暴雨過程發(fā)生發(fā)展條件天氣學(xué)分析

暴雨發(fā)生發(fā)展的天氣學(xué)條件分析

一、前言二、暴雨發(fā)生、發(fā)展條件第一頁，共六十七頁。一前言

中國是多暴雨的國家之一暴雨的災(zāi)害居多種自然災(zāi)害之首暴雨研究的現(xiàn)狀：取得了很多可喜的成果，但還未取得突破性的進(jìn)展加強(qiáng)服務(wù)，爭取職能部門的支持，可以盡量避免暴雨災(zāi)害所造成的損失第二頁，共六十七頁。1中國是多暴雨的國家之一氣候：中國處在東亞季風(fēng)區(qū)中，屬于亞熱帶氣候，水汽充沛，冷空氣活動(dòng)頻繁，冷暖空氣的交匯造成中國夏季多暴雨天氣過程。地形：中國是一個(gè)多山國家，山地（丘陵）面積約占全國總面積的三分之二，中尺度地形和中尺度下墊面特征十分明顯，造成中國多暴雨過程。地理：中國處在太平洋西岸，南部接近熱帶地區(qū)，經(jīng)常受到西太平洋熱帶系統(tǒng)（臺(tái)風(fēng)、熱帶風(fēng)暴）的影響產(chǎn)生暴雨。第三頁，共六十七頁。1中國是多暴雨的國家之一中國幅員遼闊，

每年夏季，隨副熱帶高壓的北上，自南向北都依次有多次暴雨過程發(fā)生：華南前汛期暴雨長江流域梅雨期暴雨中國北方暴雨臺(tái)風(fēng)暴雨所以，中國屬于多暴雨的國家，暴雨預(yù)報(bào)歷來都是我國各級(jí)氣象臺(tái)站和氣象工作者研究的重點(diǎn)。

第四頁，共六十七頁。

2暴雨災(zāi)害居多種自然災(zāi)害之首

暴雨過程的發(fā)生，一般是具有的特點(diǎn)：突發(fā)性區(qū)域性破壞性多種災(zāi)害并存（強(qiáng)對(duì)流、冰雹、大風(fēng)等）次生災(zāi)害頻發(fā)（洪澇、城市積漬、山體滑坡、泥石流、水庫和江河堤壩失事等）所以，暴雨過程多，破壞性強(qiáng)，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)威脅大。第五頁，共六十七頁。2暴雨災(zāi)害居多種自然災(zāi)害之首僅舉長江流域?yàn)槔涸诮夥藕缶桶l(fā)生過數(shù)次特大洪水，1954年，發(fā)生了全流域性的大洪水，漢口街道上可以自由行船。1991年，發(fā)生了長江中下游特大洪水。1996年，發(fā)生了長江中游特大洪水。1998年，發(fā)生了全流域性特大洪水，有百萬抗洪大軍，嚴(yán)守在荊江大堤上。尤其是78.8河南板橋水庫失事，京廣鐵路中斷一月余，死亡人數(shù)超過3大戰(zhàn)死亡人數(shù)之和。歷年的暴雨都在不同程度上產(chǎn)生洪水、滑坡和泥石流，造成的損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其他自然災(zāi)害，暴雨災(zāi)害居多種自然災(zāi)害之首。第六頁，共六十七頁。3暴雨研究的現(xiàn)狀國際暴雨預(yù)報(bào)研究主要是從50年代開始，我國系統(tǒng)的暴雨預(yù)報(bào)研究是從河南75.8暴雨開始，比國際上要晚20年，但我國目前的暴雨預(yù)報(bào)水平，居國際先進(jìn)水平之列。隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)蓬勃發(fā)展及多種預(yù)報(bào)方法的應(yīng)用，暴雨預(yù)報(bào)的研究取得了很多的研究成果。這些成果主要表現(xiàn)在暴雨過程預(yù)報(bào)方面。我想我們大家都有體會(huì)，對(duì)暴雨過程而言，其預(yù)報(bào)成功率很高，而失誤率卻較低，這在80年代前是辦不到的。第七頁，共六十七頁。3暴雨研究的現(xiàn)狀另一方面，暴雨單點(diǎn)預(yù)報(bào)水平較高的是日本，其次是中國、美國，其準(zhǔn)確率也只不過是在30-40%左右，暴雨預(yù)報(bào)沒有取得突破性的進(jìn)展，主要表現(xiàn)在對(duì)暴雨的機(jī)理認(rèn)識(shí)和單點(diǎn)暴雨預(yù)報(bào)方面。就連暴雨（天氣、氣候）概念都是人為的概念。暴雨預(yù)報(bào)自古以來都是難題；有誰敢說自己“會(huì)報(bào)暴雨”？有誰能確保自己的暴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率每年都一定有提高？所以我說暴雨預(yù)報(bào)還沒有取得突破性的進(jìn)展，這給我們的研究提供了的空間和機(jī)遇。第八頁，共六十七頁。3暴雨研究的現(xiàn)狀

