（a）,南京信息工程大学 大气科学系,（2）贝加尔湖形成阻高，三高并存,（b）,南京信息工程大学 大气科学系,（3）北方形成高压坝，北上台风深入内 陆受阻停滞或切断冷涡稳定少动,（c）,南京信息工程大学 大气科学系,3、产生特大

30、暴雨的关键系统日本海高压（1）作用：阻挡低槽的东移，并和槽后青海高压脊 对峙形成南北向切变线，使西南涡在此 停滞；日本海高压南侧的东或东南气流可向华 北地区输送水汽.,南京信息工程大学 大气科学系,（2）日本海高压的形成 大陆高压东移经过河套、华北地区到 达海上，稳定后形成日本海高压.副高北移或西伸进入日本海，形成日 本海高压.以上两者的结合（3）性质：具有副热带高压的性质，为深厚的暖性高压系统,南京信息工程大学 大气科学系,四、长江中下游春季连阴雨,1、特点：34月我国长江中下游各省出现的持续57天或10天以上的阴雨天气，有时一次接着一次，致使阴雨天气持续一个月以上。低温阴雨。,南京信息工程

31、大学 大气科学系,850hPa风和降水沿110-120E剖面,日降水（mm）,候平均CMAP（mm/d）,南京信息工程大学 大气科学系,2、环流型：欧亚阻高型 北方大低涡型 均为南支急流与北支急 流上槽脊位相不同造成,南京信息工程大学 大气科学系,（a）欧亚阻高型500hPa形势,南京信息工程大学 大气科学系,（b）北方大低涡型500hPa形势,南京信息工程大学 大气科学系,五、行星尺度天气系统对暴雨的作用,暴雨是各种天气尺度系统相互作用的结果，尤其是特大暴雨或持续性暴雨都是在几种尺度的天气系统（行星尺度、天气尺度、中小尺度）明显有相互作用的情况下，大系统制约和孕育小系统的发生和发展，小系统产

32、生以后成长壮大，反过来对大系统起作用，使整个暴雨系统能继续维持和加强。,南京信息工程大学 大气科学系,大范围行星尺度系统制约了天气尺度系统和中间尺度系统的活动，天气尺度系统又制约了直接造成暴雨的中尺度系统的发生和发展移动，而中尺度系统又决定着小尺度的活动。另一方面，中小尺度系统的反馈作用又可使天气尺度系统得到维持和加强。这反过来又影响中尺度天气系统活动的强度。,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,1、行星尺度天气系统含义：水平尺度3000公里-8000公里的天气系统，包括副高、阻塞高压、长波槽脊、热带辐合带（ITCZ）、高空急流、洋中槽等。分为：稳定纬向型 稳定经向型,

33、南京信息工程大学 大气科学系,行星尺度天气系统只能控制影响暴雨的天气尺度系统，其本身并不能决定会否有暴雨出现。在同一种行星波形势下，有时会产生暴雨，有时不会，这必须结合天气尺度系统和中尺度系统分析，因为行星尺度系统只起着提供有利于暴雨发生的环流背景。,南京信息工程大学 大气科学系,2、对暴雨的作用 影响和制约天气尺度系统 影响天气尺度系统的移动速度 影响天气尺度系统的强度变化 使影响暴雨的天气尺度系统能重复 出现，造成持续性暴雨 造成不同尺度天气系统的相互作用,南京信息工程大学 大气科学系,决定暴雨区的水汽来源或水汽通道，将 南海、孟加拉湾和太平洋的水汽不断向 暴雨区输送 大致决定了雨带发生的

34、地点、强度和持 续时间：大范围雨区一般出现在长波槽 前,南京信息工程大学 大气科学系,3、几种行星尺度系统的具体作用 1.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,南京信息工程大学 大气科学系,2.阻塞高压阻塞高压 乌山阻高 雅库次克-鄂霍茨克海阻高 贝加尔湖阻高 3.副热带高压 4.热带环流,南京信息工程大学 大气科学系,西风带环流：以长波系统或阻塞系统为主，移动缓慢，变化比较小 使中高纬度的环流形式在一定时期内保持 相对稳定 使引起暴雨的天气尺度系统在同一地区多 次出现，或者造成天气尺度系统出现停滞,南京信息工程大学 大气科学系,当长波系统出现强烈发展，

