災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)之一 強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)

4.1強(qiáng)對(duì)流天氣的定義和時(shí)空分布4.1.1定義和標(biāo)準(zhǔn)劃分短歷時(shí)強(qiáng)降水與一般性暴雨不同，短歷時(shí)強(qiáng)降水突出的是一個(gè)"短"字。一般的暴雨是指24h降水量為50mm；而對(duì)于短歷時(shí)強(qiáng)降水，一般指連續(xù)1h降水量R≥20mm，降雨強(qiáng)度（雨強(qiáng)）較大的降水。2007年7月18日山東濟(jì)南特大暴雨，3h降水量達(dá)到153.1mm；

2004年7月10日，北京出現(xiàn)20年來(lái)罕見(jiàn)的暴雨，豐臺(tái)氣象站1h降水量達(dá)到52mm；

2008年8月25日，上海遭遇強(qiáng)暴雨襲擊，徐匯區(qū)自動(dòng)站1h降水量為117.5mm，創(chuàng)下1872年有氣象記錄以來(lái)的最大值。到52mm；

短歷時(shí)強(qiáng)降水常常造成城市積澇，交通嚴(yán)重?fù)矶?。發(fā)生在山區(qū)的短歷時(shí)強(qiáng)降水甚至?xí)斐缮胶椤⒛嗍?、滑坡等?zāi)害，造成重大傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。如2005年6月10日沙蘭鎮(zhèn)暴雨造成的山洪災(zāi)害，2010年8月7日舟曲暴雨造成的特大泥石流災(zāi)害。52mm；

冰雹降雹過(guò)程的強(qiáng)弱，常常用冰雹直徑大小和單位面積內(nèi)雹粒多少來(lái)衡量。一般將降雹分為弱、中、強(qiáng)三類：弱降雹指冰雹直徑D≤10mm，輕微災(zāi)害；中等強(qiáng)度的降雹指冰雹直徑10mm＜D≤20mm，且有大風(fēng)報(bào)告，災(zāi)害程度中等；強(qiáng)降雹的指冰雹直徑D＞20mm，且有大風(fēng)報(bào)告，災(zāi)害程度較為嚴(yán)重，俗成"大雹"。2003年4月12日9:30—22:00，江西出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣，最大冰雹直徑達(dá)30mm，密度為每平方米500多個(gè)，并伴有雷雨大風(fēng)，瞬時(shí)風(fēng)速為30m/s。冰雹對(duì)農(nóng)作物及果樹(shù)等造成極大破壞，損失慘重。

2005年5月31日14:00—15:00冰雹自西向東橫掃北京城區(qū)，南郊觀象臺(tái)最大雹塊直徑達(dá)50mm，冰雹的最大平均重量為37g，為歷史罕見(jiàn)，造成近9萬(wàn)人受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失4000余萬(wàn)元。

雷暴大風(fēng)在出現(xiàn)雷雨天氣時(shí)，凡觀測(cè)站出現(xiàn)≥17m/s或風(fēng)自記中出現(xiàn)≥17m/s記錄的（即7級(jí)以上大風(fēng)）確定為對(duì)流性強(qiáng)風(fēng)。為了與系統(tǒng)性大風(fēng)區(qū)別，這類大風(fēng)常被稱作"雷暴大風(fēng)"或"雷雨大風(fēng)"。2004年7月12日17:30—19:30，上海市發(fā)生了由颮線造成的雷暴大風(fēng)，全市大多數(shù)自動(dòng)站均觀測(cè)到12m/s以上的大風(fēng)，其中青浦區(qū)商塌鎮(zhèn)17:38最大陣風(fēng)達(dá)29m/s(11級(jí))，造成人員傷亡和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

2006年4月28日14:00—20:00，山東省臨沂等6市出現(xiàn)雷暴大風(fēng)，濟(jì)南和臨沂的局部風(fēng)力達(dá)到28m/s（10級(jí)）。大風(fēng)造成農(nóng)作物倒伏和果樹(shù)落果，輸電、高空設(shè)施受損，房屋毀壞，直接經(jīng)濟(jì)損失約9669萬(wàn)元。強(qiáng)雷電與其它強(qiáng)對(duì)流天氣相比，雷電是最常見(jiàn)的，時(shí)常伴隨冰雹、對(duì)流性大風(fēng)、短歷時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)。雷電（或閃電）分為云地閃和云間閃。目前我國(guó)多數(shù)閃電定位系統(tǒng)只能監(jiān)測(cè)云地閃（如ADTD型閃電定位系統(tǒng)），只有少部分閃電定位系統(tǒng)可以同時(shí)監(jiān)測(cè)云地閃和云間閃（如SAFIR3000型閃電定位系統(tǒng)）。在沒(méi)有科學(xué)的探測(cè)雷電設(shè)備之前，"電閃雷鳴"的觀測(cè)是依據(jù)觀測(cè)員的耳聽(tīng)眼看，因此，雷電的落區(qū)和強(qiáng)度很難準(zhǔn)確判定。目前，閃電定位系統(tǒng)已經(jīng)可以較準(zhǔn)確地給出雷電的位置和次數(shù)；大氣電場(chǎng)儀能夠給出雷電發(fā)生時(shí)段大氣電場(chǎng)的變化。目前由于雷電探測(cè)數(shù)據(jù)的精度受設(shè)備儀器本身精度的限制，不同地區(qū)的數(shù)據(jù)很難在一起比較；但是，就某一地區(qū)而言，用雷電頻數(shù)（即某一時(shí)間內(nèi)雷電個(gè)數(shù)）或密度（即單位面積內(nèi)的雷電個(gè)數(shù)）來(lái)衡量雷電強(qiáng)度是可行的。按行政區(qū)，如2007年8月8日陜西中部超強(qiáng)雷暴天氣，10min地閃數(shù)超過(guò)1100次，是陜西有雷電記錄以來(lái)最強(qiáng)的一次，造成2人雷擊身亡。就對(duì)流系統(tǒng)整體而言，2004年9月6日京津冀地區(qū)強(qiáng)雷暴過(guò)程，在MCS內(nèi)地閃最活躍階段每6min內(nèi)測(cè)得地閃次數(shù)218個(gè)；最大地閃密度（單位網(wǎng)格大?。?′×5′）36個(gè)/格6min。隱藏4.1.2時(shí)空分布特征由于雷電是強(qiáng)對(duì)流天氣中最普遍的、最常見(jiàn)的、最基本的現(xiàn)象之一，因此可以通過(guò)雷電在我國(guó)的地理分布，了解強(qiáng)對(duì)流天氣的分布。

詳情進(jìn)入圖4.1是衛(wèi)星觀測(cè)的1995—2005年閃電密度分布圖（網(wǎng)格為0.5o×0.5o的閃電密度分布），反映了以下主要特征：

⑴中國(guó)陸地東部濕潤(rùn)地區(qū)為閃電密度高值區(qū)，閃電密度隨緯度升高而下降；西部寒旱地區(qū)則是閃電密度的低值區(qū)；廣西、廣東、云南、四川、江西、臺(tái)灣等省為閃電高密度省。

⑵閃電密度高值帶與中尺度地形（山脈高度、尺度、走向）有關(guān)。在西部地區(qū)，高值帶主要分布在祁連山南麓青海湖地區(qū)、天山向西的伊犁河谷以及唐古拉山與念青唐古拉山兩山之間的盆地；而在東部地區(qū)，高值區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)在南北或東北-西南走向、海拔500～1500m的中尺度山脈和丘陵地區(qū)附近。

⑶在海濱100km內(nèi)的海陸過(guò)渡帶上，平均閃電密度隨海陸距離增加而升高，從南到北，在一系列有山體和丘陵地形隆起的大城市等地區(qū)出現(xiàn)閃電密度高值中心，這和海陸風(fēng)、山谷風(fēng)或與城市熱島效應(yīng)相互作用有關(guān)（馬明等2004）。

對(duì)于特殊地理位置的小區(qū)域而言，閃電的時(shí)空分布具有特殊性。閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)地閃活動(dòng)在1d內(nèi)的分布情況冰雹天氣的空間分布就我國(guó)冰雹天氣的時(shí)間分布看：按照中央氣象臺(tái)目前業(yè)務(wù)中常用的劃分標(biāo)準(zhǔn)，將全國(guó)分為8個(gè)區(qū)，分別為新疆、西北地區(qū)東部、華北、東北、青藏高原，西南地區(qū)東部、長(zhǎng)江中下游和華南。圖4.5給出了不同地區(qū)各月冰雹日數(shù)占全年冰雹日的比例。對(duì)全國(guó)而言，冰雹日主要集中在5－9月，這5個(gè)月的總冰雹日占全年冰雹日的84％，其中又以6月為冰雹盛行月。在35?N以北的四個(gè)區(qū)域，冰雹日也主要集中在5－9月，均占全年冰雹日的88％以上，且亦以6月居多。其中新疆、西南地區(qū)東部和華北冰雹日的季節(jié)變化呈單峰型；而東北地區(qū)冰雹日的季節(jié)變化為雙峰型，5－6月為冰雹多發(fā)期，7－8月減少，9月冰雹日又有所增加。在35?N以南的地區(qū)，冰雹日分布情況有很大不同。在青藏高原地區(qū)，雖然5－9月也是一年中冰雹日數(shù)最多的5個(gè)月，但相比北方地區(qū)而言，5月的冰雹日明顯偏少，6－9月冰雹日數(shù)量整體相當(dāng)。對(duì)西南地區(qū)東部而言，整個(gè)夏半年（4－10月）的冰雹日都比較均勻，其中以5－6月和9月為最多，也呈現(xiàn)出雙峰型的季節(jié)變化特征。而在長(zhǎng)江中下游和華南地區(qū)，冰雹最多發(fā)的季節(jié)為2－4月，夏季冰雹日較少。

從冰雹在1d中出現(xiàn)的時(shí)間上看：全國(guó)平均而言，冰雹主要發(fā)生在12:00—21:00，尤其是午后至傍晚這一時(shí)段。對(duì)于35?N以北的區(qū)域及青藏高原、西南地區(qū)東部，其冰雹發(fā)生的主要時(shí)段與全國(guó)平均狀況類似。對(duì)于長(zhǎng)江中下游，冰雹發(fā)生的最多時(shí)段雖然也集中在15:00—18:00，但1d之中出現(xiàn)冰雹的時(shí)段相對(duì)均勻，集中時(shí)段以外其他時(shí)刻發(fā)生的冰雹頻次明顯多于其他地區(qū)。對(duì)于華南地區(qū)，冰雹也主要集中于15:00—19:00，但其他時(shí)刻冰雹發(fā)生的頻率也相對(duì)較高，僅次于長(zhǎng)江中下游地區(qū)。

