大型降水天氣過程.ppt

1、南京信息工程大學 大氣科學學院,本章主要分析降水特別是暴雨形成的物理過程及其診斷方法，影響我國大范圍降水的環(huán)流形勢及天氣過程，形成暴雨的各種天氣尺度系統(tǒng)等。,第七章 大型降水天氣過程,南京信息工程大學 大氣科學系,多年年平均降水量（1988-96）,南京信息工程大學 大氣科學系,南京信息工程大學 大氣科學系,本章重點： （1）降水和暴雨形成機制 （2）我國大型降水過程的環(huán)流特征 （3）低空急流對暴雨形成的作用 本章難點： 華南前汛期降水、江淮梅雨、華北與東北雨季降水環(huán)流特征及其產生暴雨的關鍵系統(tǒng)解釋。,南京信息工程大學 大氣科學系,概述 降水的形成與診斷 大范圍降水的環(huán)流特征 降水的天氣尺度系

2、統(tǒng) 暴雨中尺度系統(tǒng) 不同高度急流對暴雨生成的作用 習題,南京信息工程大學 大氣科學系,概 述 1 含義 大型降水主要是指范圍廣大的降水，降水區(qū)可達天氣尺度大小，包括連續(xù)性和陣性的大范圍雨雪及夏季暴雨。,南京信息工程大學 大氣科學系,2 降水的分級,南京信息工程大學 大氣科學系,3 降水的影響利弊,利：適量的降水保障農業(yè)生產。 弊：造成旱澇 例子：1998年長江流域洪災的經濟損失超過了2500多億元，因災死亡4150人，是建國以來歷次洪災中損失最大的一次。,九江決口,南京信息工程大學 大氣科學系,3.1 降水的形成與診斷,降水形成過程 水汽方程和降水率 水汽條件的診斷分析 垂直運動條件的診斷分析

3、 地形和摩擦對降水的影響,南京信息工程大學 大氣科學系,一、降水形成過程 一般降水的形成過程 水汽條件 垂直運動條件 云滴增長條件 微觀過程,宏觀過程,冰晶效應 碰撞合并,南京信息工程大學 大氣科學系,南京信息工程大學 大氣科學系,水分循環(huán)過程,南京信息工程大學 大氣科學系,并合效率,南京信息工程大學 大氣科學系,并合效率,南京信息工程大學 大氣科學系,降水小結,南京信息工程大學 大氣科學系,云滴增長取決于云層厚度，云層厚度取決于水汽條件和垂直運動條件，因此降水分析就是對水汽條件和垂直運動條件進行分析。,南京信息工程大學 大氣科學系,2 暴雨形成條件 充分的水汽供應 強烈的上升運動 較長的持續(xù)

4、時間 因此要研究環(huán)流形勢 連續(xù)暴雨的必要前提：副高脊，長波槽，切變線、靜止鋒、大型冷渦等長期穩(wěn)定 天氣尺度系統(tǒng)：短波槽、低渦、氣旋等,南京信息工程大學 大氣科學系,二、水汽方程和降水率 1 水汽方程:表示水汽輸送和變化的基本方程,比濕 q 體積 xyz 所含水汽質量 qxyz 單位時間內該體積所含水汽的變化量為,南京信息工程大學 大氣科學系,在不考慮液態(tài)水和固態(tài)水向體積內輸送的情況下，水分質量守恒可知水汽變化量決定于四個因子：水平、垂直方向凈流入，蒸發(fā)凝結和湍流擴散。,南京信息工程大學 大氣科學系,（1）水平方向上水汽的凈流入量 y方向： 同理，x方向：,南京信息工程大學 大氣科學系,因此：水

5、平方向水汽凈流入量為 其中, 為水汽通量散度。,南京信息工程大學 大氣科學系,（2）垂直方向上水汽的凈流入量為 （3） 凝結量 單位時間內，單位質量空氣凝結率為c， 則在單位時間內，體積 中的凝結 量為 此值凝結時為正，蒸發(fā)時為負。,南京信息工程大學 大氣科學系,（4）湍流擴散 湍流擴散率：單位時間，單位質量空氣塊由湍流擴散引起的水汽輸送量d，則單位時間內體積 內湍流擴散所引起的水汽輸送量為,南京信息工程大學 大氣科學系,水汽方程,南京信息工程大學 大氣科學系,以連續(xù)方程代入 則得水汽方程的另一形式 :,南京信息工程大學 大氣科學系,如果沒有凝結或蒸發(fā)，且湍流擴散也很小，可以忽略不計，則 這表

6、示空氣質塊的比濕保持不變 討論: a. 蒸發(fā) c0 減少,南京信息工程大學 大氣科學系,2 降水率 設I是單位時間內降落在地面單位面積 上的總降水量，稱為降水強度或降水率,南京信息工程大學 大氣科學系,3 凝結函數(shù),南京信息工程大學 大氣科學系,南京信息工程大學 大氣科學系,F為凝結函數(shù) F0 當有上升運動時有凝結,南京信息工程大學 大氣科學系,對凝結函數(shù)的討論 （1）F0 （2）F是由溫度，飽和比濕和氣壓等常規(guī) 資料組成，可以觀測得到 不足： （1）忽略了亂流的影響，使計算量偏大 （2）云不會全部凝結，使計算量偏大 （3）垂直速度的計算有誤差,南京信息工程大學 大氣科學系,三、水汽條件的診斷

7、分析 1 水汽含量 （1）各層比濕或露點 （2）各層飽和程度：在等壓面上分析等（ T-Td）線，用以表示空氣的飽和程度 等壓面圖上： T-Td2 飽和區(qū) T-Td4-5 濕區(qū) 垂直剖面圖： 相對濕度 f 90% 飽和區(qū) （3） 濕層厚度 濕層即飽和層，濕層越厚，降水越強。,南京信息工程大學 大氣科學系,2 可降水量 （1）定義：將一地區(qū)上空整層大氣的 水汽全部凝結并降至地面的降水 量稱為該地區(qū)的可降水量。 （2） 表達式：,南京信息工程大學 大氣科學系,3 水汽通量 （1） 定義：單位時間通過與水平風速 相垂直的單位面積的水汽量. （2）表達式: 底邊為單位長度，高為單位百帕的水汽通量為,南京