暴雨預(yù)報(bào)沒有取得突破性的進(jìn)展重要的原因：

氣象資料密度不夠的問題

為什么？請(qǐng)看：第九頁，共六十七頁。

為了解決暴雨資料密度不足的問題，采取了很多的措施：比如，數(shù)值預(yù)報(bào)加密網(wǎng)格；氣象部門和水文部門互通信息、交換資料；各省都建設(shè)很都得地面自動(dòng)觀測站等等。但還沒有突破暴雨預(yù)報(bào)所需要的基本資料密度。第十頁，共六十七頁。3暴雨研究的現(xiàn)狀說道這里，可能大家要提出疑問了：我們不是還有可以看到各種尺度的衛(wèi)星云圖和雷達(dá)資料嗎？云圖由上向下探測，只能看到云頂?shù)奶卣?，云中、云下也只能靠分析來完成。雷達(dá)是由下向上探測，而且，只有有降水發(fā)生時(shí)才有降水回波，來做短時(shí)外推的預(yù)報(bào)。

這兩種資料只是我們做暴雨預(yù)報(bào)必不可少的資料之一，還不能說是我們需要資料的全部。即使我們?cè)?0年代的后期，增加一些地面自動(dòng)觀測站，彌補(bǔ)了資料密度不足的部分問題，也還不能完全了解暴雨的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

所以我說，暴雨預(yù)報(bào)還沒有取得突破性的進(jìn)展。第十一頁，共六十七頁。4加強(qiáng)暴雨預(yù)報(bào)服務(wù)的必要性比如：1982年6月19日，武漢市降水298.5mm,1983年7月3—4日，武漢市降水155.8mm,

市區(qū)積水長達(dá)8天，經(jīng)濟(jì)損失十分嚴(yán)重。

1998年7月20-21日，武漢市降水456.8mm，由于我們提前與市排水部門聯(lián)系，預(yù)先預(yù)排，騰空大型箱涵、明渠、湖庫3/4的庫容，暴雨發(fā)生后又加強(qiáng)搶排，2天市內(nèi)交通恢復(fù)正常，市區(qū)積水時(shí)間縮短4—6天。所以，暴雨預(yù)報(bào)和服務(wù)緊密結(jié)合，尤其是得到職能部門的支持，是當(dāng)前減少暴雨損失關(guān)鍵。第十二頁，共六十七頁。這就是我講的前言的四個(gè)內(nèi)容：中國是多暴雨的國家之一；暴雨災(zāi)害居多種自然災(zāi)害之首；暴雨研究的現(xiàn)狀：取得了很多可喜的成果，但還未取得突破性的進(jìn)展；加強(qiáng)服務(wù)，爭取職能部門的支持，可以盡量避免暴雨災(zāi)害所造成的損失；

既然我國暴雨這么多，災(zāi)害這么重，而且又有這么多的問題，尤其是其機(jī)理、結(jié)構(gòu)，還沒有很好的解決，因此，我們要盡可能地掌握暴雨的發(fā)生和發(fā)展的條件，以便提高我們的預(yù)報(bào)能力。下面講正題：暴雨發(fā)生、發(fā)展條件第十三頁，共六十七頁。二、暴雨發(fā)生、發(fā)展條件第十四頁，共六十七頁。（一）降水量公式我們知道，在降水過程中，大氣密度變化得比較遲鈍，數(shù)值變化一般不大，降水量就主要是由三個(gè)要素所決定的：大氣的低層水汽大氣的平均垂直速度大氣的降水生命期大氣的低層水汽、大氣的平均垂直速度、大氣的降水生命期是和降水量成正比的。那么，這個(gè)公式說明了什么呢？也就是說，我們從這個(gè)公式里，得到什么樣的啟示呢？