除全國(guó)范圍內(nèi)冰雹分布具有明顯的特點(diǎn)，在小區(qū)域內(nèi)，冰雹的發(fā)生也具備各自的特點(diǎn)。如北京地區(qū)冰雹時(shí)空分布就具有如下時(shí)空分布特征：山區(qū)冰雹發(fā)生頻率和平均冰雹日明顯大于城區(qū)，且以西北部最大，東部和西部次之，南部最少。從時(shí)間分布來(lái)看，北京地區(qū)冰雹具有明顯的年、季、月和日變化特點(diǎn)，雖然呈現(xiàn)年際間上下波動(dòng)的不穩(wěn)定性，但20世紀(jì)80年代以來(lái)，總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；從季節(jié)來(lái)看，夏季冰雹發(fā)生占全年總站日次數(shù)的66．4％，春季19．0％，秋季14．5％，冬季0．2％；從月份來(lái)看，5—9月冰雹占全年總數(shù)的93．3％，其中6月份發(fā)生最頻繁占32．3％；按晝夜分，白天冰雹占84．3％，晚上15．7％（摘自葉彩華等2007）。4.2常見(jiàn)的中尺度對(duì)流系統(tǒng)中尺度對(duì)流系統(tǒng)MCS（MesoscaleConvectiveSystem）是強(qiáng)對(duì)流天氣的載體，泛指水平尺度為10～2000km左右的具有旺盛對(duì)流運(yùn)動(dòng)的天氣系統(tǒng)。Orlanski(1975)按尺度將MCS劃分為α、β、γ三種中尺度。α中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MαCS）水平尺度為200～2000km，β中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MβCS）為20～200km，γ中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MγCS）為2～20km。按對(duì)流系統(tǒng)的組織形式分為三類：孤立對(duì)流系統(tǒng)、帶狀對(duì)流系統(tǒng)以及圓形對(duì)流系統(tǒng)或中尺度對(duì)流復(fù)合體MCC(MesoscaleConvectiveComplex)。孤立對(duì)流系統(tǒng)有三種類型：⑴普通單體風(fēng)暴；⑵多單體風(fēng)暴；⑶超級(jí)單體風(fēng)暴。帶狀對(duì)流系統(tǒng)最典型的代表就是颮線系統(tǒng)。4.2.1MCC或圓形MCS中尺度對(duì)流復(fù)合體MCC是20世紀(jì)80年代初從增強(qiáng)顯示衛(wèi)星云圖分析中識(shí)別出來(lái)的一種α中尺度系統(tǒng)，通常是以云頂亮溫TBB（BlankBrightTemperature）≤-52℃或≤-32℃的等值線圈定的范圍作為MCC的面積。MCC的最大特征是有一個(gè)范圍廣、持續(xù)長(zhǎng)、有著近似于圓形的冷云罩，其下覆蓋的是塔狀積云、對(duì)流群或β中尺度颮線對(duì)流系統(tǒng)。MCC是一種生命期長(zhǎng)達(dá)6h以上，TBB≤-52℃的面積大于5萬(wàn)平方公里，水平尺度比雷暴和颮線大得多的近似于圓形的巨大云團(tuán)，其云頂亮溫TBB很低，有些可達(dá)-72℃以下，表明其內(nèi)部塔狀積云很高，經(jīng)常可達(dá)到十余公里。圓型的MCS雖然也有圓型的冷云罩，但其冷云罩TBB≤-52℃的面積小于5萬(wàn)平方公里或者達(dá)到這一范圍而圓型結(jié)構(gòu)維持的時(shí)間短，不足以達(dá)到MCC的生命期。

Maddox（1980）以云頂亮溫TBB≤-32℃或≤-52℃等值線包圍的區(qū)域來(lái)識(shí)別MCC，并對(duì)美國(guó)10個(gè)MCC進(jìn)行了合成分析，認(rèn)為成熟的MCC具有以下特征：

⑴在對(duì)流層中下層（700hPa附近）有從四面八方進(jìn)入系統(tǒng)的相對(duì)入流；

⑵云蓋下部最強(qiáng)的β中尺度對(duì)流系統(tǒng)通常出現(xiàn)在系統(tǒng)移動(dòng)的右后側(cè)，有時(shí)呈線狀排列，平行于系統(tǒng)移向。大面積的輕微降水和陣雨通常出現(xiàn)在強(qiáng)對(duì)流區(qū)的左邊；

⑶MCC出現(xiàn)在強(qiáng)暖平流區(qū)及低空偏南氣流最大值前沿明顯的輻合區(qū)；

⑷MCC具有對(duì)流層中層暖心結(jié)構(gòu)，在潛邊界層中是一個(gè)冷核，對(duì)流層上層是個(gè)冷核。

2003年6月22日—23日，淮河流域到長(zhǎng)江中下游地區(qū)出現(xiàn)大范圍的暴雨過(guò)程。湖北境內(nèi)出現(xiàn)大暴雨，黃陂2h雨量達(dá)到78.5mm；安徽境內(nèi)的浣縣瓦房村出現(xiàn)龍卷，持續(xù)2min。通過(guò)衛(wèi)星云圖、雷達(dá)資料等非常規(guī)資料認(rèn)識(shí)該MCC的形態(tài)（圖4.6～4.7）。

2003年6月22日—23日，淮河流域到長(zhǎng)江中下游地區(qū)出現(xiàn)大范圍的暴雨過(guò)程。湖北境內(nèi)出現(xiàn)大暴雨，黃陂2h雨量達(dá)到78.5mm；安徽境內(nèi)的浣縣瓦房村出現(xiàn)龍卷，持續(xù)2min。通過(guò)衛(wèi)星云圖、雷達(dá)資料等非常規(guī)資料認(rèn)識(shí)該MCC的形態(tài)（圖4.6～4.7）。圖4.6上的22日10:00(世界時(shí)，下同)，MCC胚胎云團(tuán)迅速擴(kuò)大，表現(xiàn)為清晰的橢圓型結(jié)構(gòu)，已經(jīng)發(fā)展為MCC。在其西面，又有小的中β尺度對(duì)流云團(tuán)D移入；22日11:00，MCC的主體部分接近圓形，而在其西面并入的對(duì)流云團(tuán)表現(xiàn)為一個(gè)長(zhǎng)的對(duì)流云帶D，與MCC主體相連。特別需要指出的是，此時(shí)在安徽發(fā)生了龍卷天氣；22日12:00，MCC主體進(jìn)一步擴(kuò)大，仍然近似圓形，而D云帶變寬。這張?jiān)茍D反映了本例MCC的幾個(gè)重要特征：

⑴西面不斷有中γ或中β尺度對(duì)流系統(tǒng)并入；

⑵最強(qiáng)中尺度對(duì)流元（MBE）位于MCC的西部，也就是說(shuō)新加入的部分；

⑶在MCC東部對(duì)流則已經(jīng)進(jìn)入衰老階段，對(duì)流相對(duì)較弱。

22日13:00，紅外云圖上明顯表現(xiàn)出兩個(gè)對(duì)流系統(tǒng)和交替過(guò)程，其中西面的對(duì)流云團(tuán)迅速發(fā)展，對(duì)流很強(qiáng)盛，而東面的對(duì)流云團(tuán)正在減弱，它是MCC的主體，而且范圍特別大。最強(qiáng)對(duì)流區(qū)位于新并入的對(duì)流云團(tuán)和東面MCC主體的西端部分；22日14:00，新并入的對(duì)流云團(tuán)迅速發(fā)展，盡管在空間尺度上比不上老的云團(tuán)部分，但已經(jīng)發(fā)展為一個(gè)α中尺度對(duì)流云團(tuán)。另外，在這個(gè)新并入的對(duì)流云團(tuán)的西端點(diǎn)，又有帶狀的β-中尺度對(duì)流云團(tuán)在發(fā)展；22日15:00，新并入的對(duì)流云團(tuán)已經(jīng)取代了老云團(tuán)成為MCC的主體對(duì)流部分，并表現(xiàn)為橢圓性外形；

22日16:00，整個(gè)MCC變成近似圓形的規(guī)則外形，而在其西面，又有多個(gè)β中和γ中尺度對(duì)流云團(tuán)在發(fā)展、東移；22日17:00和18:00，MCC發(fā)展到最強(qiáng)盛階段，紅外云圖特征表現(xiàn)為一個(gè)近似圓形的區(qū)域。在MCC西側(cè)，仍然有β和γ中尺度對(duì)流云團(tuán)在發(fā)展東移，即將并入MCC；

22日19:00以后，MCC開(kāi)始減弱。22日21:00，紅外云圖上MCC已經(jīng)表現(xiàn)為較為分散的云系結(jié)構(gòu)。

對(duì)應(yīng)紅外云圖的變化，阜陽(yáng)雷達(dá)觀測(cè)的雷達(dá)回波記錄了云罩下部MCC的結(jié)構(gòu)演變（見(jiàn)圖4.7）?；夭ê芸炀徒M成了狹長(zhǎng)的西南-東北向回波帶，回波強(qiáng)度迅速增加并向東南方向移動(dòng)，逐步逼近阜陽(yáng)，回波長(zhǎng)度進(jìn)一步加長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)阜陽(yáng)后，回波面積擴(kuò)大，但回波強(qiáng)度逐漸減弱。

不難看出，雷達(dá)和衛(wèi)星觀測(cè)到的MCC外觀不一樣。衛(wèi)星是從太空向下鳥(niǎo)瞰MCC，它觀測(cè)的是處于對(duì)流系統(tǒng)上部的冷云蓋，而雷達(dá)觀測(cè)到的是一個(gè)帶一點(diǎn)仰角的圓錐面上的情況，幾乎是平視對(duì)流云塔。我們可以推斷，在中低層是東北一西南向的線狀對(duì)流墻，在高層是一個(gè)接近球冠狀的冷云蓋。當(dāng)然，云墻是變化的，它是由β或γ-中尺度對(duì)流單體組成，這些對(duì)流單體不斷地從云墻的西端補(bǔ)充進(jìn)入對(duì)流云墻，然后一邊發(fā)展一邊東移，范圍越來(lái)越大，逐步發(fā)展為α-中尺度對(duì)流區(qū)，直到最后變成了一片層云區(qū)。隱藏4.2.2颮線為了將颮線和鋒面區(qū)分開(kāi)來(lái)，20世紀(jì)50年代后期，颮線被定義為非鋒面性狹窄的活躍雷暴帶。20世紀(jì)70年代后期，Houze和Zipser等（1977）提出，颮線是中尺度對(duì)流系統(tǒng)，由雷暴單體側(cè)向排列而成的對(duì)流區(qū)和層狀云區(qū)（云砧）組成。颮線被認(rèn)為是帶(線)狀的、深厚的對(duì)流系統(tǒng)，其水平尺度通常為幾百公里，為α或β-中尺度對(duì)流系統(tǒng)。Pa層狀型rker等（2000）提出三類颮線系統(tǒng)的主要模型，即拖曳層狀型(TS)、先導(dǎo)層狀型(LS)、平行層狀型(PS)（見(jiàn)圖4.8）。所謂的拖曳層狀型颮線就是強(qiáng)對(duì)流云帶在層狀云區(qū)的最前方；先導(dǎo)層狀型是強(qiáng)對(duì)流云帶在層狀云區(qū)的最后方；平行層狀型強(qiáng)對(duì)流云帶在層狀云區(qū)的中間。典型的颮線生命期約6～12h，遠(yuǎn)大于雷暴單體的生命期。颮線常常引起局地地面風(fēng)向突變，風(fēng)速驟增，氣壓躍升，溫度劇降，并伴有雷暴天氣，有時(shí)還出現(xiàn)冰雹、龍卷等災(zāi)害天氣。

