3.7中小尺度天气系统解析
3.7中小尺度天气系统解析
龙卷的天气特征
• 破坏力强：破坏力巨大，给局部地区带来严重 的灾难。1956年9月24日，上海出现的一次龙 卷，一座三层楼卷倒，一座钢筋水泥的4层楼 被削去一角，一个重达110吨的储油罐拔起15 米，吹离120米之远。
• 中心气压极低：中心气压可降至400hpa以下， 甚至达到200hpa。
• 形状：在对流云底如同“象鼻子”一样的漏斗 状云柱。
龙卷的天气特征
• 范围小：水龙卷直径为25～100米，陆龙卷稍 大100～1000米，高度800～1500米。
• 生命期短：一般为几分钟到几十分钟。 • 风力大：自中心到40米处风速最大，100m/s
的风速不足为奇，最大近200m/s。 • 直线移动：移动路径多为直线，平均移速
第七节 中小尺度天气系统
• 7.1 雷暴 • 7.2 飑线 • 7.3 龙卷
雷暴
• 定义：指积雨云中发生的雷电交加的激烈放电 现象。通常伴有暴雨、阵性大风、有时有冰雹、 龙卷等灾害性天气。
• 雷暴的地区性和季节性：雷暴低纬度出现的次 数多于中纬度，中纬度又多于高纬度。季节变 化明显，夏季多，春秋少，冬季没有。
雷暴及雷暴高压
飑线（Squall line）
飑线定义：有若干排列成行的雷暴单体或 雷暴群组成的狭窄强对流天气系统.范围： 宽度小于1Km，长度几十公里到几百公 里。生命史：几十分钟到十几小时。
飑线的天气特征： • 1. 飑线与雷暴高压相伴而产生，高压的
前沿就是飑线。 • 2. 天气现象：雷暴、暴雨、阵性大风、
日变化：明显，上午弱，午后强， 数天。
傍晚弱。
无明显日变化。
性质：在气团内部发生发展.
两种性质不同的气团的交 接面。
天气预报 中尺度分析new
中低层槽、切变线和辐合线
四、垂直风切变条件分析
• 分析对流层各层流场，判断有利于对流天气发生发展和加强的动 力组织条件。
• 主要通过高低空的风向风速来判断 • 分析层次包括925 hPa、850 hPa、700 hPa、500 hPa、300h和结合其它要素（温度、 湿度等）分析判断平流过程
急流核
• 综合判断与大风速带相伴的急流核大值区域，辅助判断有利于 垂直运动的环境场条件
标识流线
• 分析目的：气流的辅助分析。
• 技术要求：对于不属于大风速带的气流，当有助 于识别流场中的辐合辐散区、风速切变区以及其
它必要的天气系统时分析识别流线，识别流线走 向与风向一致。
• 200 hPa分析符号：
它是在一定的大尺度环流背景中，由各种物理条件相 互作用形成的中尺度天气系统造成的
• 中尺度分析是指对中尺度天气系统的描述和分析
• 一方面运用常规观测资料和中尺度数值预报分析其发生的可能性， 进行潜势预报；——环境场分析
• 另一方面运用非常规的自动站加密观测资料、危险天气报告、雷达、 卫星等资料进行中尺度系统的监测和短时临近预报（预警 ）
• 分析中低层流场，判断有利于触发对流天气的抬升条件。 • 分析层次包括地面、925 hPa、850 hPa、700 hPa、500 hPa。 • 主要分析边界层锋区、中低层槽、切变线和辐合线。
边界层锋区
干线（露点锋）
平原：850或925hPa相邻两站Td相差 10℃以上；高原：700hPa相差10℃ 以上
• 500hPa冷850hPa暖
• 高空急流
• 强对流天气落区位于 低涡东南象限的低槽 前
• 连续数日
西北气流型
• 强对流天气出现在高空 低槽后
中尺度气象系统的探究
中尺度气象系统的探究气象系统是指在地球大气中形成并具有一定规模和特征的各种气象现象的总和。
其中，中尺度气象系统是指在气象尺度上介于数十到数百千米之间的气象系统。
