天气预报类中尺度分析new

中尺度分析,景华,中尺度天气是指水平尺度几十公里至几百公里，时间尺度几小时到几十小时的天气现象，按其性质分为中尺度对流性天气和中尺度稳定性天气中尺度对流性天气包括雷暴、短历时强降雨、冰雹、雷暴大风、龙卷以及下击暴流等,我国对强对流天气的暂行规定：雷雨大风（17.2m/s，8级）2cm以上的冰雹水龙卷之外上午所有龙卷短时强降水（20mm/h）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）,天气形势分型,影响华北省强对流天气类型分为；冷涡型（包括东蒙冷涡、东北冷涡及华北冷涡）、西北气流型（槽后型）、横槽型、纬向小槽型（槽前型，其中包括阶梯槽）。,冷涡型,东蒙冷涡（蒙古东部）、东北冷涡（东北平原）和华北冷涡（华北地区）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500hPa温度槽850hPa温度脊500hPa急流关注500hPa大风速带出口区,横槽型,前期缓慢南压，冷空气堆积后期横槽转竖，冷空气快速南下,纬向小槽型,500hPa急流500hPa温度槽，850hPa为温度脊850hPa以上常伴有湿中心及湿舌和西南急流强对流天气常出现在低空急流发展最强盛的时候以降水为主，产生强对流天气范围不大，但最容易出现漏报,纬向小槽型-阶梯槽,槽线呈前倾强天气主要发生在第二个槽的前部500hPa、700hPaT24为负变温，而850hPaT24为正变温,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）,湿度条件：,雷暴发展的燃料关注1.5km（850hPa）以下的td（或混合比）绝对量，非相对量,有利条件：高低层温差超过32，有系统不利条件：湿度差（td）结果：分散性阵雨即，湿度条件抑制了对流发展,27日14时,27日08时,例：2014年5月27日张南,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）,探空在强对流预报的局限性,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）,触发条件,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,通常为多种触发机制共同造成,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,14时,15时,16时,例：非锋斜压带+出流边界20130625（张南、张迎新）,21时,20时,地面辐合线配合非锋斜压带使用,天气图中尺度分析,针对产生中尺度对流性天气和强对流发生发展的必要条件，分析各等压面上相关大气的各种特征系统和特征线，最后形成中尺度对流性天气发生、发展大气环境场“潜势条件”的综合分析图,对流发生发展的基本条件:水汽条件不稳定条件抬升条件有组织强对流发生发展的关键条件：+1.垂直风切变,分析核心-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925hPa、850hPa、700hPa和500hPa。,低层显著湿区,分析对流层低层的水汽含量及饱和程度，判断对流天气发生发展的基本水汽条件。,q：92512g/kg；85012g/kg；70012g/kg,中层干区,分析与低层湿区相对应，可形成“下湿上干”层结的（与雷暴大风强度有密切联系）对流层中层干区。,判断分类强对流天气的水汽条件量化指标,二、不稳定条件分析,不稳定条件重点分析由温度层结导致的热力不稳定。主要分析低层和中层的暖脊、冷槽、变温、垂直温度递减率和显著降温区。分析层次包括850hPa、700hPa和500hPa。,低层暖脊,分析低层暖环境及暖平流，判断热力不稳定条件及变化,中层冷槽,分析中层冷环境及冷平流，判断热力不稳定条件及变化,中低层垂直温差,分析环境温度直减率，判断热力不稳定条件,显著降温区,分析中层冷环境及冷平流，判断热力不稳定条件及变化。,判断分类强对流天气的不稳定条件量化指标,三、抬升条件分析,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、925hPa、850hPa、700hPa、500hPa。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。主要通过高低空的风向风速来判断分析层次包括925hPa、850hPa、700hPa、500hPa、300hPa、200hPa。,大风速带,判断垂直风切变条件和结合其它要素（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。200hPa分析符号：；颜色：紫色。500hPa分析符号：；颜色：蓝色。