第十五頁，共六十七頁。（一）降水量公式其實(shí)，這個(gè)公式告訴我們，大氣實(shí)際上就像是一個(gè)造雨的機(jī)器。大氣的低層水汽就是這個(gè)機(jī)器的原料，原料越充分，其產(chǎn)量就越大，降水就越強(qiáng)；大氣的平均垂直運(yùn)動(dòng)可以把它理解為這個(gè)機(jī)器設(shè)備的生產(chǎn)能力，大尺度系統(tǒng)的上升運(yùn)動(dòng)小，生產(chǎn)力落后，而中小尺度上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，設(shè)備先進(jìn)，效率就高，所以，中小尺度系統(tǒng)有利于暴雨發(fā)生；大氣的降水生命期可以比作機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，當(dāng)然，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間越長，產(chǎn)量就越高。第十六頁，共六十七頁。（一）降水量公式

這個(gè)降水量公式給我們提示了一條做暴雨分析和預(yù)報(bào)的一個(gè)思路：1要分析大氣的水汽狀態(tài)，尤其大氣低層的水汽特征；2要分析大氣的垂直運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；3要分析各種天氣系統(tǒng)的表現(xiàn)，看其是否穩(wěn)定，能否使降水天氣維持。

第十七頁，共六十七頁。（一）降水量公式：水汽、垂直運(yùn)動(dòng)、降水生命期是暴雨發(fā)生不可少的三個(gè)因素，就是我們常說的暴雨三要素。有的教科書和論文把水汽、垂直運(yùn)動(dòng)和大氣穩(wěn)定度作為暴雨三要素是不妥的。因?yàn)榇髿夥€(wěn)定度嚴(yán)格的講是屬于上升運(yùn)動(dòng)的范疇的物理量，因?yàn)榇髿獠环€(wěn)定有利于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)生。在降水強(qiáng)度不變的情況下，忽視降水時(shí)間長短是不對(duì)的。

下面就讓我們對(duì)這3要素逐一地進(jìn)行討論。第十八頁，共六十七頁。（二）水汽直觀印象告訴我們：

降水是和氣溫高低成正比，和氣壓高低成反比的。我們做暴雨的預(yù)報(bào)的時(shí)候，是不是首先要考慮和認(rèn)識(shí)一下氣溫和氣壓這兩個(gè)物理量呢？他們到底和水汽有什么關(guān)系、與暴雨又有是個(gè)什么聯(lián)系呢？下面我就講一下水汽與溫度和氣壓的關(guān)系。第十九頁，共六十七頁。2水汽與溫度和氣壓的關(guān)系無論是干空氣，還是濕空氣，其凝結(jié)函數(shù)都和氣溫成正比，而和氣壓成反比。也就是說，在絕熱的情況下，凝結(jié)的水汽都與溫度和氣壓有關(guān)。它是隨溫度的升高而增大，隨氣壓的升高而減小。

這個(gè)結(jié)論就清楚地反應(yīng)出大氣在一定氣溫和氣壓的狀態(tài)下，所能夠容納的水汽量的問題。它的實(shí)質(zhì)：反應(yīng)了大氣中的水容量的問題

高溫低氣壓空氣中能含納的水汽就多低溫高氣壓空氣中含納的水汽就少

第二十頁，共六十七頁。3水汽與溫度、氣壓關(guān)系的實(shí)質(zhì)這就解釋了為什么R低緯＞R高緯R夏季＞R冬季R高地＞R低地所以有經(jīng)驗(yàn)的預(yù)報(bào)員做暴雨預(yù)報(bào)時(shí)首先要考慮大氣轉(zhuǎn)暖程度、低壓、倒槽等天氣形勢，這實(shí)質(zhì)上是在考慮大氣中的水汽含量多寡，所以，氣溫、氣壓也是認(rèn)識(shí)水汽的重要物理量。第二十一頁，共六十七頁。4表示水汽的物理量飽和差：反應(yīng)了大氣的飽和程度。高溫、低壓反應(yīng)了大氣中能夠容納的水汽較多，但是否已經(jīng)容納了足夠的水汽了呢？這要看飽和差的大小了。夏季氣溫很高、氣壓低，大氣可以容納很多的水汽，所以，夏季降水要比冬季多。但盛夏氣溫最高，氣壓也低，大氣中可以容納很多的水汽，但是露點(diǎn)溫度與氣溫相差很大的時(shí)候，空氣無法達(dá)到飽和，照樣無雨。因此，我們不僅要看給的容器的大小，還要看里面盛著多少水。飽和差正是可以給出容器的大小和里面盛有多少水的物理量。第二十二頁，共六十七頁。4表示水汽的物理量比如說：一個(gè)小碗（低溫高壓），水汽輸送充分，里面盛滿水（飽和），但畢竟容量小，倒不出多少水來。一個(gè)大缸（高溫低壓），水汽輸送不充分，里面沒有水（不飽和），也同樣倒不出水來。