35、大尺度形势经向度大。使得北方冷空气可以到达较低的纬度，暖空气到达很北的纬度，同时较低纬度的气旋性系统可向北方移动,南京信息工程大学 大气科学系,副热带系统：同我国暴雨关系密切。副高的位置决定了水汽通道，水汽常沿副高西侧 的南风或副高西南侧的东南风输送，当副高西北侧或南侧低空有偏南风出现时，水汽输送更强,对流层上部青藏高压的活动对暴雨影响也很显著，当它东移时，会与副高打通，阻挡台风或西南涡北上，造成台风或西南涡的停滞或少动,南京信息工程大学 大气科学系,热带环流系统：是暴雨的主要水汽来源。尤其盛夏华北暴雨场出现在热带辐合带和台风北上的时期。ITCZ北上时，副热带高压也北上。孟加拉湾风暴或低压能将

36、大量水汽输送到我国西南地区。,南京信息工程大学 大气科学系,3.3降水的天气尺度系统,降水天气系统指具备降水条件、伴随降水 过程的天气系统。它分为：天气尺度系统，降水以中小雨为主 中小尺度系统，以较强降水为主天气尺度系统包括：锋面、气旋、高空槽、低空切变线、高空冷涡、低空低涡、低空急流、台风及东风波等，尺度一般在1000-3000公里,南京信息工程大学 大气科学系,切变线 低空低涡 高空冷涡 低空急流 高空槽（短波槽）锋面气旋 天气尺度系统对暴雨的作用,南京信息工程大学 大气科学系,一、切变线1 含义：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。,南京信

37、息工程大学 大气科学系,2.季节变化：,南京信息工程大学 大气科学系,3.江淮切变线 类型：冷锋式切变线 暖锋式切变线 静止锋式切变线,南京信息工程大学 大气科学系,低涡与切变线（虚线为产生低涡前的切变线）,南京信息工程大学 大气科学系,4.江淮切变线的降水（1）大多数江淮切变线过程都能带来暴雨.（2）降水区多位于地面锋线的北部、700百 帕切变线以南地区。（3）风速偏南分量越大，而锋面坡度愈陡，则上升运动愈强，降水量愈大。（4）冬半年多连续性降水，雨区较宽而雨量 较小；夏半年常出现雷阵雨，降水区窄 而降水量大。,南京信息工程大学 大气科学系,5.江淮切变线的形成 700百帕槽线在移动过程中，

38、南端受副高阻挡，槽线停滞或移动缓慢，而北端则继续东移，使槽线顺转而成为东西走向的切变线。,南京信息工程大学 大气科学系,6.江淮切变线的移动（1）高空槽加深，地面气旋发展，槽后切 变线南移。（2）冷锋式切变线南移，暖锋式切变线北 移，有西南涡沿切变线东移，切变线 经历南北摆动。（3）西太副高脊加强北上，整个切变线北 抬；反之，南移。,南京信息工程大学 大气科学系,7.江淮切变线的转换（1）含义：旧的切变线消失，新的切 变线建立过程，即切变线的新陈 代谢过程。（2）过程:,南京信息工程大学 大气科学系,（a）,南京信息工程大学 大气科学系,（b）,南京信息工程大学 大气科学系,（c）,南京信息工

39、程大学 大气科学系,8.切变线的消失(1)切变线南移逆转为西风带低槽而消失(2)切变线北方小高压合并于副热带高压 而消失,（c）切变线逆转为低槽,南京信息工程大学 大气科学系,二、低空低涡：指存在于地面2-3公里上 空的闭合小低压，包括西南涡、西北 涡、高原涡等 1.西南涡 含义：一般指形成于四川西部地区，700（或850）百帕上的具有气旋性环流的闭合 小低压，直径一般在300-400公里左右。,南京信息工程大学 大气科学系,1958年3月21日700hPa图,南京信息工程大学 大气科学系,2.西南涡的形成(1)地形的作用 背风坡的减压作用 绕流与侧向摩擦作用(2)500百帕上有高原槽东移，槽