8、信息工程大學 大氣科學系,水汽通量,南京信息工程大學 大氣科學系,水汽通量,南京信息工程大學 大氣科學系,4 水汽通量散度 （1）含義：水平水汽通量散度指單位時間、 單位體積內水汽的水平凈流入或凈流出 量 （2）表達式: 輻散 輻合 （3）降水率：整層大氣的水汽水平通量散度 即為降水率。I=-D,南京信息工程大學 大氣科學系,水汽通量散度,南京信息工程大學 大氣科學系,水汽通量散度,南京信息工程大學 大氣科學系,比濕平流,風的散度,南京信息工程大學 大氣科學系,5 水汽的局地變化 由上式可看出，某地區(qū)水汽的局地變化取決于以下四項：比濕平流、比濕垂直輸送、凝結、蒸發(fā)和湍流擴散,南京信息工程大學

9、大氣科學系,（1）比濕平流：濕平流引起局地比濕增 加，干平流引起局地比濕減少。 （2）比濕垂直輸送：一般低層濕度大于高 層，因此某層上升運動將使局地比濕 增加，下沉運動將使局地比濕減少。 （3）凝結、蒸發(fā)：凝結時使局地比濕減少 ，蒸發(fā)時使局地比濕增加。,南京信息工程大學 大氣科學系,（4） 湍流擴散：湍流擴散在垂直方向主要 使水面和下墊面蒸發(fā)的水汽向上輸送 到高層大氣中去，一般在大型降水中 不考慮。 四項比較： 降水產生之前： 降水產生之后：,南京信息工程大學 大氣科學系,四、垂直運動條件的診斷分析 主要通過分析水平風場和溫壓場來判斷垂直運動 1 用連續(xù)方程診斷垂直運動 公式推導： “P”系中

10、的連續(xù)方程為：,南京信息工程大學 大氣科學系,（1）從下往上積分： 討論：,南京信息工程大學 大氣科學系,（2）從大氣層頂（p=0）向下積分 討論：,南京信息工程大學 大氣科學系,（3）補償原理（整層積分） 高層輻散低層輻合，P層有上升運動 高層輻合低層輻散，P層有下沉運動,南京信息工程大學 大氣科學系,低層散度的診斷 用850、700百帕上的風向風速來診斷輻 合上升運動的強度及降水,南京信息工程大學 大氣科學系,輻合型之一,輻合型之二,陰影區(qū)為降水區(qū),陰影區(qū)為降水區(qū),南京信息工程大學 大氣科學系,輻合型之三,陰影區(qū)為降水區(qū),南京信息工程大學 大氣科學系, 用低層變壓場來判斷垂直運動 變壓風：

11、 兩邊取散度得： 在正變壓中心有輻散下沉運動，負變壓中心有輻合上升運動，中心數(shù)值愈大，愈顯著。,南京信息工程大學 大氣科學系,高層散度的診斷 簡化的渦度方程,南京信息工程大學 大氣科學系,a.高層多半是帶狀波動流型 b.與降水相聯(lián)系的高空槽脊主要是短波 討論：a. 槽前脊后，有正相對渦度平流，高層輻散， 有上升運動 b. 槽后脊前，有負相對渦度平流，高層輻合， 中層有下沉運動,南京信息工程大學 大氣科學系,用方程診斷垂直運動（用某一層上的溫壓場）,絕對渦度平流隨高度變化,溫度平流的拉普拉斯,非決熱加熱的拉普拉斯,南京信息工程大學 大氣科學系,（1）熱成風對相對渦度的平流,南京信息工程大學 大氣

12、科學系,南京信息工程大學 大氣科學系,南京信息工程大學 大氣科學系,南京信息工程大學 大氣科學系,有上升運動 有下沉運動,南京信息工程大學 大氣科學系,渦度平流和冷暖平流對垂直運動的貢獻,南京信息工程大學 大氣科學系,渦度平流和冷暖平流對垂直運動的貢獻相反,南京信息工程大學 大氣科學系,（2）非絕熱加熱的作用 加熱 有上升運動 冷卻 有下沉運動,南京信息工程大學 大氣科學系,在非絕熱加熱作用中，以凝結潛熱釋放為主。滿足潛熱釋放的條件為: 摩擦層中有水汽通量的凈輻合； 有其他原因造成的上升運動； 空氣近于飽和，例如規(guī)定T-Td4. 降水對上升運動的反饋作用,南京信息工程大學 大氣科學系,在數(shù)值預

13、報中，稱 為加熱函數(shù)。 對流參數(shù)化：常用某些大尺度的參數(shù)表示加熱函數(shù)，把中小尺度的凝結潛熱加熱用大尺度的量表示，稱為加熱函數(shù)參數(shù)化或對流參數(shù)化。,南京信息工程大學 大氣科學系,五、地形和摩擦對降水的影響 地形的動力作用 1強迫抬升 2. 地形輻合 地形的云物理作用 1. 對流層中部層狀云和低云的相互作用 2. 對流層中部層狀云和積雨云的相互作用 3. 積雨云和低空層狀云的相互作用 4. 對流層中部不穩(wěn)定和低云的相互作用,南京信息工程大學 大氣科學系,南京信息工程大學 大氣科學系, 摩擦作用 討論： 低壓氣旋 上升 高壓反氣旋 下沉,南京信息工程大學 大氣科學系,3.2 大范圍降水的環(huán)流特征,我