一個(gè)大缸（高溫低壓），里面也盛滿水（飽和），當(dāng)然，大缸里倒出來的水就比小碗里倒出來水就多得多。因此，在盛夏里氣溫高，難以達(dá)到飽和，降水過程相對(duì)少，但是，一但飽和，降水強(qiáng)度就很大，十分鐘最大雨強(qiáng)、一小時(shí)最大雨強(qiáng)等一般是出現(xiàn)在盛夏季節(jié)。第二十三頁，共六十七頁。4表示水汽的物理量

假相當(dāng)位溫和濕靜力總溫度：這兩個(gè)物理量是兩套溫標(biāo)中不同的表達(dá)，都是溫濕特征的物理量，在某種意義上都可以反應(yīng)出飽和差。濕靜力總溫度是大氣中顯熱能、潛熱能和位能的綜合，和假相當(dāng)位溫一樣，其數(shù)值可以反映出氣柱的顯熱能和潛熱能的狀態(tài)，其高值也可以表示大氣的高溫和高濕特征。飽和差一般要和假相當(dāng)位溫和濕靜力總溫度這兩個(gè)反應(yīng)大氣溫濕特征的物理量配合使用。第二十四頁，共六十七頁。4表示水汽的物理量水汽通量：反應(yīng)大氣中水汽輸送的物理量。一般在潮濕的氣柱中只含有6g/cm2,即使是cb的氣柱中，其水汽全部降落到地面，也只有50—60mm的降水量且只需要1小時(shí)時(shí)間就可以下完。本地的蒸發(fā)量一天頂多5mm，10多天蒸發(fā)的水汽僅供下1小時(shí)。在夏季，100、200、300mm的降水是很多見的。第二十五頁，共六十七頁。4表示水汽的物理量

98.7武漢鸚鵡洲24小時(shí)606mm63.8邯鄲9天1033.9mm75.8河南3天1631mm1天1060mm水汽是從哪里來得呢？靠水汽輸送。所以水汽輸送在暴雨預(yù)報(bào)中是非常重要的。一般來說，我國的水汽來源主要有3條路線，一條隨東風(fēng)來自西太平洋，一條隨偏南風(fēng)來自南海，另一條是隨西南風(fēng)來自孟加拉灣。第二十六頁，共六十七頁。4表示水汽的物理量水汽通量是風(fēng)速和比濕的乘積，是與風(fēng)有直接關(guān)系的，也是個(gè)矢量。因此，水汽通量一般與風(fēng)場相對(duì)應(yīng)，其大值軸與急流軸基本一致。我們?cè)谧霰┯觐A(yù)報(bào)時(shí)，要特別注意低空急流的生產(chǎn)和發(fā)展，尤其是來自南海的南風(fēng)急流，距離近、無阻擋，有時(shí)來得又快又猛，24小時(shí)內(nèi)就有可能引發(fā)暴雨。第二十七頁，共六十七頁。4表示水汽的物理量

水汽通量散度：反應(yīng)大氣中水汽聚集和消耗的物理量。這個(gè)物理量是急流輸送來得水汽能否在暴雨區(qū)里凝結(jié)并轉(zhuǎn)化為雨的關(guān)鍵，在暴雨的預(yù)報(bào)中具有十分重要的意義。第二十八頁，共六十七頁。4表示水汽的物理量水汽通量是水汽在空中流動(dòng)的概念，就像水在水管里的流動(dòng)一樣，可以分析水汽通道的形狀，水汽是從何處流來，流往什么地方去，流來流走，數(shù)值的大小都還不好說是下雨的佐證。只有在空中水汽流來的多，流走的少，形成水汽輻和才會(huì)下雨。也就是說只有當(dāng)水管破裂，水才能流得出來。因此，水汽的輻和才可以反應(yīng)出是否有降水發(fā)生的物理量。第二十九頁，共六十七頁。4表示水汽的物理量暴雨過程水汽的輸送和水汽輻和特征：

