第十五章 雷暴及其强对流天气.ppt

雷暴及其强对流天气 中国民航大学空管学院 2020 2 19 强对流天气常以短时强风 强风切变 强降水 雷雨大风 龙卷风 冰雹和飑线等形式出现 它发生在对流云系或单体对流云块中 影响范围小 一般小于200公里 最小时仅有几公里 这种天气破坏性强 是灾害性天气的一种 强对流天气概况 气象上所说的尺度是指天气系统 如高压 低压 冷锋 雷暴等 在空间占据的范围和生存的时间长度 通常可把它们划分为行星尺度系统 大尺度系统 中尺度系统和小尺度系统 天气系统的尺度1 天气系统的尺度2 行星尺度系统泛指大型的天气系统 它们的水平范围达几千公里至上万公里 进退缓慢 维持时间一般为 至 天或更长时间 气象台中常说的 副热带高压 就属行星尺度系统 大尺度系统水平范围在 千公里至 千公里 移动明显 一般可维持 天时间 即天气预报中常见的高压 低压等概念 中尺度系统的水平范围为几十公里至 多公里 活动时间只有几十分钟至十几小时 如夏天常见的雷暴群 短时间强降水 大风 冰雹等强对流天气 小尺度系统的水平范围在 公里以下 有的只有几十米 生命史仅几分钟至几十分钟 如龙卷风 积雨云等 需要指出的是 中 小尺度系统环流强 能量集中 极易导致局部强烈灾害性天气 由于中 小尺度系统引发的天气 来去匆匆 常使人猝不及防 对飞行危害很大 中小尺度天气系统特点1 1 空间尺度小 生存时间短 一般把水平范围在几百米到几十公里 生命期只有几十分钟至二 三小时的天气系统 称为小尺度天气系统 例如积雨云 等 水平范围为几十至二 三百公里 生命期约一到十几小时的天气系统 称为中尺度天气系统 如 高压 中尺度低压等 对中小尺度天气系统的研究 是在分析暴雨 冰雹 龙卷等强对流天气中发展起来的 研究成果对预报上述灾害性天气具有重要的意义 此外 等局地环流 由于水平范围在一二百公里以内 有明显的昼夜变化 同中尺度天气系统的时空尺度相当 也可划分在中尺度天气系统范围内 但其性质与上述的中尺度天气系统有本质上的区别 中小尺度天气系统特点2 2 最主要的特点是的水平变化很大 因此所产生的天气远比锋面 见 等天气尺度系统剧烈 如飑线过境时 瞬时气压变化每分钟几乎可达1百帕 气压梯度可达1 3百帕 公里 温度变化每15分钟可达10 5 10公里 风速可大到几十米每秒 而天气尺度以上天气系统 每百公里气压变化几个百帕 温度变化几度 风速10米 秒以下 3 垂直运动速度大 铅直速度一般可达1 10米 秒 甚至曾观测到50米 秒以上的情况 大尺度天气系统一般为几厘米每秒 4 不满足地转平衡 水平加速度和水平地转偏向力 水平气压梯度力同量级 造成风和等压线不平行 中小尺度天气系统特点3 4 不满足静力平衡 水平地转偏向力和水平气压梯度力也不平衡 大尺度运动是准静力平衡的 较大的中尺度系统也具有准静力平衡特性 但在强风暴类的对流性中尺度系统中 空气运动是非静力的 浮力可以使气块产生较强的垂直加速度 导致猛烈天气生成 5 局地气象要素随时间变化剧烈 中尺度系统所伴随的天气通常较强烈 常带来大风 暴雨 冰雹 甚至出现龙卷和下击暴流等猛烈致灾天气 且具有突发性和急剧变化的特征 而大尺度所伴随的天气则弱得多 且较持续 变化也较缓慢 雷暴的形成和发展 雷暴的形成 雷暴的形成始于温暖和潮湿的空气上升 当潮湿空气上升时 空气中的水分便会遇冷凝结而成为云 随着气流继续上升 云层亦发展得越来越高 云中的水珠也会不断增长 达到高空时温度会很低 冰粒也会在云中形成 当云顶达到十至二十公里时便形成积雨云 而雷暴是由积雨云生成的 雷暴形成条件 1 大量的正值不稳定能量 2 充沛的水汽 3 足够的对流冲击力 雷暴按强度分级 雷暴按强度可以划分为普通单体雷暴和强雷暴两种 其中强雷暴又分为超级单体雷暴和多单体雷暴 单体雷暴 单体雷暴通常由一个或几个雷暴云单体所组成 雷暴云单体是一个对流单元 早在20世纪40年代 人们就已概括出雷暴云单体的生命史模式 即对流云的发展模式 它经历发展 成熟 消散三个阶段 见云动力学 雷暴伴随的天气现象主要发生在成熟阶段 这时 不仅出现闪电 雷鸣 阵风 阵雨 而且地面的气压 温度 湿度等气象要素的变化也比较剧烈 在成熟阶段 由于下沉气流内的雨滴蒸发而冷却 