灾害性天气演化与大气能量

灾害性天气演化与大气能量

结构分析魏鸣

2013-8主要内容一问题的提出二基本概念与方法三典型灾害性天气的能量结构与预测四思考与展望

中小尺度天气系统常常带来与强对流相联系的暴雨、冰雹、雷雨大风和龙卷等灾害性天气，以及由此而伴生的洪水、海难和空难事件，对国民经济和人民生命财产构成严重威胁。随着社会经济的发展，这些灾害的影响也愈加显著，全球每年因此而造成的损失难以估量。强灾害天气预测一问题的提出1灾害性天气预报的困难强对流天气即突发性灾害天气，主要是局地的天气激烈变化现象，包括冰雹、龙卷、大风、沙尘暴的黑风暴和强降水。强对流降水的降水量变化或非均匀程度较大，且几个或十几个小时内就可以达到大暴雨或特大暴雨的强度。因其区域性小且降水强度变化大，引起城市道路积水、山体滑坡、泥石流。尽管目前拥有各种探测手段：地面观测、探空、雷达、卫星、闪电定位仪、GPS、微波辐射计各种预报方法：天气图分析、数值预报、MOS预报，诊断预报，经验预报、集合预报等等…但突发性、灾害性天气仍难100%报准—2007年9月25日中国气象局局长郑国光做客中国网访谈时提到，目前我国暴雨预报的准确率只有19%，这个数字在美国也不过22%。-2010年中新网3月30日电中国气象局局长郑国光今日表示，中国是世界上自然灾害最严重的国家之一，每年由于气象灾害所造成的经济损失是2000-3000亿人民币，占GDP的1-3%。

—Doswell：虽进展，但灾害仍在

中尺度是一种范围很宽的尺度（2-2000km)。在3-12小时的预报时间段上，存在着一个比较大的预报能力的“空隙”。

各类预报方法的时效及中尺度预报“空隙”图(Doswell,1986)

Definitionsofmeteorologicalforecastingranges-（摘自DosWellPPT2009）1Nowcasting:Adescriptionofcurrentweatherparametersand0-2hoursdescriptionofforecastedweatherparameters2.Veryshort-rangeweatherforecasting:Upto12hoursdescriptionofweatherparameters3.Short-rangeweatherforecasting:

Beyond12hoursandupto72hoursdescriptionofweatherparametersASchematicForecastprocess诊断与模式

Diagnosisvs.modelsImportanceofdiagnosisisgreatestfrom0-18hours(Watchesandwarnings)Modelsethedominanttoolfrom24hoursandbeyond(Outlooks)Evenbeyond24-h,modelforecastscanbeimprovedupon…ForforecastingsevereweatherIngredientsforconvection:

Moisture(watervaporsupply)Instability(thermodynamicinstability)Lift(dynamicinstability)注：三个条件对强天气预报非常重要，它们都与大气能量结构有关（atmosphericenergystructure）三者之间还可以互相转化如：热力上升的云可因上空稳定层阻挡而平衍为稳定性云，动力抬升的云可因潜热释放而产生对流，水汽上升凝结后释放潜热-增温，降水下沉蒸发-降温UseofNWPguidanceModelshavedifficultywith:Subsynoptic-scalestructureandtimingPBLdetailsShearRelativeandabsolutehumidityVerticalmotionMoisturedistributionsLapseratesCappinginversionsEffectsofconvectionUseofNWPguidance(cont’d)Modelsarereasonablygoodat:Synoptic-scalefeaturesSurfacepatternsAirflowLow-resolutionverticaldistributionsProblemofNWPInitialconditionuncertaintyModeluncertaintyIngredients…MoistureLow-levels(absolute–dewpoint,mixingratio)700hPaandabove(relative)Relatesto:CAPE(+w,supercell,hail,tornado)(ConvectiveAvailablePotentialEnergy)

RecenthistoryofverticalmotionPrecipitationefficiency,EEvaporativecooling(-w)Rainfallrate,RIngredients…InstabilityLapseratesRelatesto:CAPE(±w,hail,tornado)CappingandstorminitiationRainfallrate,RIngredients…VerticalprofileofhorizontalwindUpper-andlower-leveljetstreamsHodographs(helicity,verticalwindshear,curvature)Relatesto:ThermalandmoistureadvectionPotentialforsupercells/tornadoesExportofprecipitationfromupdraft+(+w)Cellandstormmovement(helicity,“training”)Precipitationefficiency,EIngredients…Verticalmotion(w)Synoptic-scaleMesoscale(“lift”)StormscaleRelatesto:BringingingredientstogetherStorminitiationUp-anddowndraftintensityConditionsforSupercellsPossibilityofthunderstormsMoistureInstabilityLift(subsynopticscale)Verticalwindshear

throughadeeplayer>2x10-3s-1throughseveralkmdepthTiltingofhorizontalvorticityintothevertical}