水汽回流型西南急流型低渦上旋低渦下旋切變線

下面我們看幾個(gè)例子第三十頁，共六十七頁。4表示水汽的物理量回流暴雨的發(fā)生，必須具備近地層（1000米以下的冷空氣內(nèi)）有一支超低空急流，另外，在冷空氣上面一定也有一支強(qiáng)的西南風(fēng)暖濕急流存在，否則，超低空急流在穩(wěn)定的空氣中僅僅靠地形強(qiáng)迫抬升，不足以造成很強(qiáng)的潛熱釋放形成風(fēng)場水汽輻和的，只有觸動(dòng)冷空氣上方不穩(wěn)定的暖濕空氣后，才能出現(xiàn)強(qiáng)烈的潛熱釋放，低層得以降高，形成風(fēng)場水汽輻和，也得到由南向北水汽平流輻和的補(bǔ)充，暴雨才可能發(fā)生。第三十一頁，共六十七頁。4表示水汽的物理量這種類型的水汽輻和引發(fā)的暴雨，在我國長江流域及以南地區(qū)并不多見，但在我國華北，北面是燕山山脈，西面是太行山山脈，冷空氣從貝加爾湖南下，越過燕山后在地面層堆積往往形成高壓，高壓的底部出現(xiàn)較強(qiáng)的偏東風(fēng)，將渤海、黃海的水汽向陸地輸送，遇到太行山的阻擋上升與上層（850-700hpa）依然是以偏西風(fēng)的暖濕氣流合并，再向東輸送，形成回流，引發(fā)暴雨，是一種典型的北方暴雨天氣類型。這種類型的暴雨過程的特征比較明顯，因?yàn)榈蛯映涂占绷骱蜕蠈拥呐瘽窦绷鞯慕Y(jié)合點(diǎn)正是水汽輻和中心，同時(shí)水汽的輻和上升釋放潛熱，會(huì)使低層降高，生成低壓，也是風(fēng)場水汽輻和中心，只要抓住水汽輻和中心（低渦）的移動(dòng)就可以預(yù)報(bào)下游的暴雨過程。第三十二頁，共六十七頁。4表示水汽的物理量

西南急流類幾種暴雨水汽輸送和水汽輻和的共同特征：在副熱帶外圍有一支西南急流，將孟加拉灣和南海的水汽源源不斷向長江流域輸送，造成長江以南大面積增濕增暖。第三十三頁，共六十七頁。4表示水汽的物理量西南急流之低渦上旋型：在副熱帶外圍有一支西南急流，將孟加拉灣和南海的水汽源源不斷向長江流域輸送，造成長江以南大面積增濕增暖。暴雨區(qū)的水汽輻和是由西南急流南風(fēng)分量產(chǎn)生水汽平流和地面氣旋性繞流上旋到700hpa的低渦產(chǎn)生的水汽風(fēng)場共同完成。第三十四頁，共六十七頁。4表示水汽的物理量西南急流之低渦下旋型：暴雨區(qū)的水汽輻和是由西南急流南風(fēng)分量產(chǎn)生水汽平流和500hpa低渦下高原后下旋到700hpa的低渦產(chǎn)生的水汽風(fēng)場共同完成。西南急流之切變線型：暴雨區(qū)的水汽輻和是由西南急流南風(fēng)分量產(chǎn)生水汽平流和700hpa的切變線產(chǎn)生的水汽風(fēng)場共同完成。

第三十五頁，共六十七頁。4表示水汽的物理量

暴雨過程的水汽基本條件:大海（水汽源）

西南急流

江南大面積增濕增暖特殊條件：增濕增暖區(qū)水汽不均勻，與風(fēng)場水汽輻和合并。??暴雨區(qū)

我們給出中出度急流的概念

第三十六頁，共六十七頁。4表示水汽的物理量

對(duì)于大暴雨和特大暴雨過程，在水汽不均勻的地方，往往700hpa天氣圖上可以見到下列的三種大風(fēng)現(xiàn)象(風(fēng)場不均勻)：

·

單站大風(fēng)·

二支急流·

大片急流大風(fēng)區(qū)這些大風(fēng)特征造成風(fēng)場的十分不均勻，非常有利水汽風(fēng)場輻和特別強(qiáng)，同時(shí)可以造成其北側(cè)正渦度的強(qiáng)烈發(fā)展。我們是不是可以把大風(fēng)的這些現(xiàn)象都定義為中尺度大風(fēng)和中間尺度大風(fēng)的概念呢？尤其在大暴雨和特大暴雨過程中，這三種大風(fēng)出現(xiàn)的幾率非常高，我在湖北暴雨的研究中，把這三種大風(fēng)的情況就都定義為中尺度急流。