这些系统通常具有较为明显的特征和运动规律，对天气的形成和演变有着重要的影响。
本文将对中尺度气象系统进行探究，探讨其类型、特征、形成原因以及对天气的影响等方面内容。
一、中尺度气象系统的类型中尺度气象系统主要包括各种中尺度气旋和中尺度气团。
中尺度气旋是指在中尺度范围内形成并具有旋转运动的气象系统，如中纬度地区的阵雨、雷暴等；中尺度气团是指在中尺度范围内形成并具有一定独立性的气团，如冷锋、暖锋等。
这些系统在大气中具有一定的空间尺度和时间尺度，对天气的变化和气候的演变有着重要的作用。
二、中尺度气象系统的特征中尺度气象系统具有以下几个显著的特征：1. 尺度适中：中尺度气象系统的空间尺度介于数十到数百千米之间，时间尺度通常为数小时到数天。
这种尺度既不及大尺度气象系统那样广阔，也不及小尺度气象系统那样局部，正好处于中等尺度范围内。
2. 运动迅速：中尺度气象系统的运动速度较快，通常几十公里到几百公里每小时。
这种快速的运动速度使得中尺度气象系统能够在短时间内对天气产生较大影响。
3. 形态多样：中尺度气象系统的形态多种多样，有旋转对流云系、冷暖锋面、对流云团等。
这些形态在大气中呈现出不同的特征，对天气的变化起着重要的作用。
4. 形成快速：中尺度气象系统的形成速度较快，通常在数小时内形成并发展成熟。
这种快速的形成速度使得中尺度气象系统能够在短时间内对天气产生较大的影响。
三、中尺度气象系统的形成原因中尺度气象系统的形成主要受到以下几个因素的影响：1. 大气环流：大气环流是中尺度气象系统形成的重要因素之一。
大气环流的不稳定性和湍流运动会导致中尺度气象系统的形成和发展。
2. 地形影响：地形对中尺度气象系统的形成有着重要的影响。
地形的高低起伏、山脉和平原等地形特征会影响中尺度气象系统的形成和演变。
中小尺度气象学总结
第一章中尺度天气系统的特征1、中尺度气象学：水平尺度: 10-1000km对象：中尺度环流系统内容：中尺度环流系统的结构、形成和发展演变规律、机制及其分析预报方法意义：①许多灾害性天气（如暴雨、大风、冰雹、龙卷等）都是由中小尺度系统造成的。
②中尺度气象学是甚短期预报和临近预报的理论基础。
（长期>10天，中期3-10天，短期1-3天，甚短期0-12h，临近0-2h）③中尺度环流系统是大气环流重要成员（大尺度背景场依存条件)2、天气系统的尺度划分：（一）经验分类法（经典方法）小尺度系统（雷暴、龙卷）和大尺度系统（锋面、气旋）中尺度系统（飑线、中气旋等）（二）动力学定义可利用罗斯贝数(Ro)和弗劳德(Froude)数(Fr)来描述大气的时空尺度。
Ro = U/fL (惯性力/柯氏力);Fr=U2/gL(△ρ/ρ)(惯性力/浮力）（三）实用（几何）分类3、中尺度大气运动的基本特征（1）尺度：水平尺度在2-2000km之间，时间尺度在几十分钟至几天之间。
范围很宽。
性质不同。
（2）散度、涡度、垂直速度：取V～10m/s,H～10km,对α，β，γ中尺度W分别为10-1m/s, 100m/s和 101m/s，垂直速度、散度、涡度都比大尺度运动大1到几个量级。
（3）地转偏向力和浮力的作用：中尺度运动中，地转偏向力和浮力的作用都必须考虑。
大尺度运动：地转偏向力重要，浮力可略小尺度运动：浮力重要，地转偏向力可略中尺度运动：地转偏向力和浮力都考虑（4）质量场和风场的适应关系：质量场（气压场）适应风场。
大尺度运动: 风场适应质量场（气压场）。
中尺度运动: 质量场（气压场）适应风场。
第二章地形性中尺度环流1、中尺度大气环流系统分为：地形性环流系统、自由大气环流系统2、地形波：一般把气流过山所引起的气流称为地形波。