常見(jiàn)的經(jīng)典颮線系統(tǒng)，由強(qiáng)回波組成的強(qiáng)回波墻和后部層狀回波構(gòu)成的云砧組成，云砧中常有一片回波相對(duì)較強(qiáng)的區(qū)域。云砧的上部有與環(huán)境風(fēng)相一致的氣流，下部有與上部反相的入流。颮線前方一般有中尺度低壓，稱為"颮線前低壓"，這可能與颮線前方高層的補(bǔ)償下沉氣流引起的絕熱增溫有關(guān)。由于颮線造成降水，形成雷暴小高壓，雷暴高壓后部還有中尺度低壓，它的形成與雷暴高壓后部的尾流效應(yīng)相聯(lián)系。由于颮線系統(tǒng)中強(qiáng)對(duì)流云區(qū)附近各種氣象要素的水平梯度很大，因此，當(dāng)颮線過(guò)境時(shí)，氣象要素將發(fā)生急劇的變化。流場(chǎng)特征包括中低層上升氣流的逆切變傾斜、低層暖濕空氣入流和中層干冷空氣入侵，以及颮線后方冷的下沉氣流等。一般在對(duì)流云區(qū)有著強(qiáng)烈的風(fēng)場(chǎng)輻合和強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)。

以2008年6月23日傍晚前后，造成京津冀地區(qū)強(qiáng)雷電、短歷時(shí)強(qiáng)降水、對(duì)流性大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣的颮線系統(tǒng)為例，借助于多普勒雷達(dá)，了解颮線的結(jié)構(gòu)（圖4.9）。仰角基本反射率圖垂直剖面徑向速度圖層狀回波2002年8月24日安徽省自西北向東南出現(xiàn)了一次颮線過(guò)程。全省79個(gè)測(cè)站先后有30個(gè)站出現(xiàn)17m/s以上的瞬時(shí)大風(fēng)，其中最大風(fēng)速達(dá)到26m/s，與大風(fēng)相伴的還有強(qiáng)降水或冰雹。借助加密自動(dòng)站資料了解颮線造成的氣象要素變化及其結(jié)構(gòu)。颮線中的雷暴下沉氣流將相對(duì)干的環(huán)境空氣夾卷進(jìn)去導(dǎo)致水滴蒸發(fā)使得下沉氣流降溫，下沉氣流獲得較大負(fù)浮力以較大速度沖到地面，在地面形成以很快速度推進(jìn)的冷堆，形成陣風(fēng)鋒。該快速推進(jìn)的陣風(fēng)鋒除了導(dǎo)致地面的急劇降溫和大風(fēng)外，還在其后部形成了明顯的雷暴高壓(見(jiàn)圖4.10)。

對(duì)比11:00、14:00和17:00大風(fēng)到達(dá)的位置和同一時(shí)間的3h變壓（見(jiàn)圖4.10），可以看出颮線后部一直存在明顯的雷暴高壓。系統(tǒng)影響后氣象要素的急劇變化、雷暴高壓的存在以及出現(xiàn)大范圍的大風(fēng)降溫說(shuō)明這是一次非常典型的拖曳層狀型颮線系統(tǒng)，而且過(guò)程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

颮線影響時(shí)地面溫度迅速下降，1h降溫幅度最大接近10℃，地面溫度越高的地區(qū)，降溫幅度越大。如霍山15:00溫度為37.3℃，16:00溫度下降到27.9℃，1h下降了9.4℃。同時(shí)從風(fēng)、氣壓、溫度等氣象要素的時(shí)間序列圖上清楚地顯示出在颮線經(jīng)過(guò)時(shí)氣象要素出現(xiàn)了突變，風(fēng)向突變，風(fēng)速突然加大、溫度下降，氣壓陡升（見(jiàn)圖4.11）。

隱藏4.2.3超級(jí)單體"超級(jí)單體"顧名思義就是比通常的成熟單體更巨大、更持久并帶來(lái)更為強(qiáng)烈的天氣而且它具有一個(gè)近于穩(wěn)態(tài)的、有高度組織的內(nèi)部環(huán)流并與環(huán)境風(fēng)的垂直切變有密切關(guān)系。超級(jí)單體風(fēng)暴可以指孤立的超級(jí)單體風(fēng)暴，也可以指包括超級(jí)單體在內(nèi)多個(gè)單體構(gòu)成的風(fēng)暴，其中超級(jí)單體占支配地位。水平尺度在幾十公里，一般是β-中尺度對(duì)流系統(tǒng)，生命期為幾十分鐘到幾小時(shí)。近年來(lái)，隨著多普勒天氣雷達(dá)的普及，人們發(fā)現(xiàn)典型的超級(jí)單體風(fēng)暴具有以下主要特征（下列特征滿足2個(gè)體掃）：⑴在水平反射率圖上，有鉤狀、螺旋狀、逗點(diǎn)狀回波，常有"三體散射"現(xiàn)象。

⑵有"V"型缺口。前側(cè)"V"型缺口表明強(qiáng)的入流氣流進(jìn)入上升氣流；后側(cè)"V"型缺口表明強(qiáng)的下沉氣流，并可能伴有破壞性大風(fēng)。

⑶有有界弱回波區(qū)（BWER），在RHI顯示時(shí)有穹隆，它的水平尺度5-10km，弱回波區(qū)經(jīng)常呈圓錐形，伸展到整個(gè)風(fēng)暴的三分之一到一半的高度，穹窿是風(fēng)暴中上升氣流很強(qiáng)的地方，上升速度達(dá)到25～40m/s，甚至60m/s。由于上升氣流強(qiáng)，水滴尚未來(lái)得及增長(zhǎng)便被攜帶到高空，形成弱回波。徑向速度圖上看到，有正負(fù)速度對(duì)，有一個(gè)持久深厚的中氣旋存在。在距雷達(dá)130km處，轉(zhuǎn)動(dòng)速度≥19m/s。

⑷超級(jí)單體在徑向速度圖上常有中氣旋（正負(fù)速度對(duì)）存在。

圖4.12為L(zhǎng)emon（1977）提出的雷暴內(nèi)上升氣流強(qiáng)弱的概念模型。

⑴對(duì)應(yīng)非強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴。此時(shí)，上升氣流強(qiáng)度不大，高中低層反射率因子高值區(qū)在垂直方向上相互重疊，沒(méi)有傾斜，低層反射率因子四周梯度均勻，風(fēng)暴頂位于低層反射率因子區(qū)域的中心，垂直剖面上沒(méi)有弱回波區(qū)或有界弱回波區(qū)。

⑵對(duì)應(yīng)非超級(jí)單體強(qiáng)風(fēng)暴。此時(shí)，低層反射率因子等值線在入流的一側(cè)出現(xiàn)很大的梯度，風(fēng)暴頂位于低層反射率因子在入流一側(cè)的強(qiáng)梯度區(qū)之上，中層回波強(qiáng)度輪廓線的靠低層入流一側(cè)的下部出現(xiàn)弱回波區(qū)。也就是說(shuō)，回波自低往高向低層入流一側(cè)傾斜，呈現(xiàn)出弱回波區(qū)和弱回波區(qū)之上的回波懸垂結(jié)構(gòu)。

⑶對(duì)應(yīng)超級(jí)單體風(fēng)暴。此時(shí)，風(fēng)暴低層反射率因子出現(xiàn)明顯的鉤狀回波特征，入流一側(cè)的反射率因子梯度進(jìn)一步增大，中低層出現(xiàn)明顯的有界弱回波，其上為回波懸垂，風(fēng)暴頂位于低層反射率因子梯度區(qū)或有界弱回波區(qū)上空。

上述概念模型代表三種不同類型風(fēng)暴的反射率因子結(jié)構(gòu)，即非超級(jí)單體非強(qiáng)風(fēng)暴、非超級(jí)單體強(qiáng)風(fēng)暴和超級(jí)單體風(fēng)暴。同時(shí)也可代表超級(jí)單體風(fēng)暴發(fā)展的三階段模型。大多數(shù)對(duì)流風(fēng)暴只發(fā)展到第一階段就消亡了，有小部分對(duì)流風(fēng)暴可以發(fā)展到第二階段，成為非超級(jí)單體強(qiáng)風(fēng)暴（大多為多單體強(qiáng)風(fēng)暴），只有極少數(shù)能夠發(fā)展到第三階段，成為超級(jí)單體風(fēng)暴。

以山東一個(gè)長(zhǎng)壽命超級(jí)單體的演變?yōu)槔私獬?jí)單體的雷達(dá)回波結(jié)構(gòu)和流場(chǎng)特征。2004年6月24日下午，山東魯西北和魯中山區(qū)部分地區(qū)遭受了歷史上罕見(jiàn)的強(qiáng)風(fēng)暴襲擊，破壞性大風(fēng)、強(qiáng)降水、冰雹等帶來(lái)了嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)和財(cái)產(chǎn)損失，涉及40多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，直接經(jīng)濟(jì)損失5億多元。冰雹大如雞蛋，最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間約20min，最厚積雹厚度達(dá)20cm，同時(shí)出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間約30min風(fēng)力達(dá)到9級(jí)以上的大風(fēng)天氣。

從反射率圖分析，2004年6月24日山東長(zhǎng)壽命超級(jí)單體發(fā)展可分為三個(gè)階段：

第一階段從風(fēng)暴形成到14:42，從多單體風(fēng)暴發(fā)展為超級(jí)單體，14:14強(qiáng)度達(dá)到70dBZ；從圖4.13a中可以看出，a1中有3個(gè)單體A0、A1、A2，a2中A0、A2減弱，A1加強(qiáng)；周圍單體減弱，使得單體A1發(fā)展成超級(jí)單體（圖4.13a3），具有弱回波區(qū)（WER）、有界弱回波區(qū)（BWER）、回波墻等特征（圖4.13a4）；最大強(qiáng)中心高度基本維持在5km以上。

第二階段（圖4.13b），即14:48—15:49，在第一階段降雹后，開(kāi)始減弱（圖4.13b1中的B1），同時(shí)其右側(cè)有新的單體形成發(fā)展（圖4.13b1中的B2），20min后合并（圖4.13b2中的B1、B2），迅速發(fā)展成為超級(jí)單體（圖4.13b3），具有WER、BWER、回波墻等特征（圖4.13b4）；最大強(qiáng)中心高度基本維持在6km以上。

第三階段（圖4.13c），即15:54到風(fēng)暴消散，與第二階段情形相同，見(jiàn)圖4.14c中的c1、c2、c3、c4；最大強(qiáng)中心高度基本維持在5km以上。