CAPEDisequilibriumconditionsLow-levelmoistureSteeplapseratesVerticalwindshearDifferentialadvectionHorizontalvorticitySupercellTypesSupercellscomeinmanysizesStructureisthekey,notthequantitativeaspectsofsizeanddepthMorechallengesModelswillnotpredictthelocalrainfallisohyetsaccurately-andvirtuallyneverforecasttheobservedpeakvaluesHydrologicalmodelshavetheirownuncertaintiesAchallengetorecognizethedevelopingeventasathreat-constantdiagnosisisvitalRequirementsforMakingaShort-TermForecastAnaccuratediagnosis,includingcontinuousmonitoring,ofthecurrentsituationAnextensivephysicalunderstandingofthephenomenaoccurring,includinganyanticipateddevelopmentsContinuouslyperformingacarefuldiagnosis,lookingforlow-probability,buthighimpactpossibilities方法预报时效特点外推预报预报时效短（0-1h）交叉相关回波特征追踪数值模式预报模式结果对24h预报具有指导作用定时、定量、定点困难天气诊断对0-18h预报准确率高对监测与预警很重要（Doswell，2009）预报方法对比目前天气分析的特点

1天气图分析以500hPa以下为主，如：1000,850,700,500hPa，易忽视500hPa以上的信息。而对流性天气是发生在对流层整层的！2对流层上层的信息很重要，关注什么？3水平风的垂直风切变，方向不具体！其实：垂直涡度有方向（低压环流、高压环流）水平涡度也有方向（顺时针、逆时针）4T-logP图的分析及CAPE的困境（evenDoswell’ssaidstilllackofkeyinformation）1.强对流天气产生的基本条件：1）大气层结不稳定；2）水汽条件；3）抬升触发机制

2.大气层结的稳定性有三种类型：绝对不稳定：环境大气温度垂直递减率大于干绝热垂直递减率（0.98℃/100m）绝对稳定：环境大气温度直减率小于湿绝热直减条件不稳定：介于干绝热和湿绝热垂直递减率之间２灾害天气的转折性预报一直是难点大气是运动流体，不同于固体，灾害性天气系统的运动变化具有非惯性、非线性、非规则特征；（中小尺度天气系统的非静力平衡、非地转性）从无到有的转折性变化——如何认识和获取先兆信息？外推法遇到未发生事件的无初值问题则无法线性外推

从弱到强，从强转弱的准外推性变化——有一定信息，如雷达回波、卫星云图0-2小时临近预报3灾害性天气转折性变化的先兆信息？见微知著，如何发现对预报关键的先兆信息？事有必至，理有固然，现象背后有本质。信息是确定，不是随机的任何物质的突然变化都有个能量积累过程，反映在非规则信息构成的物理机制上，反映在事件的物理过程中物理机制的结构特征可清晰地见到各天气现象发生前的变化信息，提前6小时—24小时做出中小尺度系统的较准确预报4灾害性天气的范围：不仅是强对流、强降水，还有干旱，高温等在我国，干旱造成的持续灾害远大于强对流（如：今年的干旱）。强天气不一定是灾害，是大气累积能量的释放过程，仅在造成经济和生命损失才成为灾害。５创新以质疑始，在实践中发现问题如：许多有经验的预报员发现：气压系统在降水后出现，气流上升后才出现低压系统，降水发生后才出现地面高压系统，若依据气压系统，则不能反映先兆信息。关注实践中提出的问题，善于提问题，实践出真知。实践是检验真理的唯一标准！实事求是，提高预报准确率是正道。二基本概念与方法谢义炳院士认为：“大气结构分析在气象学中被看成具有生物学和生理学中的解剖学的作用”。

——《能量天气学》序言

雷雨顺先生指出：“风雨雷电是由各种尺度的大气涡旋系统造成的。一般公认，这种涡旋系统是大气层结的热力不稳定和基本气流的动力不稳定的必然结果”。

——《能量天气学》世界著名的中尺度气象学家、美国俄克拉何马大学Doswell教授研究雷暴龙卷等中小尺度灾害性天气至今已近50年，重视使用T-logp图及各种强对流指数等结构分析方法中国第一位女流体力学家陆士嘉先生曾提出精辟论断“流体的本质就是涡，因为流体经不住搓，一搓就搓出了涡”已被许多流体力学著作多次引用。