第三十七頁，共六十七頁。4表示水汽的物理量講到這里，大家會(huì)產(chǎn)生一個(gè)疑問：單站大風(fēng)是中尺度和是中間尺度的，可以理解。而從重慶到武漢的急流和江南大片大風(fēng)也是中尺度的嗎？就不好理解了。這主要是根據(jù)中尺度急流的生成特點(diǎn)來確定它的性質(zhì)和定義的。第三十八頁，共六十七頁。4表示水汽的物理量中尺度急流的生成環(huán)境有三個(gè)條件：

1在飽和濕空氣中2對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)中3在上升運(yùn)動(dòng)區(qū)中簡單地說：中間尺度急流的生成是由于對(duì)流不穩(wěn)定的飽和濕空氣在上升的過程中可以獲得加速的結(jié)果。第三十九頁，共六十七頁。4表示水汽的物理量既然單站在這樣的原理下可以出現(xiàn)大風(fēng)，為什么它的上游、下游同樣也是飽和濕空氣，也處在對(duì)流不穩(wěn)定的層結(jié)中、在上升狀態(tài)時(shí)就不能出現(xiàn)大風(fēng)呢？出現(xiàn)2支急流,就可以認(rèn)為是中尺度急流連成一線。出現(xiàn)大片急流大風(fēng)不也可以認(rèn)為是中尺度急流連成了一片嗎？所以我認(rèn)為這三種大風(fēng)都可以定義為中尺度急流。第四十頁，共六十七頁。4表示水汽的物理量暴雨的水汽輸送，原則上分為兩步：副高外圍的天氣尺度急流，其作用是把海洋上得水汽源源不斷地向內(nèi)陸輸送，結(jié)果是造成陸地上大面積增濕增暖。2在飽和不穩(wěn)定的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)中，生成中尺度急流，其作用一方面加強(qiáng)濕空氣的輻和，另一方面將輻和的水汽向暴雨區(qū)輸送，在其下游造成暴雨。暴雨區(qū)直接的水汽輸送一般是由中出度急流來實(shí)現(xiàn)的。第四十一頁，共六十七頁。（三）上升運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象大尺度降水區(qū)中尺度降水區(qū)小尺度陣雨、雷陣雨引發(fā)合并第四十二頁，共六十七頁。1現(xiàn)象這種現(xiàn)象就是我們預(yù)報(bào)員在暴雨預(yù)報(bào)過程中已經(jīng)認(rèn)識(shí)到的規(guī)律，即暴雨是中尺度天氣現(xiàn)象，但其發(fā)生卻是多種尺度相結(jié)合的產(chǎn)物。這是因?yàn)橹谐叨认到y(tǒng)是在大尺度天氣背景下發(fā)生的，沒有有利的大尺度系統(tǒng)天氣背景，中尺度系統(tǒng)也不可能得到發(fā)展和加強(qiáng)。因此，我們?cè)谘芯勘┯甑臅r(shí)候，必須分析清楚大尺度的天氣背景和暴雨的直接中尺度影響系統(tǒng)，并對(duì)其上升運(yùn)動(dòng)進(jìn)行診斷。第四十三頁，共六十七頁。2上升運(yùn)動(dòng)的診斷分析我們知道：上升運(yùn)動(dòng)迄今為止無法直接測量，一般都是基于其他觀測的物理量資料，通過診斷分析而得。因此能否較好地描述垂直運(yùn)動(dòng)，對(duì)其診斷方法的先進(jìn)與否，將顯得尤為重要。下面我介紹幾種傳統(tǒng)的診斷方法。第四十四頁，共六十七頁。2上升運(yùn)動(dòng)的診斷分析ω方程的這兩項(xiàng)（方程前兩項(xiàng)）告訴我們：大氣中得垂直運(yùn)動(dòng)可以認(rèn)為是由溫度平流的拉普拉斯和絕對(duì)渦度的差動(dòng)項(xiàng)強(qiáng)迫產(chǎn)生的。當(dāng)這兩項(xiàng)的符號(hào)相反時(shí)，很難定性判斷垂直運(yùn)動(dòng)的方向，并且，這兩項(xiàng)之間還存在部分抵消效應(yīng)，在分別計(jì)算兩項(xiàng)強(qiáng)迫的垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，也會(huì)得出不正確的結(jié)果。第四十五頁，共六十七頁。

