暴雨过程发生发展条件天气学分析

暴雨过程发生发展条件天气学分析
（二）水汽
直观印象告诉我们： 降水是和气温高低成正比，
和气压高低成反比的。 我们做暴雨的预报的时候，是不是首先要 考虑和认识一下气温和气压这两个物理量 呢？他们到底和水汽有什么关系、与暴雨 又有是个什么联系呢？ 下面我就讲一下水汽与温度和气压的关系。
暴雨过程发生发展条件天气学分析
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（一）降水量公式
这个降水量公式给我们提示了一条做暴雨 分析和预报的一个思路： 1 要分析大气的水汽状态，尤其大气低层 的水汽特征； 2 要分析大气的垂直运动状态； 3 要分析各种天气系统的表现，看其是否 稳定，能否使降水天气维持。
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（一）降水量公式：
水汽、垂直运动、降水生命期是暴雨发生 不可少的三个因素，就是我们常说的暴雨 三要素。 有的教科书和论文把水汽、垂直运动和大 气稳定度作为暴雨三要素是不妥的。因为 大气稳定度严格的讲是属于上升运动的范 畴的物理量，因为大气不稳定有利于上升 运动的发生。在降水强度不变的情况下， 忽视降水时间长短是不对的。 下面就让我们对这3要素逐一地进行讨论。
所以我说，暴雨预报还没有取得突破性的进展。 暴雨过程发生发展条件天气学分析
4 加强暴雨预报服务的必要性
比如： 1982年6月19日，武汉市降水298.5mm, 1983年7月3—4日，武汉市降水155.8mm, 市区积水长达8天，经济损失十分严重。
1998年7月20-21日，武汉市降水456.8mm， 由于我们提前与市排水部门联系，预先预排，腾 空大型箱涵、明渠、湖库3/4的库容，暴雨发生后 又加强抢排，2天市内交通恢复正常，市区积水时 间缩短4—6天。 所以，暴雨预报和服务紧密结合，尤其是得到职 能部门的支持，是当前减少暴雨损失关键。
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（一）降水量公式
其实，这个公式告诉我们，大气实际上就像是一 个造雨的机器。 大气的低层水汽就是这个机器的原料，原料越充 分，其产量就越大，降水就越强； 大气的平均垂直运动可以把它理解为这个机器设 备的生产能力，大尺度系统的上升运动小，生产 力落后，而中小尺度上升运动强烈，设备先进， 效率就高，所以，中小尺度系统有利于暴雨发生； 大气的降水生命期可以比作机器的运转时间，当 然，机器运转时间越长，产量就越高。
暴雨预报自古以来都是难题；有谁敢说自 己“会报暴雨”？有谁能确保自己的暴雨 预报准确率每年都一定有提高？
所以我说暴雨预报还没有取得突破性的进 展，这给我们的研究提供了的空间和机遇。
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3 暴雨研究的现状
暴雨预报没有取得突破性的进展重要 的原因：
气象资料密度不够的问题 为什么？请看：
4 表示水汽的物理量
饱和差：反应了大气的饱和程度。 高温、低压反应了大气中能够容纳的水汽较多，但 是否已经容纳了足够的水汽了呢？这要看饱和差的 大小了。夏季气温很高、气压低，大气可以容纳很 多的水汽，所以，夏季降水要比冬季多。但盛夏气 温最高，气压也低，大气中可以容纳很多的水汽， 但是露点温度与气温相差很大的时候，空气无法达 到饱和，照样无雨。因此，我们不仅要看给的容器 的大小，还要看里面盛着多少水。饱和差正是可以 给出容器的大小和里面盛有多少水的物理量。
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4 表示水汽的物理量
比如说： 一个小碗（低温高压），水汽输送充分，里面盛满水
（饱和），但毕竟容量小，倒不出多少水来。 一个大缸（高温低压），水汽输送不充分，里面没有
水（不饱和），也同样倒不出水来。
一个大缸（高温低压），里面也盛满水（饱和）， 当然，大缸里倒出来的水就比小碗里倒出来水就多得多。 因此，在盛夏里气温高，难以达到饱和，降水过程相对 少，但是，一但饱和，降水强度就很大，十分钟最大雨 强、一小时最大雨强等一般是出现在盛夏季节。
2 水汽与温度和气压的关系
无论是干空气，还是湿空气，其凝结函数都和 气温成正比，而和气压成反比。
也就是说，在绝热的情况下，凝结的水汽都与 温度和气压有关。它是随温度的升高而增大，随 气压的升高而减小。
这个结论就清楚地反应出大气在一定气温和气 压的状态下，所能够容纳的水汽量的问题。
它的实质：反应了大气中的水容量的问题 高温低气压 空气中能含纳的水汽就多 低温高气压 空气中含纳的水汽就少
• 随着计算机的应用，数值天气预报蓬勃发 展及多种预报方法的应用，暴雨预报的研 究取得了很多的研究成果。这些成果主要 表现在暴雨过程预报方面。我想我们大家 都有体会，对暴雨过程而言，其预报成功 率很高，而失误率却较低，这在80年代前 是办不到的。
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3 暴雨研究的现状
• 另一方面，暴雨单点预报水平较高的是日 本，其次是中国、美国，其准确率也只不 过是在30-40%左右，暴雨预报没有取得突 破性的进展，主要表现在对暴雨的机理认 识和单点暴雨预报方面。就连暴雨（天气、 气候）概念都是人为的概念。