众所周知，在大气中涡旋流体具有普遍性，从极涡、副热带高压、气旋、反气旋、台风到超级单体风暴、多单体风暴、积云对流甚至龙卷，都呈现涡旋结构的特征，所以天气演化的实质，主要是大气涡旋的演化。涡旋具有对偶性，以内旋和外旋来完成热-动能转换和物质输送，而旋转方向的不一致必然有次尺度的相互作用而产生次涡旋和次次涡旋，这对应了大气中各种尺度的相互作用。涡旋还表现为水平涡旋(垂直涡度)和垂直涡旋（水平涡度），特别是垂直涡旋在动力学分析和天气学分析中往往容易被忽略，而在灾害性天气演化的过程中非常重要。涡旋流方向的转换与转折性灾害天气密切相关。灾害性天气是物质运动对抗的结果大气能量结构分析方法简介：大气风矢-位温信息结构分析，Micaps3业务系统已有此功能模块（V-3θ），介绍它的应用要点，有助于预报员掌握一种预测方法。参考书《信息数字化与结构预测》，气象出版社，2009年V-3θ图的意义：

θ-位温θsed-以露点计算的假相当位温θ*-饱和空气的假相当位温为何要用V-3θ图？T-logP图仅分析了热力和水汽条件，没分析动力条件，且常有失误V-3θ图反映了大气能量结构（动能、热能、水汽）

位温与温度的对比

T1<T2

θ1>θ2仅靠温度并不能说明两个气块的热量差异。因此气象上用位温可反映大气热量结构的实况，它不依赖惯性系假定，从而显示出比惯性理论更具实用性大气运动和变化来自能量的分布不均和变化，气象学中位温可以体现热量的垂直分布；位温公式有经验性，比理论假设更具有实用性。充分利用探空资料的特性层信息，比天气图方法获得更多垂直方向的不均匀变化特性层是探空曲线上反映大气层结特征有显著变化的层次天气图规定层10层左右vs特性层多达近百层；特性层信息未插值-信息保真，而规定层信息多为插值所得，有信息损失天气图分析未充分利用对流层上层的信息（300,200,100hPa）有助于灾害性天气12-24小时的潜势预测天气演化-大气能量（动能、热能、水汽）的相互转化（先兆信息-擒贼先擒王，抓主要信息）软件设计采用中国气象局气象常用表的统一计算公式。苹果的竖切与横切截面生活中的例子：1地面与对流层顶的温度梯度2杯盖凝水汽3站台的气压（速度与压力差的先后关系）4风先雨后-山雨欲来风满楼5治未病6苹果里的五角星位温

定义：气体从原有的压强与温度出发，绝热膨胀或压缩到标准压强(1000hPa)时的温度。

用途：比较不同气压下的气体热状态。假相当位温未饱和湿空气块上升，直到气块内水汽全部凝结降落后，再按干绝热下沉到1000百帕处，此时气块所具有的温度称为该气块的假相当位温，通常以Θse表示。它相当于湿空气通过假绝热过程将其水汽全部凝结降落后所具有的位温。在假相当位温中，不仅考虑了气压对温度的影响，也考虑了水汽的凝结和蒸发对温度的影响。它实际上是把温度、气压、湿度包括在一起的一个综合物理量。对于干绝热、湿绝热、假绝热过程同一气块的Θse值都保守不变。Θse的这一特性常被用来鉴别气团，因气团移动中其Θse值等于常数。V-3θ图的认识基础：大气能量（热力、动力、水汽）结构的非均匀结构可以导致运动大气的三维（水平、垂直）旋转运动。强对流天气的垂直变化大于水平变化，对流层顶与地面温差越大，越不稳定。基本概念：1一般地，位温随高度增加（P-T图上呈45度倾角），若3条θ曲线随着高度增加向左呈现递减，或随着高度增加，它们不变或少变，表示对流层大气的垂直结构极不均匀；2可以反映大气中干空气、水汽及饱和水汽的分布；3垂直切变有方向性。（传统的垂直切变未指出方向），风的方向转换是核心问题。V-3θ图的大气能量结构分析原则热力水汽动力一、V-3θ图的大气稳定性（热力）分析原则：

若3条θ曲线随高度增加——1呈45度倾斜，大气处于较稳定结构；2大于45度，垂直结构极不稳定，意味着强降温，有不稳定能量待释放；3小于45度，垂直结构很稳定。二、V-3θ图的大气水汽含量分析原则：

1θ线——反映大气的干空气状态

2θsed线——反映了大气的实际水汽含量

3θ*线——反映了大气的绝对含水能力（饱和水汽）

三、V-3θ图的大气风矢的垂直切变

（动力）分析原则：大气水平风向风速的垂直切变有方向性（传统的垂直切变未指出方向），风的方向转换是核心。垂直方向的环流，按水力学名词称为“滚流”。按北半球西风带分别给出典型情况（东风带相反）：顺时针方向——顺滚流（低层多水汽供应：东风或南风），对流发展，暖湿空气上升。逆时针方向——逆滚流（低层少水汽供应：西风或北风），对流抑制，干冷空气下沉。根据上下风向不一致或风速不一致分别介绍如下。图1风向不一致的顺滚流。左图：低空东风，高空西风；右图：低空南风，高空北风。图2风向不一致的逆滚流。左图：低空西风，高空东风；右图：低空北风，高空南风。图3左图：一致西风随高度加大为顺滚流，右图：一致东风随高度加大为逆滚流图4左图：一致北风随高度加大为顺滚流，右图：一致南风随高度加大为逆滚流V-3θ