3、地形波的基本类型：层状气流（山脉波）：山脉上空的平滑浅波 ,风小。
驻涡气流（驻涡）：山脉背风面的半永久性涡旋，山顶以上风速大。
天气预报 中尺度分析new
对流的基本要素
• 湿度条件（水汽条件）
• 静力稳定度（不稳定条件）
• 触发条件（抬升条件）
√基本要素
• 湿度条件（水汽条件） • 静力稳定度（不稳定条件） • 触发条件（抬升条件）
√
触发条件
通常为多种触发机制共同造成
• 天气系统：锋面、低涡、低槽、切变线等 • 边界层辐合线： ——地面要素的不连续线：风向or风速（地面辐合 线）、温度（锋面、地表加热不均匀、城市热导 等）、湿度（露点锋∕干线、湿地和植被区）
——雷暴出流边界 ——海风锋 ——地形辐合线等
地形触发—山区多雷暴
10m/s的地面风产生1m/s的上升运动，若持续1个小时，则上升运动将达到3km高度
例：地形辐合线+雷暴出流边界
2012年8月8日过程分析（金晓青）
13时
13时
14时
15时
16时
例：非锋斜压带+出流边界
20130625（张南、张迎新）
• 分析中低层流场，判断有利于触发对流天气的抬升条件。 • 分析层次包括地面、925 hPa、850 hPa、700 hPa、500 hPa。 • 主要分析边界层锋区、中低层槽、切变线和辐合线。
边界层锋区
干线（露点锋）
平原：850或925hPa相邻两站Td相差 10℃以上；高原：700hPa相差10℃ 以上
中低层槽、切变线和辐合线
四、垂直风切变条件分析
• 分析对流层各层流场，判断有利于对流天气发生发展和加强的动 力组织条件。
一、水汽条件分析
• 水汽条件分析旨在分析气团的水汽含量和饱和程度，以及它们的 边界。
• 主要分析低层显著湿区、中层干区。 • 分析层次包括925 hPa、850 hPa、700 hPa和500 hPa。
中尺度天气系统的特征
26
END
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10
1. 早期的经验分类
天气系统——大尺度、中尺度和小尺度 空间尺度分别为：106m、105m和104m 时间尺度对应为：105s、104s和103s
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2. 依据物理本质对天气系统进行分类
（动力学分类方法）
• Emanuel（1983）依据无量纲数罗斯贝数Ro和拉格朗日
时间尺度T的尺度分类，其中 Ro 2 fT
在西风切变环境中典型涡 管与对流单体相互作用的 示意图
(a) 初始阶段：此时涡管在上 升气流的作用下形成一对涡偶
(b) 分裂阶段：此时分裂的上 升气流使得涡管向下倾斜， 形 成下沉气流，出现两对涡偶。
其中左上角图示为环境风分布、 柱状箭头表示风暴相对气流的 方向，粗实线代表涡线，环状 箭头表示旋转，阴影箭头表示 促使上升气流和下沉气流发展 的外力，垂直方向上的虚线区 为降水区。
1) 空间尺度范围广，生命周期跨度大； 2) 气象要素梯度大； 3) 散度、涡度与垂直速度； 4) 非地转平衡和非静力平衡； 5) 质量场和风场的适应； 6) 小概率和频谱宽、大振幅事件
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中尺度大气运动的基本特征
1）空间尺度范围广，生命周期跨度大 按照Orlanski的划分标准，中尺度系统的水
平尺度在2km～2000km之间，时间尺度为几十分钟 至几天之间。
着重要作用。
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§1.4 中尺度运动方程组