14、國的雨季一般開始于夏季風爆發(fā)，止于夏季風撤退，雨帶的南北位移是和東亞環(huán)流的季節(jié)變化有關，受副高脊線、青藏高壓脊線、副熱帶西風急流和東亞季風季節(jié)變化影響。,南京信息工程大學 大氣科學系,一、我國各地降水氣候概況 （1）各地雨量 年雨量分布極不均勻，從東南沿海向西北內陸減少。 （2）雨季：即連陰雨期，夏季水汽充沛，降水量多，故夏季的連陰雨期一般稱為雨季。我國絕大多數(shù)雨量集中在夏季，有明顯的雨季、干季之分。,南京信息工程大學 大氣科學系,全球年降水量分布,南京信息工程大學 大氣科學系,云貴高原 5月下旬-10月下旬 青藏高原北部 6月中旬-10月下旬 華南沿海雨季 4月中-10月中旬 長江流域 6月

15、上旬-9月初 華北、東北雨季 7月中旬-8月底 特點： 雨季一般出現(xiàn)在夏半年，降水分布不均勻，東南部雨季出現(xiàn)早，結束晚，雨季中有相對干期。,南京信息工程大學 大氣科學系,二、東亞環(huán)流的季節(jié)變化與我國雨帶活動 雨帶：一次降水過程中，降水量相對集中的地帶；侯（旬）內平均降水量相對集中的地區(qū)。 （1）雨帶活動： 西太平洋副熱帶高壓脊線（北側8-10緯度） 100hPa青藏高壓（北側） 副熱帶西風急流（南側） 東亞季風季節(jié)變化,南京信息工程大學 大氣科學系,850hPa風和降水沿110-120E剖面,日降水（mm）,候平均CMAP（mm/d）,南京信息工程大學 大氣科學系,5月中旬-8月下旬 雨帶從南

16、往北移 5月中旬-6月上旬 華南前汛期 15N 6月中旬-7月上旬 江淮梅雨 20-25N 7月中旬8月下旬 華北東北雨季 30N 華南進入后汛期 8月下旬10月上旬 雨帶從北往南移 9月中10月上旬 淮河秋雨期，雨量小 20N 兩次北跳三次停滯,南京信息工程大學 大氣科學系,（2）中國暴雨的分布特征 不僅發(fā)生在沿海，而且出現(xiàn)在內陸; 華南沿海和東南沿海的降水量極值多數(shù)由 臺風引起; 長江中下游和淮河流域暴雨主要由67月 梅雨鋒上西南渦所引起; 黃河中下游和海河流域的暴雨主要是四川 移出的西南渦和青海移出的西北渦造成； 暴雨極值與地形有關，多發(fā)于暖季。,南京信息工程大學 大氣科學系,南京信息工

17、程大學 大氣科學系,華南前汛期降水 江淮梅雨 華北與東北雨季降水 長江中下游春季連陰雨 行星尺度天氣系統(tǒng)對暴雨的作用,南京信息工程大學 大氣科學系,一、華南前汛期降水,華南是指武夷山-南嶺以南的廣西、廣東、福建和海南等省區(qū)區(qū)域，雨期長，雨量大，可分為兩個雨季： 華南前汛期：西風帶環(huán)流系統(tǒng)與熱帶季風系統(tǒng)相互作用形成的降水 華南后汛期（臺風汛期）：由臺風，ITCZ等熱帶系統(tǒng)造成的降水,南京信息工程大學 大氣科學系,46月平均總降水量,平均暴雨量,南京信息工程大學 大氣科學系,2005年6月華南發(fā)生了50年罕見的持續(xù)性致洪暴雨，造成經濟和人民生命財產的重大損失，因災直接經濟損失69.7億元。,南京信

18、息工程大學 大氣科學系,2005年6月華南特大暴雨,6月17日25日，華南和江南南部出現(xiàn)持續(xù)的大暴雨過程，總降雨量普遍達到100300mm，17日08時到 22日08時廣東龍門降水量最高，達到1153mm，并于21日08時-09時降水量達65mm。,2005年6月17日-25日累計降水,2005年6月21日24小時累計降水,廣東龍門,2005年6月21日廣東龍門逐時降水量,南京信息工程大學 大氣科學系,1 一般特征 （1）4-6月為華南前汛期，降水主要發(fā)生在 副高北側的西風帶中，5月中旬雨量迅 速增大進入盛期 （2）5月中旬以前，大雨帶位于華南北部， 主要是鋒面降水 （3）5月中旬以后，受季風

19、影響，大雨帶移 至華南沿海，降水量增大，主要為暖區(qū) 降水,南京信息工程大學 大氣科學系,2 華南前汛期降水特點 （1）降水有兩個大值帶：武夷山到南嶺 南麓,沿海 （2）多暴雨，以6月最多 （3）暖區(qū)降水，降水量比鋒面降水大3 5倍，局地性強，降水范圍小 （4）夜雨現(xiàn)象明顯,南京信息工程大學 大氣科學系,兩脊一槽型特征：烏拉爾山以東的西伯利亞西部和亞洲東岸的中高緯度地區(qū)為高壓脊，貝加爾湖地區(qū)為低槽,兩脊一槽型,南京信息工程大學 大氣科學系,兩槽一脊型特征：中亞地區(qū)為脊，烏拉爾山以東的西伯利亞西部和亞洲東岸為低槽。,兩槽一脊型,南京信息工程大學 大氣科學系,TBB （陰影，小于-20C）500 h

20、Pa 高度場和風場0000UTC17Jun-0000UTC24Jun 2005,2005年6月17日-24日形勢場及TBB演變,東亞沿岸槽逐步西伸加強，引導冷空氣從東路頻繁侵入華南 西太平洋副熱帶高壓偏南，經歷了幾次明顯的增強西伸到減弱東撤的過程 高空槽后冷空氣與副高西北側暖濕氣流持續(xù)交綏在江南中南部和華南北部 武夷山-南嶺一帶的靜止鋒上不斷有中尺度對流產生，并且在其南側的暖區(qū)也有對流云的產生 南海季風活躍，為華南提供了充沛的水汽輸送,南京信息工程大學 大氣科學系,多波型,華南前汛期暴雨500hPa環(huán)流型,南京信息工程大學 大氣科學系,多波型中高緯環(huán)流呈多波狀，振幅較小，在歐亞大陸范圍內，高緯