2上升運(yùn)動(dòng)的診斷分析

準(zhǔn)地轉(zhuǎn)ω方程和半地轉(zhuǎn)的二維次級(jí)環(huán)流方程可以描述中高緯度大氣的許多基本結(jié)構(gòu)。在中、高緯度天氣系統(tǒng)的診斷分析和早期數(shù)值預(yù)報(bào)中得到了廣泛的應(yīng)用。但它

溫度平流和渦度平流差動(dòng)兩項(xiàng)是有相關(guān)部分的，計(jì)算結(jié)果是不科學(xué)、也不準(zhǔn)確的。潛熱作用往往大于平流強(qiáng)迫成為主要項(xiàng)，而潛熱與待診斷的ω同時(shí)發(fā)生，很難預(yù)先給出來，強(qiáng)降水發(fā)生前ω很難作出診斷。地面的摩擦不便描述。因此，在80年代一般做定性的分析使用。

第四十六頁，共六十七頁。2上升運(yùn)動(dòng)的診斷分析

后來，在70年代，有人修改了傳統(tǒng)的準(zhǔn)地轉(zhuǎn)ω方程的某些缺陷，把它寫成準(zhǔn)地轉(zhuǎn)的Ｑ矢量形式的ω方程，并將平流強(qiáng)迫函數(shù)組成準(zhǔn)地轉(zhuǎn)Ｑ矢量散度的形式，這套方程對(duì)中高緯度準(zhǔn)地轉(zhuǎn)的天氣系統(tǒng)的發(fā)展作出更合理的表述和解釋。同時(shí)，也在暴雨分析中得到了廣泛的應(yīng)用。其原理在業(yè)務(wù)氣象學(xué)中事實(shí)上已經(jīng)成為從模式產(chǎn)品估計(jì)垂直運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。其表達(dá)式為：第四十七頁，共六十七頁。

2上升運(yùn)動(dòng)的診斷分析準(zhǔn)地轉(zhuǎn)的Ｑ矢量形式的ω方程的優(yōu)點(diǎn)，是預(yù)先剔除了溫度平流和渦度平流差動(dòng)兩項(xiàng)之間相抵部分，對(duì)中高緯度天氣系統(tǒng)的發(fā)展作出更合理的表述和解釋。但是在暴雨診斷中：它不能很好的解決與待診斷的ω同時(shí)發(fā)生、在強(qiáng)降水中成為主要項(xiàng)的潛熱作用對(duì)上升運(yùn)動(dòng)的貢獻(xiàn)。在暴雨天氣中，風(fēng)場具有顯著的非地轉(zhuǎn)特點(diǎn)，用準(zhǔn)地轉(zhuǎn)的方法描述暴雨系統(tǒng)也是不確切的。

雖然這套方程在暴雨中得到廣泛的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用，但仍然是很不理想的。

第四十八頁，共六十七頁。2上升運(yùn)動(dòng)的診斷分析再后來，又有人針對(duì)暴雨系統(tǒng)風(fēng)場顯著的非地轉(zhuǎn)特性，給出幾種非地轉(zhuǎn)的ω方程，但基本上都以平衡方程為運(yùn)動(dòng)的約束條件，對(duì)散度變化有過嚴(yán)的限制，也不符合暴雨系統(tǒng)具有大散度變化的風(fēng)場實(shí)際情況。因此，做暴雨系統(tǒng)的診斷還要研究與暴雨系統(tǒng)相適應(yīng)的新的理論工具。第四十九頁，共六十七頁。2上升運(yùn)動(dòng)的診斷分析1999年，中國氣象局武漢暴雨所胡伯威教授推導(dǎo)出《一種適用于中國夏季暴雨系統(tǒng)診斷的非地轉(zhuǎn)Ｑ矢量ω方程》。對(duì)前述的非地轉(zhuǎn)ω方程有明顯改進(jìn)，經(jīng)過實(shí)際暴雨預(yù)報(bào)中檢驗(yàn)，有較好的效果。