在单体下方地面附近形成了浅薄的冷空气堆 它的密度大 气压高 称雷暴高压 风从高压中心向外吹 风向同等压线近于垂直 因此在这冷性高压的前沿有一条温度 气压和风速的不连续线 在高压的后部 则有雷暴低压 也称尾流低压 雷暴高压随气流前进时 它的前部能迫使周围的暖湿空气抬升 生成新的单体 因此雷暴云单体的水平尺度虽只有几公里 生命史大约只有30分钟 但是这种新陈代谢过程 可使雷暴延续几小时 强雷暴 强雷暴又称强风暴 当出现严重降雹时也称雹暴 其形成条件为 对流层的中 下部出现逆温层 它把低空潮湿空气和对流层的中 上部较干燥的空气分隔开 形成位势不稳定条件 积蓄了大量能量 有较强的风的铅直切变 云体中部有干冷空气供应 以维持云中的强下沉气流 有能够破坏逆温层以使大量位势不稳定能量释放的触发机制 强风暴主要可分为超级单体风暴和多单体风暴两大类型 超级单体风暴 为单一的强大环流系统 它在成熟阶段形成了有组织的持续的上升气流和下沉气流 它的上升气流来自低空暖湿空气 从风暴云柱右前下方流入 然后向风暴后方倾斜上升 按逆时针方向旋进 到高空后 一部分穿过大气对流层顶 伸展到平流层的下部 大部分则在强切变影响下扭转方向 顺着高空风向流动 从云柱前上方流出 形成云砧 这支倾斜上升的气流 称为斜升气流 其上升速度一般为10 30米 秒 风暴后部为一支自中层流入的干冷下沉气流 它插入上升气流下面 在低层从风暴后部流出 超级单体风暴的云柱有不对称的外形和天气分布 云顶为一光滑的圆顶 在雷达观测中常观测到的弱回波穹窿区和钩 指 状回波 是可能产生龙卷的区域 图1一个强烈的超级单体风暴铅直剖面示意图 超级单体风暴是非常强烈的风暴 不常出现 多单体风暴 它由许多处于不同发展阶段的单体所组成 这些单体不像一般雷暴中许多单体那样随机发生 相互干扰 而是呈有组织的排列 它们不断地在风暴复合体的右侧发生 在左侧消亡 使风暴整体偏向环境风的右侧移动 多单体风暴中各不同阶段 普通雷暴单体的生命史1 1 发展阶段 大约30分钟 云外气流辐合进入云体 普通雷暴单体的生命史2 2 成熟阶段 持续大约几分钟到十几分钟 云外有气流向云内辐合 同时云内有气流向外辐散 有最剧烈的雷电现象和狂风暴雨 普通雷暴单体的生命史3 3 消散阶段 辐合气流全部被切断 云内大量气流向外辐散 雷暴分类 按对流冲击力的不同可以把雷暴分为三类 1 热雷暴 2 地形雷暴 3 天气系统雷暴 其又可分为锋面雷暴 冷涡雷暴 空中槽切变线雷暴 台风倒槽雷暴和副热带高压西部雷暴 雷暴过境气象要素变化 过境前过境时过境后1 气温 气温高湿度大气温骤降恢复正常2 气压 下降涌升恢复正常3 风 地面风弱风速骤增风向突变恢复正常4 天气 微弱降水狂风暴雨雷电冰雹雨过天晴 雷暴母云的移动 雷暴主要以两种方式移动 1 漂移 雷暴大致随500百帕气流方向移动 2 传播 雷暴以此消彼生的方式向前移动 与雷暴相关的天气现象 飑线 飑线是由许多雷暴单体排列成带状的狭窄云带 宽度约20 50公里 长度为几十至几百公里 维持时间为4 18小时 飑线过境处风向急转 风速剧增 气压陡升 气温骤降 常伴有雷暴 暴雨 大风 冰雹和龙卷等剧烈天气现象 冰雹 形成在雷暴云中的冰粒 冰丸 冰球固体水成物 会对飞行中的飞机飞行安全构成巨大的威胁 龙卷风 龙卷风是一种伴随着高速旋转的漏斗状云柱的强风涡旋 产生于强烈不稳定的积雨云中 其中心附近风速可达100m s 200m s 最大300m s 比台风 产生于海上 近中心最大风速大好几倍 中心气压很低 一般可低至400hPa 最低可达200hPa 它具有很大的吸吮作用 可把海 湖 水吸离海 湖 面 形成水柱 然后同云相接 俗称 龙取水 由于龙卷风内部空气极为稀薄 导致温度急剧降低 促使水汽迅速凝结 这是形成漏斗云柱的重要原因 漏斗云柱的直径 平均只有250m左右 龙卷风图片 习题 1 中小尺度天气系统的主要特点有哪些 2 普通雷暴的形成条件有哪些 各起什么作用 3 普通雷暴单体的发展过程分为哪几个阶段 各阶段的主要特征是什么 4 强雷暴的形成需要具备哪些条件 强雷暴分为哪几种类型 它和普通雷暴的主要区别是什么 5 什么叫飑线 它有哪些特征 什么叫飑锋 飑锋和冷锋的区别是什么 6 什么叫冰雹