21、地區(qū)至少有2個以上的低壓中心；與低壓中心相對應的移動性低槽活動較為頻繁；同時，南支波動也較為頻繁。,南京信息工程大學 大氣科學系,共同點 是西風帶環(huán)流系統(tǒng)與熱帶季風系統(tǒng)相互作用 形成的降水 副熱帶高空西風急流北跳穩(wěn)定在30N以北 副熱帶高壓脊穩(wěn)定在18N附近或以南地區(qū)， 華南上空為平直西風帶，底層常存在南北兩 條低空急流 中高緯均有低槽活動，北方冷空氣與活躍的 東亞季風氣流交匯于華南 200百帕中南半島上南亞高壓控制,南京信息工程大學 大氣科學系,3 鋒前暖區(qū)暴雨觸發(fā)機制: 鋒前暖區(qū)暴雨是華南前汛期暴雨的一個重要特色。 邊界層內侵入的淺薄冷空氣 地形作用：強迫抬升和地形輻合 海陸分布的作用：海

22、陸摩擦不同造成 的輻合；海陸風（白天海風夜里陸風） 海風輻合,南京信息工程大學 大氣科學系,1979年5月14日時崖縣至宜昌空間剖面（實線為se(k),虛線為鋒區(qū)上下界，陰影區(qū)為主要雨區(qū)）,南京信息工程大學 大氣科學系,1977年6月21日雷州半島海風輻合線 雙實線為輻合線，單實線為等溫線，虛線為1小時變壓零線（已除去日變化）,南京信息工程大學 大氣科學系,二、江淮梅雨,1 概念及特點 含義：每年初夏，在湖北宜昌以東28-34N之間的江淮流域到日本南部這以狹長區(qū)域常會出現(xiàn)連陰雨天氣，雨量很大。由于這一時期正是江南梅子的黃熟季節(jié)，故稱為 “梅雨”。又因此時空氣濕度大，溫度高，百物極易受潮霉爛，因

23、而又有“霉雨”之稱。,南京信息工程大學 大氣科學系,1979-2008年梅雨期（6月20日-7月10日）降水量分布 （單位：mm）,南京信息工程大學 大氣科學系,2 梅雨的氣候特征 （1） 天氣特征：長江中下游多陰雨天氣， 雨量充沛，相對濕度很大，日照時間短，降 水一般為連續(xù)性，但常間有陣雨或雷雨，有 時可達暴雨程度。,南京信息工程大學 大氣科學系,（2）出入梅時間： 典型梅雨 入梅： 6月中旬 6日-15日 梅雨期長約20至24天左右 出梅： 7月上旬 6日-10日,南京信息工程大學 大氣科學系,入梅日距平,出梅日距平,梅雨長度距平,南京信息工程大學 大氣科學系, 早梅雨 早梅雨是出現(xiàn)于5月

24、份的梅雨,平均開始日期為5月5日，梅雨天數(shù)平均為14天,它的主要天氣特征與典型梅雨相同,不同的是梅雨期較早出梅后主要與帶不是北躍而是南退,以后雨帶如果再次北躍,就會出現(xiàn)典型梅雨。,南京信息工程大學 大氣科學系,（3）梅雨的年際變化： 表現(xiàn)在梅雨的起訖時間、長度差異和梅雨雨量、地區(qū)分布差異這兩個方面。 豐梅類 （占30%） 枯梅類 （占20%） 雨帶類 （占50%）,南京信息工程大學 大氣科學系,1885-2008年NCC 5站降水距平(Rmean=256mm),五個代表站：上海、南京、蕪湖、九江、漢口,南京信息工程大學 大氣科學系,3 環(huán)流特征 副高西伸北跳，控制華南地區(qū)，整個東亞環(huán)流完成了從

25、春到夏的調整，雨帶同時北跳，華南汛期結束，江淮梅雨開始，印度季風爆發(fā)，副熱帶西風急流從印度北部跳到高原北部，100hPa反氣旋軸線北跳到34N。 梅雨的開始與這個地區(qū)穩(wěn)定而持續(xù)的西南季風的建立一致。,南京信息工程大學 大氣科學系,（1）高層：江淮上空維持一個強大的暖性 反氣旋（南亞高壓）,1973年6月2125日08時200hPa候平均圖 （虛線為200hPa與500hPa的高度差）,南京信息工程大學 大氣科學系,（2） 中層（500hPa)： 副熱帶地區(qū)：西太平洋副高呈帶狀分 布, 其脊線從日本南部一直伸向我國 華南，略呈東北-西南走向，120E 處的脊線位置穩(wěn)定在22N左右。,南京信息工程

26、大學 大氣科學系, 中緯度地區(qū)：巴爾喀什湖及東亞東岸 （河套到朝鮮之間）建立了兩個穩(wěn)定 淺槽。 高緯度地區(qū)：為阻高活動區(qū) 阻高類型可分為三類：（50-70N） 單阻型、雙阻型、三阻型,南京信息工程大學 大氣科學系,單阻型：阻高位于貝加爾湖北方。,南京信息工程大學 大氣科學系,雙阻型（標準型）：西阻高位于烏拉爾山附 近，東阻高在雅庫茨克附近。,南京信息工程大學 大氣科學系,三阻型：東阻高位于亞洲東部勒拿河、雅庫次克一帶；西阻高位于歐洲東部；中阻高位于貝加爾湖西北方。,南京信息工程大學 大氣科學系,(3) 低層：在850百帕或700百帕上為 江淮切變線，切變線之南有與之 近乎平行的低空西南風急流，

27、有 時切變線上有西南渦東移。,南京信息工程大學 大氣科學系,1973年6月22日08時850hPa流線分析（粗實線為切變線或輻合線，雙線箭頭為低空急流軸，虛線為等風速線）,南京信息工程大學 大氣科學系,梅雨期各層環(huán)流概略圖,南京信息工程大學 大氣科學系,地面： 地面圖上江淮流域有靜止鋒停滯，若 500百帕平直西風帶上有較弱的低槽 東移，則在低空常有西南渦與之配合 沿切變線東移，在地面上引起靜止鋒 波動產生江淮氣旋。 中緯西風帶上有較強的低槽東移時， 靜止鋒波動能發(fā)展為完好的鋒面氣旋,南京信息工程大學 大氣科學系,4 江淮梅雨鋒結構特點 梅雨鋒：梅雨期間的靜止鋒，稱為梅雨鋒。它是夏季季風氣流和極