40、前正 涡度平流造成低层减压(3)700百帕上有辐合气流的环流形势,南京信息工程大学 大气科学系,3.西南涡的移动(1)西南涡移出的年平均频数占其总数的41%(2)移动路径:向东南移动经贵州、湖南、江西、福 建出海，有时会影响到广西、广东；沿长江东移入海；向东北方向移动，经陕西、华北地区 出海，有时甚至可进入东北地区。,南京信息工程大学 大气科学系,(3)与太平洋高压的关系:东亚沿海大槽显著发展，太平洋高 压位置偏南，低涡多向东南方向移动；东部无大槽，太平洋高压较强，低 涡多向东北方向移动；太平洋高压强度较弱或正常，低涡 都向正东方向移动。,南京信息工程大学 大气科学系,(4)西南涡的移向与相应

41、的500百帕面上 气流方向基本一致，但略偏南些；移 速则为500百帕面上风速的50%-70%；(5)位于切变线上的西南涡，常沿切变线 东移。,南京信息工程大学 大气科学系,4.西南涡的发展（1）冷空气从低涡的西部或西北部侵入，低涡东移发展；冷空气从东或东北部侵入低涡，则使 西南涡的气旋式环流减弱，使低涡填塞。（2）500百帕上青藏高原低槽发展东移，有 利于西南涡的东移和发展。,南京信息工程大学 大气科学系,5.西南涡的天气(1)低涡在原地时,可产生阴雨天气；低涡移出时，95.5%有降水，雨区 主要分布在低涡的中心区和低涡 移向的右前方。(2)低涡天气有日变化，一般夜间或 清晨比白天坏些。,南京

42、信息工程大学 大气科学系,(3)西南涡发展东移时，雨区也扩大东 移，降水强度增加，同时引起地面 锋面气旋的发生发展，大风、低 云、恶劣能见度等也随 之出现。,南京信息工程大学 大气科学系,西南涡中的变压分布,南京信息工程大学 大气科学系,三、高空冷涡 1 含义：高空冷涡是大尺度的环流系统，从低空到高空都有表现，是比较深厚的 系统，如东北冷涡、华北冷涡等。,南京信息工程大学 大气科学系,2 东北冷涡 含义：指我国东北附近地区具有一定强度（闭合等高线多于两根）、能维持34天、且有深厚冷空气（厚度至少达300400百帕）高空的气旋性涡旋，出现时间以56月为最多，8月和3、4月为最少。,南京信息工程大

43、学 大气科学系,南京信息工程大学 大气科学系,3.东北冷涡的发生发展过程 高空西风槽加深，槽的南部断 离母体而形成冷涡（与切断低 压形成相同）两个或更多的低压北上与东北 低压合并，于是高空槽充分加 深形成冷涡,南京信息工程大学 大气科学系,东北冷涡形成过程,南京信息工程大学 大气科学系,4.东北冷涡的天气具有不稳定的特点 冬季：持续性低温天气，出现冰晶结构低 云，可以有很大的阵雪 夏季：对流性不稳定，常造成雷阵雨天气,南京信息工程大学 大气科学系,四、低空急流1.定义：是与夏季强降水相联系的、位于600-900百帕之间的水平动量相对集中的气流带。日常工作中常把850或700百帕等压面上，风速1

44、2米/秒的西南风极大风速带称为低空急流。,南京信息工程大学 大气科学系,2.特征：水平方向：急流两侧有较强的风速水平切变垂直方向：a.具有风速极大值，急流上下均有明显的风 速垂直切变，主要存在于夏季，与暴雨相联系；,南京信息工程大学 大气科学系,b.急流上下风速均随高度减少，只是在急流之上随高度减弱较慢或风速上下几乎相等，主要存在于冬半年与强降水（雪）相联系，出现次数较少。超地转特性,南京信息工程大学 大气科学系,3.环流背景与结构（1）低空急流的位置 低层：850或700百帕 位于副高西侧或北侧，它的左侧经常有低空切变线和低涡活动。高层：200百帕 位于高空西风急流入口区的右侧或南亚高压东部

45、脊线附近。,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,（2）雨区位置：低空急流左侧低空切变线右侧（3）低空急流的走向 5、6月份:低空急流呈东西向或东北东-西南西向，吹WSW风。7、8月份:低空急 流呈南北向或东北-西南向，吹S风或SW 风。南方低空急流多呈纬向型，北方的低空 急流多呈经向型。,南京信息工程大学 大气科学系,4.LLJ的形成和维持机制（1）经向垂直反环流与LLJ的形成和维持 高空急流入口区的右侧，高空辐散，低层气压降低，偏北气流沿南亚高压东侧吹至JE的北侧辐合下沉。由于高空辐散，低层减压，副高北侧气压梯度加大，辐合上升并有西南涡生