du 1 p fv
dt x
•
运动方程：
dv 1 p fu
dt y
dw 1 p g
dt z
Hale Waihona Puke 忽略湍流扩散的 大气动力学和热 力学基本方程组
• 连续方程： d ( u v w) 0
中小尺度气象学总结
第一章中尺度天气系统的特征1、中尺度气象学：水平尺度: 10-1000km对象：中尺度环流系统内容：中尺度环流系统的结构、形成和发展演变规律、机制及其分析预报方法意义：①许多灾害性天气（如暴雨、大风、冰雹、龙卷等）都是由中小尺度系统造成的。
②中尺度气象学是甚短期预报和临近预报的理论基础。
（长期>10天，中期3-10天，短期1-3天，甚短期0-12h，临近0-2h）③中尺度环流系统是大气环流重要成员（大尺度背景场依存条件)2、天气系统的尺度划分：（一）经验分类法（经典方法）小尺度系统（雷暴、龙卷）和大尺度系统（锋面、气旋）中尺度系统（飑线、中气旋等）（二）动力学定义可利用罗斯贝数(Ro)和弗劳德(Froude)数(Fr)来描述大气的时空尺度。
Ro = U/fL (惯性力/柯氏力);Fr=U2/gL(△ρ/ρ)(惯性力/浮力）（三）实用（几何）分类3、中尺度大气运动的基本特征（1）尺度：水平尺度在2-2000km之间，时间尺度在几十分钟至几天之间。
范围很宽。
性质不同。
（2）散度、涡度、垂直速度：取V～10m/s,H～10km,对α，β，γ中尺度W分别为10-1m/s, 100m/s和101m/s，垂直速度、散度、涡度都比大尺度运动大1到几个量级。
（3）地转偏向力和浮力的作用：中尺度运动中，地转偏向力和浮力的作用都必须考虑。
大尺度运动：地转偏向力重要，浮力可略小尺度运动：浮力重要，地转偏向力可略中尺度运动：地转偏向力和浮力都考虑（4）质量场和风场的适应关系：质量场（气压场）适应风场。
大尺度运动: 风场适应质量场（气压场）。
中尺度运动: 质量场（气压场）适应风场。
第二章地形性中尺度环流1、中尺度大气环流系统分为：地形性环流系统、自由大气环流系统2、地形波：一般把气流过山所引起的气流称为地形波。
3、地形波的基本类型：层状气流（山脉波）：山脉上空的平滑浅波,风小。
驻涡气流（驻涡）：山脉背风面的半永久性涡旋，山顶以上风速大。
中小尺度动力气象学
中小尺度天气动力学第一章中尺度天气系统的特征1、中尺度天气系统：时间尺度和空间尺度比常规探测站网小，但比积云单体的生命周期及空间尺度大得多的一种尺度。
即水平尺度为几公里到几百公里，时间尺度由1小时到十几小时。
2、划分依据及分类：1）早期的经验分类天气系统——大尺度、中尺度和小尺度空间尺度分别为：106m、105m和104m时间尺度对应为：105s、104s和103s2）依据物理本质对天气系统进行分类（动力学分类方法）依据无量纲数罗斯贝数Ro 和拉格朗日时间尺度T的尺度分类行星尺度、气旋尺度、中尺度、积云尺度、小尺度3）Orlanski的综合分类（观测与理论分类）大尺度（α、β）中尺度（α、β、γ）小尺度3、中尺度大气运动的基本特征1)空间尺度范围广，生命周期跨度大；2)气象要素梯度大；3)散度、涡度与垂直速度；4)非地转平衡和非静力平衡；5)质量场和风场的适应；6)小概率和频谱宽、大振幅事件第二章地形性中尺度环流1、中尺度大气环流系统的分类：地形性环流系统、自由大气环流系统2、地形波的基本类型主要依赖风的不同类型（1）层状气流小风、层状气流。