28、地氣團或變性極地大陸氣團之間的輻合線，具有熱帶輻合帶性質。 特點：鋒面兩側水平溫度梯度小，濕度梯度較大。,南京信息工程大學 大氣科學系,8500hPa溫度（實線）和比濕（虛線）沿110E的時間緯度剖面圖,南京信息工程大學 大氣科學系,（a）,南京信息工程大學 大氣科學系,（b）,南京信息工程大學 大氣科學系,原因： 鋒面北側大陸增暖較鋒前快：變性冷高壓控制，氣流下沉干絕熱增溫，抵消了冷平流的降溫作用; 鋒前低層增溫大于高層：輻射使地面增溫，通過感熱加熱使大氣增溫。,南京信息工程大學 大氣科學系,1991年5月19日-7月13日降水量圖（單位：毫米）,左上圖為同期長江中下游5個代表站各站降水量與

29、該站同期常年降水量（斜線區(qū)）的比較,南京信息工程大學 大氣科學系,月平均高度場,1991年6月北半球500hPa位勢高度與矩平,南京信息工程大學 大氣科學系,1991年6月北半球500hPa位勢高度與矩平,距平場,南京信息工程大學 大氣科學系,三、華北和東北雨季降水,7月中旬至8月下旬，江淮梅雨期結束，雨帶移至華北和東北地區(qū)形成本地區(qū)雨季。 對應副熱帶高壓的再次北跳 （副高脊位于28-30N） ，并到達最北位置，熱帶輻合帶也到達20N 。,南京信息工程大學 大氣科學系,1、氣候概況 （1） 降水強度大，持續(xù)時間短; （2） 降水的局地性強，年際變化大; （3） 降水時段集中; （4） 暴雨與地

30、形關系密切。,南京信息工程大學 大氣科學系,南京信息工程大學 大氣科學系,2、環(huán)流特征 （1） 東高西低或兩高對峙,（a）,南京信息工程大學 大氣科學系,（2）貝加爾湖形成阻高，三高并存,（b）,南京信息工程大學 大氣科學系,（3）北方形成高壓壩 ，北上臺風深入內 陸受阻停滯或切斷冷渦穩(wěn)定少動,（c）,南京信息工程大學 大氣科學系,3、 產生特大暴雨的關鍵系統(tǒng)日本海高壓 （1）作用： 阻擋低槽的東移，并和槽后青海高壓脊 對峙形成南北向切變線，使西南渦在此 停滯； 日本海高壓南側的東或東南氣流可向華 北地區(qū)輸送水汽.,南京信息工程大學 大氣科學系,（2）日本海高壓的形成 大陸高壓東移經過河套、華

31、北地區(qū)到 達海上，穩(wěn)定后形成日本海高壓. 副高北移或西伸進入日本海，形成日 本海高壓. 以上兩者的結合 （3）性質： 具有副熱帶高壓的性質，為深厚的暖性高壓系統(tǒng),南京信息工程大學 大氣科學系,四、長江中下游春季連陰雨,1、 特點：34月我國長江中下游各省出現(xiàn)的持續(xù)57天或10天以上的陰雨天氣，有時一次接著一次，致使陰雨天氣持續(xù)一個月以上。低溫陰雨。,南京信息工程大學 大氣科學系,850hPa風和降水沿110-120E剖面,日降水（mm）,候平均CMAP（mm/d）,南京信息工程大學 大氣科學系,2、環(huán)流型： 歐亞阻高型 北方大低渦型 均為南支急流與北支急 流上槽脊位相不同造成,南京信息工程大學

32、 大氣科學系,（a）歐亞阻高型500hPa形勢,南京信息工程大學 大氣科學系,（b）北方大低渦型500hPa形勢,南京信息工程大學 大氣科學系,五、行星尺度天氣系統(tǒng)對暴雨的作用,暴雨是各種天氣尺度系統(tǒng)相互作用的結果，尤其是特大暴雨或持續(xù)性暴雨都是在幾種尺度的天氣系統(tǒng)（行星尺度、天氣尺度、中小尺度）明顯有相互作用的情況下，大系統(tǒng)制約和孕育小系統(tǒng)的發(fā)生和發(fā)展，小系統(tǒng)產生以后成長壯大，反過來對大系統(tǒng)起作用，使整個暴雨系統(tǒng)能繼續(xù)維持和加強。,南京信息工程大學 大氣科學系,大范圍行星尺度系統(tǒng)制約了天氣尺度系統(tǒng)和中間尺度系統(tǒng)的活動，天氣尺度系統(tǒng)又制約了直接造成暴雨的中尺度系統(tǒng)的發(fā)生和發(fā)展移動，而中尺度系統(tǒng)

33、又決定著小尺度的活動。另一方面，中小尺度系統(tǒng)的反饋作用又可使天氣尺度系統(tǒng)得到維持和加強。這反過來又影響中尺度天氣系統(tǒng)活動的強度。,南京信息工程大學 大氣科學系,南京信息工程大學 大氣科學系,1、行星尺度天氣系統(tǒng)含義： 水平尺度3000公里-8000公里的天氣系統(tǒng)，包括副高、阻塞高壓、長波槽脊、熱帶輻合帶 （ITCZ）、高空急流、洋中槽等。 分為： 穩(wěn)定緯向型 穩(wěn)定經向型,南京信息工程大學 大氣科學系,行星尺度天氣系統(tǒng)只能控制影響暴雨的天氣尺度系統(tǒng)，其本身并不能決定會否有暴雨出現(xiàn)。在同一種行星波形勢下，有時會產生暴雨，有時不會，這必須結合天氣尺度系統(tǒng)和中尺度系統(tǒng)分析，因為行星尺度系統(tǒng)只起著提供有