850hPa分析符号：；颜色：红色。925hPa分析符号：；颜色：灰色。地面分析符号：；颜色，黑色。,高空分流区,判断对流层高层辐散区。在显著湿区上空（夏季200hPa，冬季300hPa）有明显的风速辐散或风向辐散分析符号,925hPa分析,风场：低空急流，最大风带(风速核)切变线（辐合线）水汽通量辐合区显著流线边界层水汽输送温度场：暖脊（温度脊）T850-T500大值区湿度场：干线（露点锋）湿舌、显著湿区（T-Td5）,850hPa分析,风场：低空急流切变线（辐合线）显著流线温度场：暖脊（温度脊）T850-T500大值区湿度场：干线（露点锋）湿舌、显著湿区（T-Td5）,700hPa分析,风场：低空急流槽线或切变线显著流线温度场：暖脊（温度脊）冷槽（温度槽）24(12)h变温T700-T500大值区湿度场：干线（露点锋）干舌（T-Td20）湿舌、显著湿区（T-Td5）,500hPa分析,风场：中空急流槽线或切变线显著流线温度场：冷槽（温度槽）24(12)h变温湿度场：干舌高度场：变高,200hPa分析,风场：高空急流急流核显著流线分流区,地面分析,任何不连续线(锋面、辐合线、露点锋等)3h变压、低压、高压中心和特征等压线湿舌、暖舌、高能舌重要天气区,中尺度天气分析平台,典型华北暴雨形势500hPa高空槽+西太平洋副高和大陆高压两高对峙+700（850）hPa低涡+低空急流,7月21日08时500hPa高空形势,冷空气与副高外围的暖湿气流相互作用使华北中部的斜压性进一步增强造成中低空西南气流逐渐加强为西南急流，切变后侧的西北气流也将加强水汽输送加强，辐合上升运动加强京津冀地区大暴雨（局部特大暴雨）,(7.21),7月21日20时高空地面天气图,7月21日20时天气系统配置,预报0620,探空图的分析,探空图是一种用来判断测站大气层结稳定度、预报强对流天气的重要工具,基本概念回顾,三条曲线：温度层结曲线、露点层结曲线和状态曲线温度层结曲线、露点层结曲线是由探空资料点绘出来的，分别表示测站上空气温和水汽垂直分布的情况；状态曲线是指气块上升过程中其温度的变化曲线，由于气块在水汽未饱和时按干绝热递减率降温，在饱和后按湿绝热递减率降温，因此状态曲线是由饱和点以下的干绝热线和饱和点以上的湿绝热线组成；,几个特征高度、特征值及其物理意义：,抬升凝结高度LCL：指气块绝热上升达到饱和时的高度。超过这个高度就有水汽凝结现象，故LCL的高低反映了云底的高低。,自由对流高度LFC:指在条件性不稳定气层中，气块受外力抬升，由稳定状态转入不稳定状态的高度。在此点之上气块的温度大于环境温度，故即使不加外力，气块也能继续加速上升，使对流能自由地得到发展，LFC的高低决定了对流所需抬升力的强弱。,对流凝结高度CCL:指假设地面水汽不变，而由于地面加热作用，使层结达到干绝热递减率，在这种情况下气块干绝热上升达到饱和时的高度。它是空气热对流开始凝结的高度，可用来估计气团内部局地热对流产生的对流云云底高度。,对流温度Tg：指气块自对流凝结高度干绝热下降到地面时所具有的温度。Tg-T的大小决定着局地热对流发生的难易，若地面加热使气温能超过Tg，则就有发生热对流的可能，否则将不会产生热对流。,对流上限：为对流所能达到的最大高度，也是经验云顶、平衡高度ELC。,(6)对流有效位能CAPE:即气块在给定环境中绝热上升时的正浮力所产生能量的垂直积分，是风暴潜在强度的一个重要指标。图上，CAPE正比于气块上升曲线和环境温度曲线从自由对流高度（LFC）至平衡高度（ELC）所围成的正面积区域。,CAPE表示在自由对流高度之上，气块温度高于环境温度，气块因浮力作功而获得的能量,(7)对流抑制有效位能CIN：CIN正比于图上自由对流高度下的负面积，表示要发生对流需克服的能量。CIN太大，抑制对流程度，对流不易发生；太小，不稳定能量不易在低层积聚，易发生不太强的对流。,气块在到达自由对流高度（LFC）以前，气块温度低于环境温度，必须有外力克服重力对气块做功,(8)下沉对流有效位能（DCAPE）:对流中的下沉运动的原因是外界干冷空气被吸入对流云体，并被云内降落的水和冰粒子拖曳下泻，由于水和冰的蒸发和融化而使气块降温，并低于环境温度，产生向下的浮力，使下沉加速下沉对流有效位能从理论上反映，对流云体中下沉气流到达地面时可能有的最大动能（下击暴流的强度）即环境对气块的负浮力做功所产生的动能,把中层干冷空气的侵入点作为气块下沉的起始高度。利用实际探空判断下沉起点时，可把中层大气中相当位温最小的点作为下沉起始高度，把该高度处的露点温度作为下沉起始温度。,(10)0/-20层高度由于冰雹增长只发生在温度0，并且强冰雹的增长大都发生在-20或更低的温度。