這篇論文發(fā)表在《氣象學(xué)報(bào)》第57卷第4期上。第五十頁，共六十七頁。2上升運(yùn)動(dòng)的診斷分析方程即有地轉(zhuǎn)項(xiàng)，也包含了重要的非地轉(zhuǎn)項(xiàng)，放寬了對(duì)散度風(fēng)強(qiáng)度的控制，適合大散度變化暴雨系統(tǒng)的診斷；把總體加熱參數(shù)化方法加入邊界層摩擦作用中；方程診斷限制用于低層，低層上升運(yùn)動(dòng)雖比中上層弱，但它卻是產(chǎn)生和維持強(qiáng)對(duì)流暴雨的關(guān)鍵；潛熱主要在高層，對(duì)低層影響不突出，巧妙地回避了潛熱對(duì)暴雨系統(tǒng)的診斷的影響。

第五十一頁，共六十七頁。2上升運(yùn)動(dòng)的診斷分析介紹ω方程的改進(jìn)過程，目的是以ω方程為例，讓大家了解做暴雨分析和預(yù)報(bào)，不是依靠一個(gè)方法、一種工具就能解決的，而是要經(jīng)過幾代人的不斷努力、逐步認(rèn)識(shí)、逐步進(jìn)步的過程。況且，迄今為止，也還沒有一個(gè)真正能夠全面表述暴雨系統(tǒng)的ω方程。第五十二頁，共六十七頁。2上升運(yùn)動(dòng)的診斷分析連續(xù)方程使用的前提條件，是空氣不可壓縮的，它告訴我們：在某層空氣中有氣流的輻和或輻散，必然會(huì)有垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)生。用連續(xù)方程做暴雨分析和診斷，我們希望大氣上層有空氣的輻散，下層有空氣的輻和，這樣整個(gè)氣柱為上升運(yùn)動(dòng)，有利暴雨天氣的發(fā)生。第五十三頁，共六十七頁。2上升運(yùn)動(dòng)的診斷分析大氣高層的輻散重點(diǎn)注意兩個(gè)系統(tǒng)：

1南亞高壓2高空急流第五十四頁，共六十七頁。2上升運(yùn)動(dòng)的診斷分析南亞高壓：南亞高壓是指100hpa等壓面上的高壓系統(tǒng)，它和副熱帶高壓類似，每年夏季都會(huì)有一次向北半球的移動(dòng)過程。一般在5—6月比較活躍，其中心可以到達(dá)我國青藏高原上，長江流域處在南亞高壓脊（100hpa東西風(fēng)零線）附近，高空表現(xiàn)出輻散特征。第五十五頁，共六十七頁。2上升運(yùn)動(dòng)的診斷分析

高空急流：高空急流的顯著特點(diǎn)是準(zhǔn)地轉(zhuǎn)的。

sn入口出口高空急流一般是指200hpa等壓面上有一條≥36m/s以上的大風(fēng)帶。最大大風(fēng)的連線稱為高空急流軸。最大風(fēng)處稱為高空急流中心。第五十六頁，共六十七頁。我們選高空急流特殊的情況對(duì)高空急流各個(gè)區(qū)域做散度分析：

假設(shè)高空急流呈準(zhǔn)直線、準(zhǔn)緯向的k（曲率）=0f（緯度）=c2上升運(yùn)動(dòng)的診斷分析第五十七頁，共六十七頁。2上升運(yùn)動(dòng)的診斷分析

正渦度區(qū)

渦度：小大

負(fù)渦度區(qū)負(fù)渦度區(qū)渦度：大小小大散度：正渦度區(qū)

大小散度：第五十八頁，共六十七頁。2上升運(yùn)動(dòng)的診斷分析高空急流的輻散區(qū)：高空急流中心所在的第一、三象限是輻散區(qū)。高空急流中心所在的第二、四象限是輻和區(qū)?；蛘撸焊呖占绷鞯娜肟趨^(qū)的右側(cè)、出口區(qū)的左側(cè)是輻散區(qū)。高空急流的入口區(qū)的左側(cè)、出口區(qū)的右側(cè)是輻和區(qū)。第五十九頁，共六十七頁。2上升運(yùn)動(dòng)的診斷分析低空急流：低空急流一般是在700hpa一下氣層出現(xiàn)的≥12m/s的大風(fēng)，由于大氣低層的摩擦作用，它和高空