34、利于暴雨發(fā)生的環(huán)流背景。,南京信息工程大學 大氣科學系,2、對暴雨的作用 影響和制約天氣尺度系統(tǒng) 影響天氣尺度系統(tǒng)的移動速度 影響天氣尺度系統(tǒng)的強度變化 使影響暴雨的天氣尺度系統(tǒng)能重復 出現(xiàn)， 造成持續(xù)性暴雨 造成不同尺度天氣系統(tǒng)的相互作用,南京信息工程大學 大氣科學系, 決定暴雨區(qū)的水汽來源或水汽通道，將 南海、孟加拉灣和太平洋的水汽不斷向 暴雨區(qū)輸送 大致決定了雨帶發(fā)生的地點、強度和持 續(xù)時間：大范圍雨區(qū)一般出現(xiàn)在長波槽 前,南京信息工程大學 大氣科學系,3、幾種行星尺度系統(tǒng)的具體作用 1. 西風帶長波槽 巴爾喀什湖大槽 貝加爾湖大槽 太平洋中部大槽 青藏高原西部低槽,南京信息工程大學 大

35、氣科學系,2. 阻塞高壓阻塞高壓 烏山阻高 雅庫次克-鄂霍茨克海阻高 貝加爾湖阻高 3. 副熱帶高壓 4. 熱帶環(huán)流,南京信息工程大學 大氣科學系,西風帶環(huán)流：以長波系統(tǒng)或阻塞系統(tǒng)為主，移動緩慢，變化比較小 使中高緯度的環(huán)流形式在一定時期內保持 相對穩(wěn)定 使引起暴雨的天氣尺度系統(tǒng)在同一地區(qū)多 次出現(xiàn)，或者造成天氣尺度系統(tǒng)出現(xiàn)停滯,南京信息工程大學 大氣科學系,當長波系統(tǒng)出現(xiàn)強烈發(fā)展，大尺度形勢經向度大。使得北方冷空氣可以到達較低的緯度，暖空氣到達很北的緯度，同時較低緯度的氣旋性系統(tǒng)可向北方移動,南京信息工程大學 大氣科學系,副熱帶系統(tǒng)：同我國暴雨關系密切。 副高的位置決定了水汽通道，水汽常沿副

36、高西側 的南風或副高西南側的東南風輸送，當副高西北側或南側低空有偏南風出現(xiàn)時，水汽輸送更強,對流層上部青藏高壓的活動對暴雨影響也很顯著，當它東移時，會與副高打通，阻擋臺風或西南渦北上，造成臺風或西南渦的停滯或少動,南京信息工程大學 大氣科學系,熱帶環(huán)流系統(tǒng)：是暴雨的主要水汽來源。尤其盛夏華北暴雨場出現(xiàn)在熱帶輻合帶和臺風北上的時期。ITCZ北上時，副熱帶高壓也北上。孟加拉灣風暴或低壓能將大量水汽輸送到我國西南地區(qū)。,南京信息工程大學 大氣科學系,3.3降水的天氣尺度系統(tǒng),降水天氣系統(tǒng)指具備降水條件、伴隨降水 過程的天氣系統(tǒng)。它分為： 天氣尺度系統(tǒng)，降水以中小雨為主 中小尺度系統(tǒng)，以較強降水為主

37、天氣尺度系統(tǒng)包括：鋒面、氣旋、高空槽、低空切變線、高空冷渦、低空低渦、低空急流、臺風及東風波等，尺度一般在1000-3000公里,南京信息工程大學 大氣科學系,切變線 低空低渦 高空冷渦 低空急流 高空槽（短波槽） 鋒面氣旋 天氣尺度系統(tǒng)對暴雨的作用,南京信息工程大學 大氣科學系,一、切變線 1 含義：一般把出現(xiàn)在低空（850和700百帕面上）風場上具有氣旋式切變的不連續(xù)線稱為切變線。,南京信息工程大學 大氣科學系,2. 季節(jié)變化：,南京信息工程大學 大氣科學系,3. 江淮切變線 類型： 冷鋒式切變線 暖鋒式切變線 靜止鋒式切變線,南京信息工程大學 大氣科學系,低渦與切變線 （虛線為產生低渦前

38、的切變線）,南京信息工程大學 大氣科學系,4. 江淮切變線的降水 （1） 大多數(shù)江淮切變線過程都能帶來暴雨. （2） 降水區(qū)多位于地面鋒線的北部、700百 帕切變線以南地區(qū)。 （3） 風速偏南分量越大，而鋒面坡度愈陡， 則上升運動愈強，降水量愈大。 （4） 冬半年多連續(xù)性降水，雨區(qū)較寬而雨量 較?。幌陌肽瓿３霈F(xiàn)雷陣雨，降水區(qū)窄 而降水量大。,南京信息工程大學 大氣科學系,5. 江淮切變線的形成 700百帕槽線在移動過程中，南端受副高阻擋，槽線停滯或移動緩慢，而北端則繼續(xù)東移，使槽線順轉而成為東西走向的切變線。,南京信息工程大學 大氣科學系,6. 江淮切變線的移動 （1） 高空槽加深，地面氣旋發(fā)

39、展，槽后切 變線南移。 （2） 冷鋒式切變線南移，暖鋒式切變線北 移，有西南渦沿切變線東移，切變線 經歷南北擺動。 （3） 西太副高脊加強北上，整個切變線北 抬；反之，南移。,南京信息工程大學 大氣科學系,7. 江淮切變線的轉換 （1） 含義：舊的切變線消失，新的切 變線建立過程，即切變線的新陳 代謝過程 。 （2） 過程 :,南京信息工程大學 大氣科學系,（a）,南京信息工程大學 大氣科學系,（b）,南京信息工程大學 大氣科學系,（c）,南京信息工程大學 大氣科學系,8 .切變線的消失 (1) 切變線南移逆轉為西風帶低槽而消失 (2) 切變線北方小高壓合并于副熱帶高壓 而消失,（c）切變線逆