原超級(jí)單體減弱后，不斷有小單體并入而重新加強(qiáng)，形成長(zhǎng)壽命超級(jí)單體。

從不同高度反射率和平均徑向速度圖分析，可見(jiàn)超級(jí)單體具有的中氣旋、三體散射、V型缺口特征（圖4.14）。

隱藏4.2.4龍卷龍卷是大氣中最猛烈的對(duì)流風(fēng)暴。最強(qiáng)龍卷的最大風(fēng)速可能介于110～200m/s之間，由于龍卷具有高能量密度，它能在局地使機(jī)械能高度集中，破壞性極大。龍卷是強(qiáng)旋轉(zhuǎn)、長(zhǎng)而細(xì)的氣柱，其平均直徑約為100m，從積狀云延伸到地面，屬于γ-中尺度對(duì)流系統(tǒng)。當(dāng)有龍卷時(shí)，總有一條漏斗狀云柱從對(duì)流云云底盤旋而下，有的能伸達(dá)地面。在地面引起災(zāi)害性大風(fēng)的稱為龍卷；未及地或未在地面發(fā)生災(zāi)害性大風(fēng)的稱為空中漏斗；伸達(dá)水面的稱為水龍卷。龍卷生命史很短，一般為幾分鐘到幾十分鐘。龍卷中心的氣壓可低至400hPa，水平氣壓梯度為2hPa/m，約是大尺度系統(tǒng)氣壓梯度的105倍。絕大多數(shù)龍卷都是氣旋式旋轉(zhuǎn)，只有極少數(shù)龍卷是反氣旋式旋轉(zhuǎn)。

一般用Fujita等級(jí)或Fujita-Pearson等級(jí)（McDonald，2001）來(lái)確定龍卷風(fēng)的強(qiáng)度。表4.1給出了Fujita等級(jí)：

如前所述，超級(jí)單體風(fēng)暴都具有一個(gè)中層中氣旋，而龍卷往往是伴隨著低層中氣旋（1km以下）的出現(xiàn)才產(chǎn)生的。一般來(lái)說(shuō)，中層中氣旋強(qiáng)度越強(qiáng)，出現(xiàn)龍卷的概率越大，在出現(xiàn)中氣旋的風(fēng)暴中，只有20%左右的情況下會(huì)出現(xiàn)龍卷。

2005年7月30日11:38，在安徽靈璧縣韋集鎮(zhèn)發(fā)生F3級(jí)龍卷。造成15人死亡，60多人受傷，大量房屋倒塌；30日09:00，幾個(gè)對(duì)流單體逐漸發(fā)展擴(kuò)大形成對(duì)流回波帶并向東南方向移動(dòng)；10:35，在回波帶中南部2個(gè)單體發(fā)展較為旺盛，強(qiáng)度均達(dá)到65dBZ以上，最強(qiáng)達(dá)到73dBZ；11:11，2個(gè)對(duì)流單體趨于合并，在回波帶的最南端形成一橢圓形的強(qiáng)回波；11:23，圓形的反射率因子回波逐漸向“S”形演變，這是內(nèi)部強(qiáng)烈氣旋式旋轉(zhuǎn)的外在表現(xiàn)，到11:35這種旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)最為清楚。

從多普勒徑向速度場(chǎng)看，中氣旋核約11:35位于龍卷出現(xiàn)的地點(diǎn)（靈璧縣韋集鎮(zhèn)），11:41開(kāi)始回波的“S”形形態(tài)特征逐漸消失變?yōu)榻茍A形或橢圓形的回波，回波向東南偏東方向移動(dòng)進(jìn)入江蘇。按照美國(guó)Oklahoma統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，174km處旋轉(zhuǎn)速度(（Vmax-Vmin）/2)達(dá)到18.5m/s時(shí)即達(dá)到強(qiáng)中氣旋標(biāo)準(zhǔn)；

11:17最大正速度和最小負(fù)速度分別為17m/s和-24m/s，（見(jiàn)圖4.15中11:17），為強(qiáng)中氣旋；11:35，中氣旋達(dá)到最強(qiáng)（見(jiàn)圖4.15中11:35），最大正速度和最小負(fù)速度分別為32m/s和-24m/s，且正負(fù)速度對(duì)相距約6km，垂直渦度(2×(Vmax-Vmin)/D，D為最大正速度和最小負(fù)速度之間的距離)達(dá)1.87×10-2s-1，即達(dá)到1.87個(gè)中氣旋單位。

雖然龍卷出現(xiàn)地點(diǎn)離雷達(dá)相距174km，無(wú)法識(shí)別龍卷渦旋特征，但可明顯看出龍卷產(chǎn)生于一個(gè)很強(qiáng)的中氣旋內(nèi)且垂直渦度較大。2005年7月30日龍卷的中氣旋強(qiáng)核出現(xiàn)在雷達(dá)可探測(cè)的最低高度。4.3強(qiáng)對(duì)流天氣形成發(fā)展條件強(qiáng)對(duì)流天氣產(chǎn)生的基本條件是：⑴水汽條件（濕舌、低空急流、高濕度輻合）；⑵不穩(wěn)定層結(jié)條件；⑶抬升觸發(fā)機(jī)制（天氣尺度系統(tǒng)的低層輻合、低空急流、低空輻合線、負(fù)變壓、地形抬升、局地受熱不均勻）。其中水汽條件所起的作用不僅是提供成云致雨的原料，而且它的垂直分布和溫度的垂直分布，都是影響氣層穩(wěn)定度的重要因子。水汽和不穩(wěn)定層結(jié)是發(fā)生對(duì)流天氣的內(nèi)因，而抬升條件則是外因。另外，強(qiáng)雷暴需具有明顯的環(huán)境風(fēng)垂直切變（≥2.5×10-3/s），長(zhǎng)生命史的強(qiáng)雷暴還應(yīng)具有高低空急流相配合、低空逆溫層、前傾槽結(jié)構(gòu)、高空輻散、中空干冷空氣等條件，這些條件往往是產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣的必要條件。4.3.1大氣的不穩(wěn)定性和對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)雷暴或強(qiáng)風(fēng)暴系統(tǒng)是一種熱力對(duì)流現(xiàn)象，而對(duì)流運(yùn)動(dòng)的主要作用是浮力，浮力越強(qiáng)產(chǎn)生的上升運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，雷暴垂直發(fā)展越高。雷暴產(chǎn)生的充分必要條件是：大氣層結(jié)不穩(wěn)定、水汽和抬升觸發(fā)機(jī)制。所謂的大氣的層結(jié)狀態(tài)是指溫度和濕度在垂直方向上的分布。層結(jié)穩(wěn)定度則是表征這一影響的趨勢(shì)和程度。大氣的不穩(wěn)定性主要有靜力不穩(wěn)定、對(duì)稱不穩(wěn)定和切變不穩(wěn)定，預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中常用的是靜力不穩(wěn)定。靜力不穩(wěn)定判據(jù)已在第一章1.1.3中說(shuō)明，在此不再贅述。假相當(dāng)位溫沿39oN垂直剖面圖隱藏4.3.2常見(jiàn)的強(qiáng)對(duì)流天氣觸發(fā)機(jī)制天氣系統(tǒng)造成的上升運(yùn)動(dòng)在對(duì)流層中，大尺度上升運(yùn)動(dòng)雖只有1～10cm/s的量級(jí)，但持續(xù)作用時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)產(chǎn)生可觀的抬升作用，這種抬升足可以把一般的低層逆溫消除掉，雖然天氣尺度擾動(dòng)不足以對(duì)觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流做出主要貢獻(xiàn)，但天氣尺度擾動(dòng)可以使大氣熱力結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和增加垂直風(fēng)切變。系統(tǒng)性上升運(yùn)動(dòng)包括鋒面、槽線、切變線、低壓、低渦等，它們?cè)斐傻妮椇仙仙\(yùn)動(dòng)都是較強(qiáng)的，絕大多數(shù)對(duì)流性天氣都是在這些天氣系統(tǒng)中產(chǎn)生的。

中尺度天氣系統(tǒng)造成的上升運(yùn)動(dòng)近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流必須的抬升運(yùn)動(dòng)，主要不是來(lái)自天氣尺度擾動(dòng)，而是中尺度或?qū)α黠L(fēng)暴尺度過(guò)程。中尺度抬升機(jī)制來(lái)源于大氣中的各種不穩(wěn)定（如重力波不穩(wěn)定、對(duì)稱不穩(wěn)定），結(jié)構(gòu)不連續(xù)（如干線、出流邊界、風(fēng)向風(fēng)速輻合線等）。邊界層輻合線在雷暴的生成和演化過(guò)程中起重要作用。2005年6月20日山東省魯中及魯南部分地區(qū)遭受近幾十年來(lái)最嚴(yán)重的強(qiáng)冰雹襲擊，造成雹災(zāi)的超級(jí)單體風(fēng)暴是由地面輻合線觸發(fā)的（摘自刁秀廣2009）。

圖4.17給出了雷達(dá)窄帶回波及地面輻合線變化情況。12:04窄帶回波在雷達(dá)站約20km處(圖4.17a1)，平均徑向速度圖（圖4.17a2）上存在相應(yīng)的出流邊界輻合，同時(shí)在雷達(dá)站南部存在低層輻合線，對(duì)應(yīng)時(shí)次的地面圖上可以清晰地看到兩條輻合線（圖4.17a3），一條與出流邊界相對(duì)應(yīng)，一條是低層環(huán)境風(fēng)輻合線；

13:00地面圖上僅能分析出一條輻合線（圖4.17b3），13:11窄帶回波左端單體生成區(qū)有一對(duì)流單體生成(圖4.17b1、b2)；

14:17窄帶回波消失，出流邊界與先前的低層輻合帶疊加，在泰安北部單體生成區(qū)2不斷有單體生成(圖4.17c1、c2)，同時(shí)單體生成區(qū)1中的單體發(fā)展，造成雷雨天氣；

15:42單體生成區(qū)1中發(fā)展起來(lái)的單體已消散，而單體生成區(qū)2的對(duì)流單體發(fā)展成2個(gè)超級(jí)單體風(fēng)暴(圖4.17d1、d2)，之后超級(jí)單體南壓，且持續(xù)發(fā)展，造成了強(qiáng)冰雹和大風(fēng)天氣。

圖4.172005年6月20日窄帶回波及平均徑向速度和地面實(shí)況.a1、b1和c1為反射率因子19號(hào)產(chǎn)品，d1為組合反射率，a2、b2、c2和d2分別為與強(qiáng)度產(chǎn)品相對(duì)應(yīng)的0.5o仰角平均徑向速度，時(shí)間分別為12:04、13:11、14:17、15:42.a3、b3、c3為對(duì)應(yīng)的地面風(fēng)（摘自刁秀廣等2008）

在大氣不穩(wěn)定前提下，前期回波的出流邊界與局地環(huán)境風(fēng)形成輻合區(qū)，使得近地層輻合加強(qiáng)，為對(duì)流發(fā)展提供了動(dòng)力因素。