46、成，同时气压梯度力做功使气流加速，西南风增同时经向垂直反环流形成。,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,(2)经向垂直正环流与LLJ的形成 若高层有南支槽，槽前有 高空辐散，辐散气流向北流动，气压力做功使西南风加强，从而加强高空西风急流，并在高空西风急流的北侧（即急流入口区的左侧）下沉，向南流，汇入暴雨区的上升气流，构成一个经向垂直正环流。,南京信息工程大学 大气科学系,南京信息工程大学 大气科学系,5.低空急流与暴雨（1）低空急流的出现有利于暴雨的形成 输送水汽，水平水汽通量辐合 输送暖湿气流，导致大气产生不稳 定层结 产生上升运动（2）暴雨产生于低空急流的左前方（2

47、00公里）（3）低空急流与暴雨相互作用经 向垂直环流与暴雨的相互作用,南京信息工程大学 大气科学系,6.低空急流的活动 华南前汛期的低空急流可分为三类：(1)南移类(2)北移类(3)复合类,南京信息工程大学 大气科学系,高空槽（短波槽）1 后倾槽,南京信息工程大学 大气科学系,2 前倾槽,南京信息工程大学 大气科学系,锋面气旋暖锋 锋的摩擦辐合上升 锋面强迫抬升 高空槽前系统性上升 负变压的辐合上升 降水区在锋前槽前冷锋 锋的摩擦辐合上升 锋面抬升 高空槽前系统性上升 正变压的辐散下沉 降水区在锋后,南京信息工程大学 大气科学系,3 槽后冷锋锋的摩擦辐合上升锋的强迫抬升高空槽后系统性下沉正变压

48、的辐散下沉 降水区在锋前（不稳定）4 暖区 摩擦辐合作用小，高空槽前系统性上升，降水小或无降水。,南京信息工程大学 大气科学系,七 天气尺度系统对暴雨的作用 1 制约形成暴雨的中尺度系统的活动,可提供中尺度天气系统生成的条件或环境场,如：在天气尺度系统中上下层不同性质的平流造成位势不稳定层结天气尺度的上升运动是中尺度系统发生的触发条件（促成不稳定能量释放的触发条件）对中尺度系统起组织和增强作用决定中小尺度移动的方向（中小尺度系统生成后,一般沿对流层中层（700或500百帕）气流移动）,南京信息工程大学 大气科学系,2 造成暴雨区的水汽集中 低空大范围的水平辐合场，可造成水汽辐合，使暴雨区水汽有

49、集中的趋势，为暴雨的发生提供充足的水汽条件大尺度辐合场中的上升运动使湿层增厚。,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,3 对暴雨作用的天气尺度系统的活动特点（1）当天气尺度系统强烈发展或停滞摆 动时，易造成较强而持续的暴雨（2）各种天气尺度系统的迭加会使降水 量加大（3）在稳定的环流形势下，天气尺度系 统沿同一路 径移动，若干个系统 重复作用，形成持续性特大暴雨,南京信息工程大学 大气科学系,3.4 暴雨中尺度系统,中尺度天气系统：是直接产生暴雨的天气系统，水平尺度10-300km，生命史几小时，地面辐合量级 降水强度可达10mm/小时。是直接产生暴雨的天气系统，垂直运动

50、强，辐合量级大，有明显的位势不稳定层结，可造成强烈的暴雨，对积云对流活动有明显的组织增强作用。,南京信息工程大学 大气科学系,中尺度雨团 中尺度雨带 中尺度系统的不稳定发展及触发条件 暴雨中尺度系统的触发条件,南京信息工程大学 大气科学系,一 中尺度雨团 中尺度雨团是由10公里左右的降水单体所组成的，并伴有 的低空辐合，这就是说，中尺度雨团是由中尺度扰动将小尺度的积云对流组织而成。在雷达平面位置显示器上表现为由明亮的回波单体组成的中尺度回波团。在距离高度显示器上则表现为柱状回波。据分析，与中尺度雨团相配合的中尺度系统有中尺度低压（或负变压中心）、气旋性辐合中心、辐合线和切变线等。,南京信息工程