40、轉為低槽,南京信息工程大學 大氣科學系,二、 低空低渦：指存在于地面2-3公里上 空的閉合小低壓，包括西南渦、西北 渦、高原渦等 1. 西南渦 含義：一般指形成于四川西部地區(qū)，700 （或850）百帕上的具有氣旋性環(huán)流的閉合 小低壓，直徑一般在300-400公里左右。,南京信息工程大學 大氣科學系,1958年3月21日700hPa圖,南京信息工程大學 大氣科學系,2. 西南渦的形成 (1) 地形的作用 背風坡的減壓作用 繞流與側向摩擦作用 (2) 500百帕上有高原槽東移，槽前正 渦度平流造成低層減壓 (3) 700百帕上有輻合氣流的環(huán)流形勢,南京信息工程大學 大氣科學系,3. 西南渦的移動

41、(1) 西南渦移出的年平均頻數(shù)占其總數(shù)的41% (2) 移動路徑: 向東南移動經貴州、湖南、江西、福 建出海，有時會影響到廣西、廣東； 沿長江東移入海； 向東北方向移動，經陜西、華北地區(qū) 出海，有時甚至可進入東北地區(qū)。,南京信息工程大學 大氣科學系,(3) 與太平洋高壓的關系: 東亞沿海大槽顯著發(fā)展，太平洋高 壓位置偏南，低渦多向東南方向移動； 東部無大槽，太平洋高壓較強，低 渦多向東北方向移動； 太平洋高壓強度較弱或正常，低渦 都向正東方向移動。,南京信息工程大學 大氣科學系,(4) 西南渦的移向與相應的500百帕面上 氣流方向基本一致，但略偏南些；移 速則為500百帕面上風速的50%-70

42、%； (5) 位于切變線上的西南渦，常沿切變線 東移。,南京信息工程大學 大氣科學系,4. 西南渦的發(fā)展 （1）冷空氣從低渦的西部或西北部侵入， 低渦東移發(fā)展； 冷空氣從東或東北部侵入低渦，則使 西南渦的氣旋式環(huán)流減弱，使低渦填塞。 （2）500百帕上青藏高原低槽發(fā)展東移，有 利于西南渦的東移和發(fā)展。,南京信息工程大學 大氣科學系,5. 西南渦的天氣 (1) 低渦在原地時,可產生陰雨天氣； 低渦移出時，95.5%有降水，雨區(qū) 主要分布在低渦的中心區(qū)和低渦 移向的右前方。 (2) 低渦天氣有日變化，一般夜間或 清晨比白天壞些。,南京信息工程大學 大氣科學系,(3) 西南渦發(fā)展東移時，雨區(qū)也擴大東

43、 移，降水強度增加，同時引起地面 鋒面氣旋的發(fā)生發(fā)展，大風、低 云、惡劣能見度等也隨 之出現(xiàn)。,南京信息工程大學 大氣科學系,西南渦中的變壓分布,南京信息工程大學 大氣科學系,三、高空冷渦 1 含義：高空冷渦是大尺度的環(huán)流系統(tǒng)， 從低空到高空都有表現(xiàn)，是比較深厚的 系統(tǒng)，如東北冷渦、華北冷渦等。,南京信息工程大學 大氣科學系,2 東北冷渦 含義：指我國東北附近地區(qū)具有一定強度（ 閉合等高線多于兩根）、能維持34天、且 有深厚冷空氣（厚度至少達300400百帕） 高空的氣旋性渦旋，出現(xiàn)時間以56月為最 多，8月和3、4月為最少。,南京信息工程大學 大氣科學系,南京信息工程大學 大氣科學系,3.

44、東北冷渦的發(fā)生發(fā)展過程 高空西風槽加深，槽的南部斷 離母體而形成冷渦（與切斷低 壓形成相同） 兩個或更多的低壓北上與東北 低壓合并，于是高空槽充分加 深形成冷渦,南京信息工程大學 大氣科學系,東北冷渦形成過程,南京信息工程大學 大氣科學系,4. 東北冷渦的天氣具有不穩(wěn)定的特點 冬季：持續(xù)性低溫天氣，出現(xiàn)冰晶結構低 云，可以有很大的陣雪 夏季：對流性不穩(wěn)定，常造成雷陣雨天氣,南京信息工程大學 大氣科學系,四、低空急流 1. 定義：是與夏季強降水相聯(lián)系的、 位于600-900百帕之間的水平動量相對 集中的氣流帶。日常工作中常把850或 700百帕等壓面上，風速12米/秒的西 南風極大風速帶稱為低空

45、急流。,南京信息工程大學 大氣科學系,2. 特征： 水平方向：急流兩側有較強的風速水平切變 垂直方向： a.具有風速極大值，急流上下均有明顯的風 速垂直切變，主要存在于夏季，與暴雨相聯(lián)系；,南京信息工程大學 大氣科學系,b.急流上下風速均隨高度減少，只是在急流之上隨高度減弱較慢或風速上下幾乎相等，主要存在于冬半年與強降水（雪）相聯(lián)系，出現(xiàn)次數(shù)較少。 超地轉特性,南京信息工程大學 大氣科學系,3. 環(huán)流背景與結構 （1）低空急流的位置 低層：850或700百帕 位于副高西側或北側，它的左側經常 有低空切變線和低渦活動。 高層：200百帕 位于高空西風急流入口區(qū)的右側或南 亞高壓東部脊線附近。,南

46、京信息工程大學 大氣科學系,南京信息工程大學 大氣科學系,南京信息工程大學 大氣科學系,（2）雨區(qū)位置：低空急流左側低空切變線右側 （3）低空急流的走向 5、6月份:低空急流呈東西向或東北東- 西南西向，吹WSW風。7、8月份:低空急 流呈南北向或東北-西南向，吹S風或SW 風。 南方低空急流多呈緯向型，北方的低空 急流多呈經向型。,南京信息工程大學 大氣科學系,4. LLJ的形成和維持機制 （1）經向垂直反環(huán)流與LLJ的形成和維持 高空急流入口區(qū)的右側， 高空輻散，低層氣壓降低，偏北氣流沿南亞高壓東側吹至JE的北側輻合下沉。由于高空輻散，低層減壓，副高北側氣壓梯度加大，輻合上升并有西南渦生成