地形抬升作用山地迎風(fēng)坡的抬升作用很大，所以山地是強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)的重要源地。一般來(lái)說(shuō)，山區(qū)的強(qiáng)對(duì)流天氣比平原地區(qū)要多。地形在雷暴的生成和演化過(guò)程中也起重要作用。2006年7月9日夜間北京香山、門頭溝出現(xiàn)了局地性大暴雨，大暴雨范圍小，雨量集中，降水范圍為直徑20km，香山站2h雨量96mm（21:00—23:00）。大暴雨發(fā)生前北京南郊多普勒雷達(dá)組合反射率因子和地面自動(dòng)站測(cè)風(fēng)及北京地形對(duì)比圖(圖4.18)顯示，雷達(dá)組合反射率因子圖像上有一條清晰可辨的細(xì)條狀回波(圖4.19a)與北京西部山區(qū)與平原地形分界線(圖4.18b)的位置、走向和形狀是一致的；同時(shí)刻的地面測(cè)風(fēng)場(chǎng)是一條風(fēng)場(chǎng)切變線(圖4.18d)，這條切變線與雷達(dá)組合反射率因子的帶狀回波及北京地形分界線也是一致的。在20min后(21:20)的雷達(dá)組合反射率因子圖像(圖4.18c)上，回波帶更清晰、更密實(shí)，尤其是形狀和位置更加接近地面風(fēng)切變，說(shuō)明雷達(dá)回波的發(fā)展是沿著該輻合切變線進(jìn)行的。無(wú)論回波帶的生成還是發(fā)展，都與地形作用和地面風(fēng)場(chǎng)輻合作用的共同影響分不開(kāi)。

局地?zé)崃μ捎诘乇硎軣岵痪?，造成局地溫差，常常形成小型的垂直環(huán)流。如夏季沿海地區(qū)因?yàn)榘滋旌Ｃ嫒丈湓鰷厝酰懙厝丈湓鰷貜?qiáng)，因此海陸溫差使得陸地上空氣上升，海面上空氣下沉，形成海陸風(fēng)環(huán)流，湖泊與陸地交錯(cuò)分布地區(qū)也如此。另外山谷風(fēng)環(huán)流、城市熱島環(huán)流等形成的機(jī)制同樣也是受熱不均而形成。例如2008年8月27日00:45—01:05天津漢沽區(qū)出現(xiàn)冰雹和17m/s的短時(shí)雷雨大風(fēng)，而位于薊縣山區(qū)的狐貍峪村在02:00也出現(xiàn)了冰雹。最大冰雹直徑達(dá)2cm，降雹密度為1000粒/m2左右。

由圖4.19a～e可以看出冰雹回波的演變，最強(qiáng)回波為63dBZ。在26日20:00，天津地區(qū)有三個(gè)LI的低值區(qū)，分別位于北部的薊縣（圖4.19f中A處）、東南部的漢沽（圖4.19f中B處），三個(gè)中心LI中心值分別為-4.448℃，-6.388℃和-6.227℃（對(duì)應(yīng)的CAPE值為2437.472J/kg，2923.354J/kg和2842.200J/kg)。這種分布與高溫高濕地區(qū)相對(duì)應(yīng)，表明地面不均勻的溫度分布和水汽分布造成了浮力不穩(wěn)定能量和抬升指數(shù)的分布差異。從CAPE和LI逐時(shí)變化(圖略)可以看出，26日20:00—27日00:00，漢沽地區(qū)CAPE隨時(shí)間增大，至降雹前的00:00CAPE達(dá)到峰值，為3671.154J/kg，直到冰雹發(fā)生后才明顯減??；而20:00—00:00，LI則隨時(shí)間進(jìn)一步減小，到降雹前的00時(shí)達(dá)到-7.767℃。薊縣地區(qū)CAPE隨時(shí)間減低，只是在01時(shí)較前一時(shí)刻略有升高；20:00—00:00，LI不斷升高，只是在01:00才較前一時(shí)刻略有降低。兩地能量變化的差異表明兩地的冰雹發(fā)生機(jī)制存在差異，漢沽的熱力作用顯著，而薊縣熱力作用不顯著。4.4強(qiáng)對(duì)流天氣分析預(yù)報(bào)強(qiáng)對(duì)流天氣的短時(shí)臨近預(yù)報(bào)可分為兩個(gè)方面，一是利用數(shù)值預(yù)報(bào)和探測(cè)資料對(duì)未來(lái)12h內(nèi)發(fā)生強(qiáng)對(duì)流天氣的可能性做出潛勢(shì)預(yù)報(bào)；二是雷暴生成以后對(duì)于雷暴演變趨勢(shì)的臨近預(yù)報(bào)，即對(duì)于可能出現(xiàn)的強(qiáng)對(duì)流天氣如冰雹、雷暴大風(fēng)、龍卷、短歷時(shí)強(qiáng)降水以及強(qiáng)雷電的臨近預(yù)報(bào)。4.4.1天氣系統(tǒng)分析強(qiáng)對(duì)流天氣是否發(fā)生離不開(kāi)大的天氣尺度背景環(huán)境條件，天氣系統(tǒng)是預(yù)報(bào)員在分析天氣時(shí)首先考慮的問(wèn)題。各地發(fā)生強(qiáng)對(duì)流天氣的天氣系統(tǒng)具有地域性。下面僅以北京地區(qū)和上海地區(qū)為代表對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的天氣形勢(shì)進(jìn)行分型。

詳情進(jìn)入北方天氣系統(tǒng)分型⑴冷渦型

冷渦位置在45°N以北，此類天氣形勢(shì)具有建立不穩(wěn)定層結(jié)的維持機(jī)制和動(dòng)力強(qiáng)迫機(jī)制，易于產(chǎn)生區(qū)域性的強(qiáng)對(duì)流天氣。冰雹、雷暴大風(fēng)出現(xiàn)的幾率為四類雷暴天氣型之冠。水汽通量散度輻合厚度需要達(dá)到850hPa以上。

如果低渦位置在45°N以南，為華北西部渦，短歷時(shí)強(qiáng)降水天氣發(fā)生幾率很高，由于水汽充分，云底較低，冰雹天氣發(fā)生幾率較低，當(dāng)500hPa有≤-12℃的冷溫度槽控制北京市時(shí)，才有可能發(fā)生冰雹天氣，大風(fēng)一般為局地大風(fēng)。

冷渦型：2005年5月31日北京大冰雹過(guò)程

⑵高空槽型

此類天氣形勢(shì)當(dāng)中高層有較大的風(fēng)速時(shí)，利于雷暴大風(fēng)天氣的發(fā)生發(fā)展。

高空槽前型：2009年8月1日天津強(qiáng)雷暴雹過(guò)程

⑶槽后、渦后西北氣流型

此類天氣，華北上空處在冷平流中槽后西北氣流控制下，天氣晴朗，低層氣團(tuán)迅速增暖，當(dāng)?shù)蛯佑械椭迪到y(tǒng)發(fā)生發(fā)展、暖平流楔入西北氣流下方時(shí)，導(dǎo)致靜力不穩(wěn)定加劇。強(qiáng)對(duì)流發(fā)生時(shí)，對(duì)流層中高層有較大的西北風(fēng)，在對(duì)流層中下層形成較大的風(fēng)垂直切變和動(dòng)力不穩(wěn)定的環(huán)境條件。此類冰雹、大風(fēng)發(fā)生幾率僅次于冷渦型，短歷時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生幾率也較低。

東北渦西北氣流型：2009年7月22日京津颮線過(guò)程

槽后西北氣流型：2009年8月2日天津局地短歷時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程

⑷切變線型

此類天氣形勢(shì)出現(xiàn)冰雹、大風(fēng)幾率較少，短歷時(shí)強(qiáng)降水的幾率也不高。

低空切變線型：2007年7月18日濟(jì)南大暴雨過(guò)程

對(duì)應(yīng)以上天氣系統(tǒng)分型，圖4.20給出了北方強(qiáng)對(duì)流天氣典型個(gè)例的500hPa高度場(chǎng)與850hPa風(fēng)場(chǎng)圖，星號(hào)標(biāo)記為出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣的地點(diǎn)。南方天氣系統(tǒng)分型⑴靜止鋒切變型

靜止鋒開(kāi)始時(shí)具有暖性特征，引起暖區(qū)天氣，后期轉(zhuǎn)變以冷性為特征，產(chǎn)生冷性鋒面天氣，后期天氣往往對(duì)流性更強(qiáng)。由于暖濕氣流帶來(lái)充沛的水汽，易產(chǎn)生較大的降水。

⑵高空冷渦型

在高空冷渦東南側(cè)區(qū)域，700hPa以上有明顯冷平流，850hPa以下是強(qiáng)盛暖平流，是上干冷下暖濕的有利于能量充分存儲(chǔ)以及強(qiáng)不穩(wěn)定形成的結(jié)構(gòu)。在冷鋒向東南方向推進(jìn)的過(guò)程中易形成強(qiáng)對(duì)流天氣。在系統(tǒng)發(fā)展前期，水汽輻合區(qū)在黃淮和華北地區(qū)維持，后期冷鋒影響本地時(shí)速度較快，與靜止鋒切變型中輻合區(qū)和靜止鋒滯留時(shí)間較長(zhǎng)的情形不同，但高空冷渦型能量累積較高，因此容易產(chǎn)生冰雹、龍卷、強(qiáng)風(fēng)等強(qiáng)烈天氣。

⑶低槽冷鋒型

對(duì)低槽冷鋒型，較強(qiáng)的副熱帶高壓和較強(qiáng)的冷槽的共同作用使系統(tǒng)的空間坡度很大，在適度的冷暖干濕氣流配合下，造成天氣影響時(shí)間短，但強(qiáng)度大，易有冰雹、龍卷、颮線、陣風(fēng)鋒等強(qiáng)烈天氣。

⑷氣旋波動(dòng)型

低層有氣旋生成東移，在江蘇北部入海。這種配置與上述幾種類型有明顯的不同：一是冷平流位置更偏西、且寬；二是暖平流位置也偏西。這種特征對(duì)氣旋的生成是重要的。如果35?N以北的槽和冷平流過(guò)分偏東會(huì)抑制氣旋的生成，如低槽冷鋒型；如果冷平流區(qū)域位置不夠偏西，氣旋形成條件不夠成熟，如在靜止鋒切變型中，在切變線以北是偏東氣流。

⑸熱帶低值系統(tǒng)型

熱帶系統(tǒng)或倒槽東側(cè)的邊界層有一支寬廣的東南風(fēng)氣流，它提供了持續(xù)的強(qiáng)水汽輸送，不僅在溫度濕度上與倒槽另一側(cè)氣流形成溫濕界面，產(chǎn)生極大能量?jī)?chǔ)備，在風(fēng)向上由于輻合形成動(dòng)力作用，而且還由于地形作用使這支氣流從東向西有爬升和聚合抬升過(guò)程，形成的降水往往強(qiáng)烈而分布不均。

⑹副高邊緣型

低層我國(guó)東部地區(qū)受南到西南風(fēng)控制，但在700hPa上，長(zhǎng)江口以北地區(qū)有西南風(fēng)與西北風(fēng)的匯合區(qū)，它的存在與500hPa上35?N以北平直氣流在天氣尺度上不顯著的擾動(dòng)有關(guān)。這個(gè)區(qū)域正是西太平洋副熱帶高壓的邊緣地帶。隱藏4.4.2常用的物理量場(chǎng)分析高低能量舌的配置假相當(dāng)位溫是濕度、溫度、氣壓的函數(shù)，它是描寫能量的物理量。的垂直分布反映了大氣層結(jié)對(duì)流不穩(wěn)定度的狀況。將850hPa上等值線分布與500hPa等值線分布相疊加（圖4.21）。文獻(xiàn)指出：疊加在高能舌上的低能舌的形勢(shì)加大了大氣的不穩(wěn)定度，有利于形成強(qiáng)對(duì)流性天氣。例如2008年6月23日傍晚的強(qiáng)對(duì)流過(guò)程，在500hPa上出現(xiàn)低能舌，其下部的850hPa是高能舌。表明：低層增溫增濕，高層冷空氣南下，具有高層低能舌疊加在低層高能舌之上的能量水平分布的垂直配置，導(dǎo)致大氣對(duì)流性不穩(wěn)定建立。