2 暴雨灾害居多种自然灾害之首
仅举长江流域为例： 在解放后就发生过数次特大洪水， 1954年，发生了全流域性的大洪水，汉口街道
上可以自由行船。 1991年，发生了长江中下游特大洪水。 1996年，发生了长江中游特大洪水。 1998年，发生了全流域性特大洪水，有百万抗
洪大军，严守在荆江大堤上。 尤其是78.8河南板桥水库失事，京广铁路中断
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为了解决暴雨资料密度不足的问题，采 取了很多的措施：
比如，数值预报加密网格； 气象部门和水文部门互通信息、
交换资料； 各省都建设很都得地面自动观测
站等等。 但还没有突破暴雨预报所需要的基本
资料密度。
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3 暴雨研究的现状
说道这里，可能大家要提出疑问了：
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1 中国是多暴雨的国家之一
中国幅员辽阔，每年夏季，随副热带高压 的北上，自南向北都依次有多次暴雨过程发 生：
华南前汛期暴雨 长江流域梅雨期暴雨 中国北方暴雨 台风暴雨 所以，中国属于多暴雨的国家，暴雨预报 历来都是我国各级气象台站和气象工作者研 究的重点。
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1 中国是多暴雨的国家之一
• 气候：中国处在东亚季风区中，属于亚热带气候， 水汽充沛，冷空气活动频繁，冷暖空气的交汇造 成中国夏季多暴雨天气过程。
• 地形：中国是一个多山国家，山地（丘陵）面积 约占全国总面积的三分之二，中尺度地形和中尺 度下垫面特征十分明显，造成中国多暴雨过程。
• 地理：中国处在太平洋西岸，南部接近热带地区， 经常受到西太平洋热带系统（台风、热带风暴） 的影响产生暴雨。
饱和差一般要和假相当位温和湿静力总温度 这两个反应大气温湿特征的物理量配合使用。
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4 表示水汽的物理量
水汽通量： 反应大气中水汽输送的物理量。 一般在潮湿的气柱中只含有6 g/cm2,即使是
cb的气柱中，其水汽全部降落到地面，也只 有50—60mm的降水量且只需要1小时时间就 可以下完。本地的蒸发量一天顶多5mm，10 多天蒸发的水汽仅供下1小时。
东风来自西太平洋，一条随偏南风来自南海， 另一条是随西南风来自孟加拉湾。
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4 表示水汽的物理量
水汽通量是风速和比湿的乘积，是与 风有直接关系的，也是个矢量。因此， 水汽通量一般与风场相对应，其大值轴 与急流轴基本一致。我们在做暴雨预报 时，要特别注意低空急流的生产和发展， 尤其是来自南海的南风急流，距离近、 无阻挡，有时来得又快又猛，24小时内 就有可能引发暴雨。
暴雨过程发生发展条件 天气学分析
2020/11/17
暴雨过程发生发展条件天气学分析
一前言
• 中国是多暴雨的国家之一 • 暴雨的灾害居多种自然灾害之首 • 暴雨研究的现状：取得了很多可喜的成果，但
还未取得突破性的进展 • 加强服务，争取职能部门的支持，可以尽量避
免暴雨灾害所造成的损失
暴雨过程发生发展条件天气学分析
暴雨过程发生发展条件天气学分析
4 表示水汽的物理量
水汽通量散度： 反应大气中水汽聚集和消耗的物理量。 这个物理量是急流输送来得水汽能否在暴
雨区里凝结并转化为雨的关键，在暴雨的预 报中具有十分重要的意义。
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4 表示水汽的物理量
水汽通量是水汽在空中流动的概念，就 像水在水管里的流动一样，可以分析水汽 通道的形状，水汽是从何处流来，流往什 么地方去，流来流走，数值的大小都还不 好说是下雨的佐证。只有在空中水汽流来 的多，流走的少，形成水汽辐和才会下雨。 也就是说只有当水管破裂，水才能流得出 来。因此，水汽的辐和才可以反应出是否 有降水发生的物理量。
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3 水汽与温度、气压关系的实质
这就解释了为什么 R低纬＞R高纬 R夏季＞R冬季 R高地＞R低地
所以有经验的预报员做暴雨预报时首先要考 虑大气转暖程度、低压、倒槽等天气形 势，这实质上是在考虑大气中的水汽含 量多寡，所以，气温、气压也是认识水 汽的重要物理量。
暴雨过程发生发展条件天气学分析
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4 表示水汽的物理量
假相当位温和湿静力总温度：这两个物理量 是两套温标中不同的表达，都是温湿特征的物 理量，在某种意义上都可以反应出饱和差。
湿静力总温度是大气中显热能、潜热能和位 能的综合，和假相当位温一样，其数值可以反 映出气柱的显热能和潜热能的状态，其高值也 可以表示大气的高温和高湿特征。
暴雨过程发生发展条件天气学分析
这就是我讲的前言的四个内容：
• 中国是多暴雨的国家之一； • 暴雨灾害居多种自然灾害之首； • 暴雨研究的现状：取得了很多可喜的成果，但还
未取得突破性的进展； • 加强服务，争取职能部门的支持，可以尽量避免