47、，同時氣壓梯度力做功使氣流加速，西南風增同時經向垂直反環(huán)流形成。,南京信息工程大學 大氣科學系,南京信息工程大學 大氣科學系,(2)經向垂直正環(huán)流與LLJ的形成 若高層有南支槽，槽前有 高空輻散，輻散氣流向北流動，氣壓力做功使西南風加強，從而加強高空西風急流，并在高空西風急流的北側（即急流入口區(qū)的左側）下沉，向南流，匯入暴雨區(qū)的上升氣流，構成一個經向垂直正環(huán)流。,南京信息工程大學 大氣科學系,南京信息工程大學 大氣科學系,5. 低空急流與暴雨 （1）低空急流的出現(xiàn)有利于暴雨的形成 輸送水汽，水平水汽通量輻合 輸送暖濕氣流，導致大氣產生不穩(wěn) 定層結 產生上升運動 （2）暴雨產生于低空急流的左前方

48、 （200公里） （3）低空急流與暴雨相互作用經 向垂直環(huán)流與暴雨的相互作用,南京信息工程大學 大氣科學系,6. 低空急流的活動 華南前汛期的低空急流 可分為三類： (1) 南移類 (2) 北移類 (3) 復合類,南京信息工程大學 大氣科學系,高空槽（短波槽） 1 后傾槽,南京信息工程大學 大氣科學系,2 前傾槽,南京信息工程大學 大氣科學系,鋒面氣旋 暖鋒 鋒的摩擦輻合上升 鋒面強迫抬升 高空槽前系統(tǒng)性上升 負變壓的輻合上升 降水區(qū)在鋒前 槽前冷鋒 鋒的摩擦輻合上升 鋒面抬升 高空槽前系統(tǒng)性上升 正變壓的輻散下沉 降水區(qū)在鋒后,南京信息工程大學 大氣科學系,3 槽后冷鋒 鋒的摩擦輻合上升 鋒

49、的強迫抬升 高空槽后系統(tǒng)性下沉 正變壓的輻散下沉 降水區(qū)在鋒前（不穩(wěn)定） 4 暖區(qū) 摩擦輻合作用小，高空槽前系統(tǒng)性上升， 降水小或無降水。,南京信息工程大學 大氣科學系,七 天氣尺度系統(tǒng)對暴雨的作用 1 制約形成暴雨的中尺度系統(tǒng)的活動,可提供中尺度天氣系統(tǒng)生成的條件或環(huán)境場,如：在天氣尺度系統(tǒng)中上下層不同性質的平流造成位勢不穩(wěn)定層結 天氣尺度的上升運動是中尺度系統(tǒng)發(fā)生的觸發(fā)條件（促成不穩(wěn)定能量釋放的觸發(fā)條件） 對中尺度系統(tǒng)起組織和增強作用 決定中小尺度移動的方向（中小尺度系統(tǒng)生成后,一般沿對流層中層（700或500百帕）氣流移動）,南京信息工程大學 大氣科學系,2 造成暴雨區(qū)的水汽集中 低空大

50、范圍的水平輻合場，可造成水汽輻合，使暴雨區(qū)水汽有集中的趨勢，為暴雨的發(fā)生提供充足的水汽條件大尺度輻合場中的上升運動使?jié)駥釉龊瘛?南京信息工程大學 大氣科學系,南京信息工程大學 大氣科學系,3 對暴雨作用的天氣尺度系統(tǒng)的活動特點 （1）當天氣尺度系統(tǒng)強烈發(fā)展或停滯擺 動時，易造成較強而持續(xù)的暴雨 （2）各種天氣尺度系統(tǒng)的迭加會使降水 量加大 （3）在穩(wěn)定的環(huán)流形勢下，天氣尺度系 統(tǒng)沿同一路 徑移動，若干個系統(tǒng) 重復作用，形成持續(xù)性特大暴雨,南京信息工程大學 大氣科學系,3.4 暴雨中尺度系統(tǒng),中尺度天氣系統(tǒng)：是直接產生暴雨的天氣系統(tǒng)，水平尺度10-300km，生命史幾小時，地面輻合量級 降水強度

51、可達10mm/小時。是直接產生暴雨的天氣系統(tǒng)，垂直運動強，輻合量級大，有明顯的位勢不穩(wěn)定層結，可造成強烈的暴雨，對積云對流活動有明顯的組織增強作用。,南京信息工程大學 大氣科學系,中尺度雨團 中尺度雨帶 中尺度系統(tǒng)的不穩(wěn)定發(fā)展及觸發(fā)條件 暴雨中尺度系統(tǒng)的觸發(fā)條件,南京信息工程大學 大氣科學系,一 中尺度雨團 中尺度雨團是由10公里左右的降水單體所組成的，并伴有 的低空輻合，這就是說，中尺度雨團是由中尺度擾動將小尺度的積云對流組織而成。在雷達平面位置顯示器上表現(xiàn)為由明亮的回波單體組成的中尺度回波團。在距離高度顯示器上則表現(xiàn)為柱狀回波。 據(jù)分析，與中尺度雨團相配合的中尺度系統(tǒng)有中尺度低壓（或負變壓中心）、氣旋性輻合中心、輻合線和切變線等。,南京信息工程大學 大氣科學系,1.中尺度低壓 中尺度雨團常與中尺度低壓相配合（并伴有負變壓中心）。 2.中尺度輻合中心 流線從各個方向氣旋式地朝一點輻合形成輻合中心。,南京信息工程大學 大氣科學系,3.中尺度切變線 在切變線上有明顯的氣旋式風向轉變。 4.中尺度輻合線 在輻合線前方風速小，后方風速大，在輻合線上，有較強的風速輻合。,南京信息工程大學 大氣科學系,二.中