“上干下濕”濕度層結(jié)除了溫度層結(jié)外，濕度層結(jié)也是環(huán)境熱力結(jié)構(gòu)的重要表征之一。一般來(lái)說(shuō)，水汽豐富有利于雷暴對(duì)流活動(dòng)的增強(qiáng)，但是在離地2～4km，約700hPa高度上下則相反，水汽缺少反而會(huì)使雷暴對(duì)流活動(dòng)增強(qiáng)。這是因?yàn)橹袑哟髿飧稍?，一方面可以使?duì)流不穩(wěn)定度增強(qiáng)，造成有利于對(duì)流風(fēng)暴發(fā)生發(fā)展的環(huán)境；另一方面，當(dāng)對(duì)流風(fēng)暴發(fā)生后可以造成干燥的中層入流，使降水蒸發(fā)加強(qiáng)，因此下沉氣流因雨水蒸發(fā)而冷卻，從而使下沉氣流和雷暴水平外流增強(qiáng)，并引起嚴(yán)重的災(zāi)害性大風(fēng)。

從2008年6月22—30日渤海西岸連續(xù)9d對(duì)流天氣的濕度垂直分布（見(jiàn)圖4.22，陰影代表相對(duì)濕度≤60%的相對(duì)干區(qū)）可見(jiàn)，23日02:00—7月1日08:00，850hPa以下相對(duì)濕度維持在60%以上，說(shuō)明對(duì)流層低層濕度大，這與來(lái)自渤海的低層水汽輸送關(guān)系密切。另外，23—28日，在850hPa～700hPa始終有干空氣（相對(duì)濕度≤60%）存在，證實(shí)了“上干下濕”的濕度層結(jié)對(duì)對(duì)流形成的作用。強(qiáng)的垂直風(fēng)切變?cè)趶?qiáng)的熱力不穩(wěn)定層結(jié)的條件下，強(qiáng)的風(fēng)垂直切變有助于普通雷暴組織形成持續(xù)性的強(qiáng)雷暴，它是維持和增強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴的因子。

2004年7月12日下午，在無(wú)錫、太湖西側(cè)到浙皖交界山區(qū)發(fā)展起來(lái)的颮線系統(tǒng)快速東移，自西向東影響上海地區(qū)，在長(zhǎng)達(dá)6h的生命史中，產(chǎn)生了8～11級(jí)的雷暴大風(fēng)，以風(fēng)災(zāi)為主，造成多處房屋倒塌，死亡7人。12日08:00寶山站的探空300hPa以下均為西南氣流，但上下速度差異較大，其中地面（2m/s）到1.5km高空（16m/s）風(fēng)速隨高度快速增加，在雷暴移動(dòng)方向上環(huán)境風(fēng)的速度切變約15m/s。高低空急流低空急流（LLJ）出現(xiàn)在對(duì)流層低層，在850和700hPa層中最明顯，一般最大風(fēng)速可達(dá)15～20m/s。低空急流是一種動(dòng)量、熱量和水汽的高度集中帶，其作用是：⑴通過(guò)低層暖濕平流的輸送產(chǎn)生不穩(wěn)定層結(jié)；⑵在急流最大風(fēng)速中心的前方有明顯的水汽輻合或上升運(yùn)動(dòng)，這對(duì)強(qiáng)對(duì)流活動(dòng)的連續(xù)發(fā)展是有利的；⑶急流軸左前方是正切變渦度區(qū)，有利于對(duì)流活動(dòng)。

高空急流是產(chǎn)生高空輻散的機(jī)制之一。高空輻散具有兩個(gè)作用：⑴抽吸作用，有利于上升氣流的維持和加強(qiáng)；⑵通風(fēng)作用。因?yàn)樵趯?duì)流云體發(fā)展過(guò)程時(shí)，由于水汽凝結(jié)釋放潛熱，會(huì)使對(duì)流云的中上部增暖，整個(gè)氣柱層結(jié)趨于穩(wěn)定，從而抑制對(duì)流的進(jìn)一步發(fā)展。當(dāng)有高空急流時(shí)，對(duì)流云中上部增加的熱量，就不斷被高空風(fēng)帶走，因此有利于對(duì)流云的維持和發(fā)展。

高低空急流的有利配置（圖4.23），將促使低層暖濕空氣抬升，從而釋放不穩(wěn)定能量，造成強(qiáng)對(duì)流天氣。強(qiáng)對(duì)流天氣常產(chǎn)生于高空急流入口區(qū)的右側(cè)和出口區(qū)左側(cè)；對(duì)應(yīng)低空急流在其左側(cè)。這兩處是高空輻散低空輻合，有利于產(chǎn)生上升氣流，形成強(qiáng)對(duì)流天氣。

逆溫層在強(qiáng)對(duì)流爆發(fā)前，中低層常常有逆溫層和穩(wěn)定層，它相當(dāng)于一個(gè)阻擋層（干暖蓋或逆溫層），暫時(shí)將低空暖濕層與對(duì)流層上部的干冷層分開(kāi)，阻礙了對(duì)流的發(fā)展。但是另一方面，它對(duì)于大氣低層不穩(wěn)定能量又有儲(chǔ)存和積累作用。常用的對(duì)流參數(shù)及閾值較強(qiáng)的熱力不穩(wěn)定和適宜的動(dòng)力環(huán)境是強(qiáng)對(duì)流發(fā)展的基礎(chǔ)，在對(duì)流活動(dòng)中，熱力不穩(wěn)定決定了對(duì)流發(fā)展的強(qiáng)度，而動(dòng)力作用對(duì)觸發(fā)對(duì)流及決定風(fēng)暴類型起著重要作用。在描述環(huán)境條件方面，物理意義明確的熱力和動(dòng)力穩(wěn)定度參數(shù)以其直觀性、可操作性等優(yōu)勢(shì)成為日常預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的重要指標(biāo)。熱力對(duì)流參數(shù)有抬升指數(shù)（LI）、K指數(shù)、總溫度指數(shù)（TT）、沙氏指數(shù)（SI）、對(duì)流有效位能（CAPE）；動(dòng)力參數(shù)有0-6km厚度內(nèi)平均風(fēng)切變（Shear）、風(fēng)暴相對(duì)環(huán)境螺旋度（SREH）；強(qiáng)天氣威脅指數(shù)（SWEAT）是動(dòng)力和熱量的綜合指數(shù)。這些參數(shù)是日常預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中用來(lái)判斷對(duì)流天氣發(fā)生的重要參考指標(biāo)。

對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)：Ic=θse850-θse500，正值越大越不穩(wěn)定。單位：℃。

LI抬升指數(shù)：在500hPa處，環(huán)境溫度和氣塊從1000hPa絕熱上升到500hPa處的溫度差值，它體現(xiàn)了500hPa處大氣不穩(wěn)定的強(qiáng)弱。負(fù)值越大越不穩(wěn)定。單位：℃。

潛在性穩(wěn)定度指數(shù)：為不穩(wěn)定的判據(jù)，值越小，對(duì)流抑制能越小，潛在不穩(wěn)定性越強(qiáng)。單位：℃。

K指數(shù)、總溫度指數(shù)（TT）、沙氏指數(shù)（SI）和對(duì)流有效位能（CAPE）已在第1章中介紹，在此不在贅述。

在應(yīng)用上述參數(shù)時(shí)，不同的地區(qū)有些差異。如江西省指出：當(dāng)30≤K≤35時(shí)，出現(xiàn)零散雷雨；當(dāng)35≤K≤37時(shí)，有大冰雹出現(xiàn)。北方的強(qiáng)對(duì)流天氣與南方有所不同，K指數(shù)的數(shù)值略有下調(diào)（許愛(ài)華等2006）。北京地區(qū)出現(xiàn)雷暴的穩(wěn)定度參數(shù)為：SI指數(shù)≤-1.0時(shí)，北京地區(qū)有雷暴發(fā)生的可能（蔡曉云2005）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，SI常常與對(duì)流性天氣有下列關(guān)系：SI≤-6，可能有嚴(yán)重的雷暴；-6≤SI≤-3，有雷暴；-3≤SI≤0，可能有雷暴；0≤SI≤3，可能有陣雨；SI≥3，無(wú)雷暴或陣雨。

我們知道，探空資料可以代表方圓150km以內(nèi)的環(huán)境氣象要素的垂直分布情況。2007年7月18日13:00—19日06:00(北京時(shí))，山東省自北向南先后出現(xiàn)歷史罕見(jiàn)的大范圍強(qiáng)降水天氣，并伴有雷電及短時(shí)大風(fēng)。濟(jì)南龜山氣象站降水量最大為153.1mm。濟(jì)南市區(qū)的強(qiáng)降水主要集中在17:00—19:00，市政府站2h降水量162.5mm。在沒(méi)有14:00探空的情況下，通過(guò)讀取濟(jì)南08:00探空資料，得到圖4.24?？梢?jiàn)，暴雨發(fā)生前(18日08:00)，CAPE達(dá)到2729J?kg-1、K指數(shù)42、SWEAT指數(shù)396等，熱力、動(dòng)力及綜合參數(shù)中有多項(xiàng)表明，當(dāng)天環(huán)境條件非常有利于出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣，并可通過(guò)“層結(jié)資料”得到逆溫高度等詳細(xì)資料，風(fēng)場(chǎng)隨高度的變化可以獲得冷暖平流（由低到高，風(fēng)向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，說(shuō)明有暖平流；反之，有冷平流）和風(fēng)切變的信息。

發(fā)生強(qiáng)對(duì)流天氣和持續(xù)性暴雨的物理?xiàng)l件比較強(qiáng)對(duì)流天氣和持續(xù)性暴雨在分析預(yù)報(bào)時(shí)如何從發(fā)生發(fā)展的物理?xiàng)l件上來(lái)鑒別它們非常重要。通過(guò)表4.4幫助我們?cè)陬A(yù)報(bào)中區(qū)別兩類天氣。隱藏4.4.3強(qiáng)對(duì)流天氣的潛勢(shì)預(yù)報(bào)方法對(duì)未來(lái)12h、24h、甚至36h、48h后強(qiáng)對(duì)流天氣是否會(huì)出現(xiàn)，出現(xiàn)可能性有多大進(jìn)行預(yù)報(bào)。主要有統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法、模式輸出運(yùn)用、預(yù)報(bào)員經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)。統(tǒng)計(jì)方法有疊套法、權(quán)重法、概率法、PP方法等（利用實(shí)況建立統(tǒng)計(jì)關(guān)系，應(yīng)用T213等預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)報(bào)）、數(shù)值模式等。