平滑浅波，波动只发生在山脉上空的浅层，向上很快消失——山脉波（mountain wave）（2）驻涡气流：在山顶高度以上风速较大时，可能在山脉背风坡形成半永久性的涡动，上面则有气流的平滑浅波——驻涡（standing eddy）（3）波动气流当风速随高度增大时，在背风坡出现波动气流——背风波（lee wave）。
背风波可以伸展到对流层上层和平流层。
（4）转子气流：在背风波出现时，当垂直方向有风速极大值出现时，则会形成转子气流（rotor streaming）。
驻涡和转子是背风波的特殊形式！3、背风波的形成、特征及大气条件背风波是地形波的一种类型，由于障碍物引起空气垂直振荡而造成的。
特征：波长：1.8～70km之间，多为5～20km左右。
波长一般随高度而变，高层较长，低层较短。
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雷 暴 及 雷 暴 高 压
飑线（Squall line）
飑线定义：有若干排列成行的雷暴单体或 雷暴群组成的狭窄强对流天气系统.范围： 宽度小于1Km，长度几十公里到几百公里。 生命史：几十分钟到十几小时。 飑线的天气特征： • 1. 飑线与雷暴高压相伴而产生，高压的 前沿就是飑线。 • 2. 天气现象：雷暴、暴雨、阵性大风、 冰雹和龙卷。 • 3. 天气要素：风向突变，风速剧增，气 压猛升，气温陡降。
雷
暴
• 雷暴的生命史：（1）发展阶段（积云阶段）：
低层气流辐合，上升气流发展，形成积云体。
（2）成熟阶段：上升气流不断发展，雨滴增大， 产生降水，地面形成雷暴高压。（3）消散阶段： 云体中的下沉运动占据了主导地位，雷暴云减弱 消散。
• 雷暴过境时的天气特征：气压涌升，气温急降，
风向突变，风力猛增，雷电交加，阵性降水，持
飑线天气形式
飑线与冷锋的比较
飑
百公里。 天气：天气恶劣，变化剧烈而短促。 大范围持久坏天气。 移速：比较快，是冷锋的2～3倍。 生命史：几十分钟到十几小时。 平均移速30～40Km/h。
线
冷
锋
尺度：中尺度天气系统，几十到几
天气尺度，达数千公里。
日变化：明显，上午弱，午后强，
傍晚弱。 性质：在气团内部发生发展.
状云柱。
龙卷的天气特征
• 范围小：水龙卷直径为25～100米，陆龙卷稍
大100～1000米，高800～1500米。
• 生命期短：一般为几分钟到几十分钟。
• 风力大：自中心到40米处风速最大，100m/s的
风速不足为奇，最大近200m/s。
• 直线移动：移动路径多为直线，平均移速
15m/s，移动距离为几百米到几公里。
数天。
无明显日变化。 两种性质不同的气团的交 接面。
龙卷（Spont）
• 定义：是大气中一种小范围、强烈对流旋转的
空气涡旋。一般与强对流云相伴出现。发生在
水面上称水龙卷，在陆上称陆龙卷。
• 范围：小尺度系统，水平几十到几百米，最大
不超过1Km。垂直800～1500米。
• 形状：在对流云底如同“象鼻子”一样的漏斗
第七节 中小尺度天气系统
• 7.1 雷暴 • 7.2 飑线 • 7.3 龙卷
雷
暴
• 定义：指积雨云中发生的雷电交加的激烈放电
现象。通常伴有暴雨、阵性大风、有时有冰雹、
龙卷等灾害性天气。
• 雷暴的地区性和季节性：雷暴低纬度出现的次
数多于中纬度，中纬度又多于高纬度。季节变 化明显，夏季多，春秋少，冬季没有。 • 雷暴形成的条件：充沛的水汽，不稳定的大气 层结。
龙卷的天气特征
• 破坏力强：破坏力巨大，给局部地区带来严重 的灾难。1956年9月24日，上海出现的一次龙 卷，一座三层楼卷倒，一座钢筋水泥的4层楼
被削去一角，一个重达110吨的储油罐拔起15
米，吹离120米之远。
• 中心气压极低：中心气压可降至400hpa以下，
甚至达到200hpa。
龙卷云系