0/-20层高度对冰雹识别有重要影响,强对流天气探空图分析主要,大气层结的稳定度（温度，露点曲线“喇叭口”结构）（指数）是否有较强不稳定能量低层逆温有利于低层的水汽和能量聚集不稳定能量CAPECIN是否易于发生对流特征高度是否易于发生对流风随高度的变化（垂直风切变、冷暖平流）是否有利于强对流发生湿层高度、厚度是否有利于强降水干层高度、下沉对流有效位能（DCAPE）是否有利于雷暴大风0、20高度适宜是否有利于冰雹,不同强对流天气的环境条件,大冰雹较大的CAPE值较强的深层垂直风切变：0-6km20m/s0层高度适宜,雷暴大风(1)弱垂直切变下：云底较高，下层干绝热（干微下击暴流）LFC较低，高空相对干，低层有干绝热层（湿微下击暴流）共同：低层有干绝热、中层有干层,雷暴大风(2)中等到强垂直风切变下大的层结不稳定中层有明显干层,短时强降水湿层厚RH和绝对湿度都要高,对应的K指数分别为41、40(数值很接近)，后者CAPE值是前者的两倍以上，而前者SI指数所表现出的不稳定更强,但对应的强对流现象完全不同。前者主要以强降水（2010年5月6日夜间广州对流性暴雨）为主，而后者对应雷暴大风和冰雹（2010年5月5日重庆的风雹灾害-对应的对流活动更剧烈）;,有利提高降水效率因子：环境相对湿度高LCL、LFC高度低0层高度高，暖云降水为主,北京7.21,CAPE：2089,由于探空进行的标准时间是世界时00:00和12:00（北京时为08:00和20:00），而对流活动多发生在下午和傍晚，08:00和下午的对流潜势有时相差很大，故在分析不稳定能量时，要注意运用探空图的订正技术。,探空图订正主要含义：假定气块具有估计的午后地面最高温度和露点温度，在大气平流过程不明显时，气块自地面绝热上升的CAPE值对午后和傍晚发生雷暴的可能性具有更好的指示意义。,08时探空的修正应用,订正方法（一）,Td取边界层平均；T取当日最高气温预报,订正方法二（国外应用多）,从对流凝结高度开始，沿湿绝热线做状态曲线。,以上介绍的潜势预报分析的内容并不是一成不变的不同地理条件、不同影响系统、不同天气类型所分析的重点以及具体内容都会有所不同预报员要综合分析以上分析结果，结合本地预报经验，进行灾害性天气落区潜势预报,个例（20130901）弱系统下中分析成功预报傍晚强对流天气,08时中分析综合图,EC1日20时500高度+850风+海平面气压,北京古北口83.2mm60.8mm/h,唐山小厂乡71.8mm48.3mm/h,实况,诊断物理量客观分析,水汽条件相关,比湿（Q）、露点（Td）、相对湿度(RH)、温度露点差（T-Td）假相当位温（se）垂直累计可降水量（PW）水汽通量散度,稳定度相关,K指数（KI）、对流有效位能（CAPE）、下沉对流有效位能（DCAPE）、对流抑制能量（CIN）、抬升指数（LI、BLI、SI）垂直温差或直减率垂直假相当位温（se）差或直减率,抬升相关,散度垂直速度,垂直风切变相关,01、03、06公里垂直风切变,强对流指数,强天气威胁指数（SWEAT）大风指数（WINDEX）风暴相对螺旋度（SRH）粗理查逊数（BRN）风暴强度指数（SSI）瑞士雷暴指数1（SWISS）,发生强对流天气的参考指标（摘自易笑园等2010）,在应用上述参数时，不同的地区有些差异,常用的物理量场分析,高低能量舌的配置假相当位温是湿度、温度、气压的函数，它是描写能量的物理量。的垂直分布反映了大气层结对流不稳定度的状况。叠加在高能舌上的低能舌的形势加大了大气的不稳定度，有利于形成强对流性天气。,“上干下湿”湿度层结除了温度层结外，湿度层结也是环境热力结构的重要表征之一。一般来说，水汽丰富有利于雷暴对流活动的增强，但是在离地24km，约700hPa高度上下则相反，水汽缺少反而会使雷暴对流活动增强。,中层大气干燥，一方面可以使对流不稳定度增强，造成有利于对流风暴发生发展的环境；另一方面，当对流风暴发生后可以造成干燥的中层入流，使降水蒸发加强，因此下沉气流因雨水蒸发而冷却，从而使下沉气流和雷暴水平外流增强，并引起严重的灾害性大风,以上介绍的潜势预报分析的内容并不是一成不变的不同地理条件、不同影响系统、不同天气类型所分析的重点以及具体内容都会有所不同预报员要综合分析以上分析结果，结合本地预报经验，进行灾害性天气落区潜势预报,中尺度系统的识别和分析,主要利用卫星、雷达和闪电定位仪等遥感探测资料，结合对地面常规和加密观测资料、自动站资料，以及快速同化更新的数值预报产品进行分析。中尺度系统在卫星云图、雷达回波以及地面图上的表现形式各有不同。,地面图上中尺度系统,主要有中尺度辐合线（风向辐合、风速辐合）、干线、中低压、中高压（雷暴高压)等。,下冰雹前1.5小时的地面温度距平,下冰雹前1.5小时的地面气压距平,下冰雹前2小时,地面流场,下冰雹前1.5小时,下冰雹时,C,单站资料分析天气上游和预计出现灾害性天气的站(包括自动气象站)要素变化时序图：气压、温度、湿度、风、天气,卫星云图上中尺度系统,主要表现为中尺度对流云团、中尺度对流系统（MCS）、中尺度对流复合体（MCC）等。,1，强对流天气分析典型的强对流云型特征,弧状云边界,上冲云顶,典型的强对流云型特征,20