詳情進(jìn)入統(tǒng)計(jì)方法河南省在《強(qiáng)災(zāi)害性天氣預(yù)警實(shí)用技術(shù)研究及推廣》項(xiàng)目的研究中，通過(guò)選取河南省1998—2004年出現(xiàn)區(qū)域性冰雹、雷雨大風(fēng)、短歷時(shí)強(qiáng)降水時(shí)15個(gè)對(duì)流參數(shù)（應(yīng)用1°×1°NCEP資料），研究各對(duì)流參數(shù)對(duì)河南省強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的貢獻(xiàn)大小，確定其預(yù)報(bào)值域和權(quán)重系數(shù)，建立冰雹、雷暴大風(fēng)、短歷時(shí)強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)方程，每天通過(guò)讀取08:00實(shí)況預(yù)報(bào)當(dāng)天強(qiáng)對(duì)流天氣的落區(qū)(見(jiàn)表4.5～4.7)。

每個(gè)參數(shù)的值域與權(quán)重系數(shù)確定后，即可建立相應(yīng)時(shí)次的預(yù)報(bào)方程。

根據(jù)表4.5中08:00、14:00各對(duì)流參數(shù)的取值和權(quán)重系數(shù)，分別建立冰雹、雷暴大風(fēng)、短歷時(shí)強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)方程：y=a1x1+a2x2+…+aixi+anxn

對(duì)于冰雹，08：00，n=10，14:00時(shí)n=13；對(duì)于雷雨大風(fēng)，08:00，n=12，14:00，n=13；對(duì)于短歷時(shí)強(qiáng)降水，08:00，n=14。將每個(gè)格點(diǎn)的xi轉(zhuǎn)化為1、0，并將與之所對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)ai的值代入預(yù)報(bào)方程中計(jì)算。當(dāng)xi（i=1、2…10）滿足表4.5中08:00或14:00起報(bào)時(shí)取為1，否則取為0。若有兩個(gè)起報(bào)值，選擇權(quán)重系數(shù)大的代入預(yù)報(bào)方程進(jìn)行計(jì)算。

⑴冰雹預(yù)報(bào)方程

在冰雹預(yù)報(bào)方程中，a1～a13分別為對(duì)流抑制有效位能CIN、修正的K指數(shù)MK、最大對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)BIC、深對(duì)流指數(shù)DCI、最大抬升指數(shù)BLI、風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)SSI、對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)IC、修正的深對(duì)流指數(shù)MDCI、強(qiáng)天氣威脅指數(shù)SWEAT、對(duì)流有效位能CAPE、抬升指數(shù)LI、大風(fēng)指數(shù)WIN、條件對(duì)流穩(wěn)定度CILC的權(quán)重系數(shù)。x1～x13則分別表示對(duì)流抑制有效位能CIN、修正的K指數(shù)MK、最大對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)BIC、深對(duì)流指數(shù)DCI、最大抬升指數(shù)BLI、風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)SSI、對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)IC、修正的深對(duì)流指數(shù)MDCI、強(qiáng)天氣威脅指數(shù)SWEAT、對(duì)流有效位能CAPE、抬升指數(shù)LI、大風(fēng)指數(shù)WIN、條件對(duì)流穩(wěn)定度CILC的格點(diǎn)值。

08：00冰雹預(yù)報(bào)方程可寫為

y=0.5x1+1.5x2+1.5(2.0)x3+1.0x4+0.5(2.0)x5+0x6+1.0(1.5)x7+1.0x8+1.5x9+0x10+0x11+1.0x12+1.5x13

14：00冰雹預(yù)報(bào)方程可寫為

y=0.5x1+2.0x2+0.5(2.0)x3+1.5x4+1.0x5+1.0(2.0)x6+1.5（2.0）x7+1.0(2.0)x8+1.0（1.5）x9+1.5x10+1.0(2.5)x11+1.0（1.5）x12+1.5x13

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，當(dāng)y≥10時(shí)，當(dāng)日下午到夜間產(chǎn)生冰雹的可能性很大，歷史樣本的擬合率08：00和14：00分別達(dá)到67%和77%。因此將08：00和14：00y≥10格點(diǎn)所圍成的區(qū)域預(yù)報(bào)為當(dāng)日冰雹出現(xiàn)的落區(qū)。

⑵雷暴大風(fēng)預(yù)報(bào)方程

在雷雨大風(fēng)的預(yù)報(bào)方程中，a1～a13與x1～x13的物理意義同冰雹預(yù)報(bào)方程。

08:00雷雨大風(fēng)預(yù)報(bào)方程：

y=0.5x1+0.5x2+0.5(2.5)x3+0.5x4+1.0(2.5)x5+0x6+0.5(1.0)x7+0.5x8+0.5(2.0)x9+2.5x10+0.5x11+0.5x12+1.0(1.5)x13

14:00雷雨大風(fēng)預(yù)報(bào)方程：

y=0.5x1+1.5(2.5)x2+1.0(1.5)x3+1.0(3.0)x4+1.5x5+1.0(2.0)x6+1.5x7+1.0(1.5)x8+0.5(2.5)x9+0.5x10+1.0(3.0)x11+1.0x12+1.0(1.5)x13

當(dāng)08:00y≥5時(shí)，歷史樣本的擬合率達(dá)到71%；當(dāng)14：00y≥15時(shí)，歷史樣本的擬合率達(dá)到76%。因此將08：00y≥5和14：00y≥15格點(diǎn)所圍成的區(qū)域預(yù)報(bào)為當(dāng)日雷雨大風(fēng)出現(xiàn)的落區(qū)。

⑶短歷時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)方程

在短歷時(shí)強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)方程中，a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8、a9、a10、a11、a12、a13、a14分別表示對(duì)流抑制有效位能CIN、修正的K指數(shù)MK、最大對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)BIC、深對(duì)流指數(shù)DCI、最大抬升指數(shù)BLI、對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)IC、修正的深對(duì)流指數(shù)MDCI、強(qiáng)天氣威脅指數(shù)SWEAT、對(duì)流有效位能CAPE、抬升指數(shù)LI、大風(fēng)指數(shù)WIN、條件對(duì)流穩(wěn)定度CILC、風(fēng)暴相對(duì)螺旋度SRH、粗理查遜數(shù)BRN的權(quán)重系數(shù)。x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8、x9、x10、x11、x12、x13、x14則分別表示對(duì)流抑制有效位能CIN、修正的K指數(shù)MK、最大對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)BIC、深對(duì)流指數(shù)DCI、最大抬升指數(shù)BLI、對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)IC、修正的深對(duì)流指數(shù)MDCI、強(qiáng)天氣威脅指數(shù)SWEAT、對(duì)流有效位能CAPE、抬升指數(shù)LI、大風(fēng)指數(shù)WIN、條件對(duì)流穩(wěn)定度CILC、風(fēng)暴相對(duì)螺旋度SRH和粗理查遜數(shù)BRN格點(diǎn)值。

08:00短歷時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)方程：

y=0.5x1+0.5(2.0)x2+0.5x3+0.5x4+0.5x5+0.75x6+0.75x7+0.5(1.5)x8+0.5x9+0.5(1.5)x10+0.75x11+0.5(1.0)x12+0.5x13+0.5x14

當(dāng)y≥7時(shí)，歷史樣本的擬合率達(dá)到80%，因此將08：00y≥7格點(diǎn)所圍成的區(qū)域預(yù)報(bào)為當(dāng)日短歷時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)的落區(qū)。中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)方法中尺度數(shù)值模式的輸出結(jié)果是現(xiàn)代氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)精確預(yù)報(bào)的重要手段之一。

為了提高中小尺度災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，中尺度數(shù)值模擬的研究在最近30年內(nèi)得到了迅速的發(fā)展和重視。近幾年，美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（NCAR）聯(lián)合一些大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)了WRF模式（WeatherResearchandForecastingModel）。WRF模式是一個(gè)完全可壓的非靜力模式，網(wǎng)格采用Arakawa-C格點(diǎn)，有利于在高分辨率模擬中提高準(zhǔn)確性。模式框架有三種，雷達(dá)資料被同化進(jìn)入WRF模式。近幾年，通過(guò)科學(xué)工作者的不斷試驗(yàn)、模擬和改進(jìn)參數(shù)化方案，到目前為止，國(guó)內(nèi)各省級(jí)氣象部門都擁有適合于本地區(qū)的WRF模式，其結(jié)果已經(jīng)用于業(yè)務(wù)中。隨著數(shù)值預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的不斷提高，如何充分利用數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品是目前預(yù)報(bào)中備受重視的問(wèn)題。利用數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，預(yù)報(bào)員不僅能用實(shí)況值計(jì)算各種參數(shù)，而且能用預(yù)報(bào)值計(jì)算各種參數(shù)，使預(yù)報(bào)方法更客觀化和定量化，對(duì)準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)強(qiáng)對(duì)流天氣的強(qiáng)度和落區(qū)起到很好的指導(dǎo)作用。

WRF模式數(shù)值產(chǎn)品提供3d的逐1、3、6、12、24h間隔的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，包括地面基本產(chǎn)品、大氣穩(wěn)定度產(chǎn)品、風(fēng)產(chǎn)品、高空產(chǎn)品及垂直剖面及各站探空等等（如圖4.25）。

經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)方法預(yù)報(bào)員根據(jù)對(duì)某一地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣和天氣系統(tǒng)已有的認(rèn)識(shí)，建立經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)流程，用預(yù)報(bào)員的經(jīng)驗(yàn)或統(tǒng)計(jì)結(jié)果預(yù)報(bào)未來(lái)12h后的天氣，如判別樹(shù)方法。美國(guó)預(yù)報(bào)員常用天氣型結(jié)合參數(shù)。物理意義明確的參數(shù)的提取與預(yù)報(bào)員長(zhǎng)年積累的工作經(jīng)驗(yàn)和科研成果有著密切的關(guān)系。4.5強(qiáng)對(duì)流天氣的臨近預(yù)報(bào)臨近預(yù)報(bào)一般指對(duì)未來(lái)幾小時(shí)之內(nèi)（一般指0～2h）的對(duì)流天氣系統(tǒng)及其所伴隨強(qiáng)雷電、冰雹、雷暴大風(fēng)、龍卷、短歷時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生、發(fā)展、演變和消亡的預(yù)報(bào)。4.5.1冰雹關(guān)于冰雹臨近預(yù)報(bào)，主要指標(biāo)是：⑴高懸的強(qiáng)回波（50dBZ擴(kuò)展到-20℃等溫線以上）；

⑵弱回波區(qū)和回波懸垂；⑶有界弱回波區(qū)。

同時(shí)滿足0℃層到地面距離不太大（原則上不超過(guò)5km）。輔助指標(biāo)：⑴三體散射；⑵VIL的相對(duì)大值；⑶風(fēng)暴頂強(qiáng)輻散；大冰雹的雷達(dá)回波識(shí)別常將落到地面上直徑超過(guò)2cm的冰雹稱為大冰雹或強(qiáng)冰雹。強(qiáng)冰雹的產(chǎn)生要求有持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)的較強(qiáng)的上升氣流，因?yàn)橹挥性谶@個(gè)條件下冰雹才有可能長(zhǎng)大。較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的雷暴內(nèi)強(qiáng)上升氣流的形成要求環(huán)境的對(duì)流有效位能和垂直風(fēng)切變較大。另外，環(huán)境溫度0℃層到地面的高度也不宜太高，否則空中的冰雹在降到地面過(guò)程中可能融化掉大部分或者完全融化掉。因此，預(yù)報(bào)當(dāng)天強(qiáng)冰雹潛勢(shì)的主要思路仍然是從較大的對(duì)流有效位能、較強(qiáng)的深層垂直風(fēng)切變和不太大的0℃層到地面高度這三個(gè)方面來(lái)考慮。

冰雹云的雷達(dá)回波特征有：

⑴回波強(qiáng)度特別強(qiáng)，一般在50dBZ以上。

⑵回波頂高度高，說(shuō)明云發(fā)展旺盛，一般在10km～12km以上。

⑶“V”型缺口。由于云中冰雹等大粒子對(duì)雷達(dá)波束的衰減作用，雷達(dá)探測(cè)時(shí)雷達(dá)波束不能穿透大粒子（冰雹區(qū)），形成缺口。

⑷鉤狀回波。

⑸RHI強(qiáng)回波伸展高度高，核在6km以上，有弱回波區(qū)（WER）、有界弱回波區(qū)（BWER）（如圖4.13，2004年6月24日山東降雹過(guò)程）。

圖4.26給出了2005年6月15日凌晨發(fā)生在安徽北部強(qiáng)烈雹暴雷達(dá)回波的4分屏顯示。通過(guò)四分屏顯示方式判斷有無(wú)低層反射率因子高梯度區(qū)、低層入流缺口等代表強(qiáng)上升氣流的特征。當(dāng)45-50dBZ的強(qiáng)回波達(dá)到－20℃等溫線高度以上，并且0℃等溫線距離地面高度不超過(guò)4.5km的情況下，上述代表強(qiáng)上升氣流的回波形態(tài)特征出現(xiàn)，則大冰雹的概率會(huì)明顯增加。

圖4.26分別為6月15日00:16（北京時(shí)）0.5°、2.4°、6.0°仰角的反射率因子圖和1.5°仰角的徑向速度圖。注意到0.5°(圖4.27a）和6.0°（圖4.27d）仰角的反射率因子圖上的雙箭頭指示同樣的地理位置，在0.5°仰角上，雙箭頭指向風(fēng)暴的低層入流缺口，箭頭最前方是構(gòu)成入流缺口的一部分低層弱回波區(qū)，而在6.0°仰角，箭頭最前面是超過(guò)60dBZ的強(qiáng)回波中心，也就是說(shuō)在低層與入流缺口對(duì)應(yīng)的弱回波區(qū)之上，有一個(gè)強(qiáng)回波懸垂結(jié)構(gòu)。因此，通過(guò)這種4分屏顯示方式，可以判斷出對(duì)流風(fēng)暴雷達(dá)回波的垂直結(jié)構(gòu)。上述雹暴在15日00:30在安徽固鎮(zhèn)降落了直徑到達(dá)12cm巨大冰雹。

利用“三體散射”預(yù)報(bào)冰雹Lemon(1998)對(duì)WSR-88D天氣雷達(dá)三體散射（TBSS）的研究認(rèn)為：三體散射特征的出現(xiàn)預(yù)示著直徑≥2.5cm的冰雹將在10～30min降到地面，同時(shí)地面還會(huì)出現(xiàn)破壞性大風(fēng)天氣。三體散射現(xiàn)象是由于在云體中大冰雹散射作用非常強(qiáng)烈，由大冰雹側(cè)向散射到地面的雷達(dá)波被散射回大冰雹，再由大冰雹將其一部分能量散射回雷達(dá)，在大冰雹區(qū)向后沿雷達(dá)徑向的延長(zhǎng)線上出現(xiàn)由地面散射造成的虛假回波，稱為三體散射回波假象(圖4.15中6.2km高處的回波)。

廖玉芳等(2003，2007)對(duì)發(fā)生在我國(guó)的三體散射進(jìn)行了全面的分析，發(fā)現(xiàn)除了0℃層到地面距離非常高（超過(guò)5km）的情況，幾乎所有三體散射個(gè)例都伴隨有大冰雹。刁秀廣等（2008）跟蹤2004年6月24日山東降雹過(guò)程時(shí)發(fā)現(xiàn)：第一次TBSS出現(xiàn)15min后地面出現(xiàn)降雹（降雹時(shí)間為13:50—14:40)，最后一次TBSS出現(xiàn)后降雹又持續(xù)了20min。第二次連續(xù)5個(gè)體掃出現(xiàn)明顯TBSS特征10min后地面出現(xiàn)降雹（降雹時(shí)間為15:15—15:49)。在第三次連續(xù)4個(gè)體掃出現(xiàn)TBSS特征，TBSS出現(xiàn)9min后地面出現(xiàn)降雹（降雹時(shí)間段為16:20—16:40)，最后一次TBSS出現(xiàn)后降雹持續(xù)了12min。三體散射特征最后一次出現(xiàn)后9～15min降雹。利用垂直累積液態(tài)水含量（VIL）預(yù)報(bào)大冰雹Winston等(1986年)發(fā)現(xiàn)VIL對(duì)冰雹的存在有較好的指示作用。美國(guó)對(duì)400多個(gè)冰雹事件統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，冰雹直徑隨著VIL的增大而增大，VIL在45kg·m-2以上的風(fēng)暴一般產(chǎn)生1.9cm以上的冰雹，55kg·m-2以上的一般產(chǎn)生3cm以上的冰雹(Roger，1998)。降雹單體在成熟前期有明顯的VIL躍增現(xiàn)象，降雹基本上是在VIL達(dá)到最大后開(kāi)始。刁秀廣等（2008）研究表明5、6、7三個(gè)月份降雹單體降雹時(shí)間分別滯后于VIL躍增后的體掃時(shí)間約4.8、11.4、12.3min。另外，Amburn和Wolf（1997）研究表明VIL密度（即VIL與風(fēng)暴頂高度之比）超過(guò)4g·m-3，則幾乎肯定會(huì)產(chǎn)生大冰雹。王煒等（2002）曾利用垂直累積液態(tài)含水量的大小和面積與對(duì)流性天氣的關(guān)系，利用多元回歸方法，建立是否降雹的回歸方程（因子說(shuō)明見(jiàn)表4.8）：y=0.287-0.0000189VILWGT+0.0299VIL11-0.0548VIL15+0.008VIL20，y值的大小表示降雹的可能性。但是y并不是數(shù)理統(tǒng)計(jì)上的降雹概率在實(shí)際應(yīng)用中，規(guī)定y值大于0.7將會(huì)有降雹出現(xiàn)。

利用閃電頻數(shù)預(yù)警降雹降雹時(shí)間與閃電頻數(shù)的最大時(shí)間有10min的滯后性。閃電頻數(shù)被用于雷暴云的監(jiān)測(cè)和冰雹云的預(yù)警，配合天氣雷達(dá)的觀測(cè)，其識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)80％以上。周筠君等（1999）利用1997年設(shè)在隴東地區(qū)的閃電定位系統(tǒng)及雙線偏振雷達(dá)資料，分析研究了該地區(qū)冰雹云系發(fā)展演變及其地閃的關(guān)系。結(jié)果表明：在降雹前30min，每5min地閃頻數(shù)陡然上升，降雹前18min，每5min地閃頻數(shù)平均上升為3.5，每5min地閃頻數(shù)的最大值一般出現(xiàn)在開(kāi)始降雹前16min至前6min之間。馮桂力（2008）研究10次冰雹過(guò)程發(fā)現(xiàn)：負(fù)地閃頻數(shù)峰值的出現(xiàn)通常提前于降雹0～20min，正地閃頻數(shù)峰值的出現(xiàn)一般滯后于降雹發(fā)生時(shí)間。隱藏4.5.2雷暴大風(fēng)雷暴大風(fēng)指由雷暴引起的破壞性風(fēng)或風(fēng)速≥26m/s的陣風(fēng)，雷暴大風(fēng)與深對(duì)流有關(guān)，是強(qiáng)下曳氣流底部外流產(chǎn)生的。對(duì)流風(fēng)暴中的下沉氣流達(dá)到地面時(shí)產(chǎn)生輻散，造成地面大風(fēng)，它是對(duì)流風(fēng)暴最經(jīng)常產(chǎn)生的天氣現(xiàn)象。因此，1977年，F(xiàn)uijita等人稱這種大片下沉氣流區(qū)中集中的強(qiáng)下沉氣流為“下?lián)舯┝鳌?。在中、?qiáng)垂直風(fēng)切變環(huán)境下，產(chǎn)生雷暴大風(fēng)的雷暴種類很多，尺度變化也很大，JohnandDoswell(1992）給出4種造成雷暴大風(fēng)的回波類型（圖4.28），主要有超級(jí)單體（圖4.27a）和弓形回波（圖4.27b）。在超級(jí)單體風(fēng)暴中，災(zāi)害性的地面大風(fēng)通常發(fā)生在后側(cè)下沉氣流區(qū)（RFD）內(nèi)，也是中氣旋的出流區(qū)。弓形回波的尺度比超級(jí)單體大，且有時(shí)有超級(jí)單體環(huán)流嵌在其中，它有可能產(chǎn)生龍卷和強(qiáng)對(duì)流陣風(fēng)。弓形回波的長(zhǎng)度為15～150km。

關(guān)于雷暴大風(fēng)臨近預(yù)報(bào)，主要指標(biāo)是：⑴中層徑向輻合（如伴有中氣旋，常常意味著加強(qiáng)的大風(fēng)潛勢(shì)）；⑵弓形回波；⑶在距離雷達(dá)70km以內(nèi)時(shí)，低層的徑向速度大值區(qū)；⑷反射率因子核心高度迅速下降，伴隨VIL值或迅速下降。中氣旋預(yù)警雷暴大風(fēng)中氣旋是與強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴相聯(lián)系的最重要的雷暴尺度速度場(chǎng)特征。自上個(gè)世紀(jì)70年代以來(lái)，多普勒天氣雷達(dá)先是在研究中使用，后來(lái)隨著WSR-88D在美國(guó)全國(guó)的布網(wǎng)而開(kāi)始在業(yè)務(wù)中廣泛使用。小尺度的徑向風(fēng)速特征如旋轉(zhuǎn)、輻合和輻散可用來(lái)判斷對(duì)流風(fēng)暴的強(qiáng)弱和進(jìn)一步的發(fā)展趨勢(shì)。超級(jí)單體風(fēng)暴總是與徑向速度場(chǎng)上稱為“中氣旋”(Fujita1963)的小尺度渦旋相伴。成熟階段中氣旋的概念模型是：在對(duì)流風(fēng)暴的低層，風(fēng)場(chǎng)特征為輻合型氣旋式旋轉(zhuǎn)，中低層為純粹氣旋式旋轉(zhuǎn)，中高層為輻散型氣旋式旋轉(zhuǎn)，高層風(fēng)暴頂為純粹輻散。在出現(xiàn)中氣旋時(shí)，