与T-logP的区别位温：气体从原有的压强与温度出发，绝热膨胀或压缩到标准压强时(1000mb)的温度

——用来比较不同气压下的气体热状态——比T-logP图更好地体现大气热结构分布——可以进行云（层云、对流云）的识别雷雨顺不稳定能量分析不稳定能量分析采用的是中国气象局预报业务系统MICAPS3雷雨顺能量线包括了：干静力温度线，湿静力温度线，饱和湿静力温度线，能量平衡高度。

雷雨顺不稳定能量分析南京探空站09年6月5日08时能量图射阳探空站09年6月5日08时能量图雷雨顺不稳定能量分析使用特性层资料的意义和重要性同一测站、同一时刻的资料，因特性层信息选用与否，可显现重大差别：经典案例：1.按右图的规定层信息，完全可以预报天气转晴;2.按含有特性层信息的左图，注意到在500hPa有冷层云，则有次于强超低温的雷击和降雨时间长于或超过6小时，具有强超低温的对流天气，并为区域性的中-大雨和局部暴雨。同一站点，同一时间，三种不同精度的资料，结果完全不同！三、典型灾害性天气的能量结构与预测暴雨强对流冰雪大雾沙尘暴副热带高压地热与地震干旱暴雨的大气结构特征暴雨-英国暴雨预报失误分析CCTV2009年11月2日晚22：00晚间新闻报道：“天气预报失误，暴雨突然来袭。英国气象部门仅预报大风降温，气候湿润，但苏格兰大部分地区和英格兰部分地区普降暴雨，苏格兰的斯通黑文河河水暴涨，民众没有防范，生活严重受影响。可笑的是就在一天前（11月1号）气象部门预报的是不会下雨，可2号发布的是洪水警报。”视频网址：根据前两三天的v3图（10月30、31即可发现预兆，如下图），可以很容易地发现暴雨特征-超低温明显，水汽接近饱和。以下是英国附近的站点的图。特点：1强超低温；2整层水汽供应足；3风的垂直顺滚流对比分析Stuve图，CAPE=0，没有预测性重庆暴雨中新网重庆9月21日电2009年9月19日开始的强降雨给重庆部分区县造成不同程度的洪灾损失。当地因灾死亡3人，22.95万人受灾。截止20日20时，此次强降雨已造成重庆5个区县54个乡镇不同程度受灾。重庆全市受灾农作物面积8.51千公顷，受灾人口22.95万人，因灾死亡3人，紧急转移1259人，倒塌房屋0.038万间；直接经济损失1.03亿元9月17日起已有先兆信息，9月18日08时以后300-100hPa的超低温层明显，不均匀结构明显。暴雨重庆雷暴雨引发山洪巫溪河水暴涨50辆车被水淹2009年08月28日凌晨，大暴雨突袭巫溪，大宁河水15分钟内猛涨1.2米，县城大宁河畔一露天停车场被突如其来的洪水淹没。在当地500多名干群的奋力抢救下，40多辆被淹汽车得以紧急疏散，但仍有5辆汽车被洪水卷走。

暴雨前提前36小时看到超低温山东暴雨2009年7月17日20时开始，山东半岛西北部的蓬莱、长岛、龙口三站出现大暴雨到特大暴雨。最大降水量出现在蓬莱市北沟站，为313毫米。蓬莱、长岛、龙口三个大监站单日降水量分别达到263.3、209.6和184.8毫米，均打破当地建站以来的历史极值。暴雨特征分析：1）对流层顶有超低温。在100-200hPa的折拐处和三条线的抬头处，对流层顶出现薄层状超低温，这是大暴雨最重要的先兆信息，也是传统天气图分析方法忽略的。超低温构成了大气垂直结构的极度不均匀，促使对流层滚流的发生、发展和大暴雨的产生，使对流发展的高度和对流上升的强度都得到了明显加强。2）整层水汽渐趋饱和，层云之上覆盖有积云。在7月16日20时，成山头站中低层饱和线距离较远，表明水汽还未达到饱和。17日08时，成山头站自低层1000hPa至200hPa，饱和线距离非常接近，最近处距离小于10K，表明整层水汽接近饱和。3）17日20时，不稳定能量明显，右侧两条线左倾，大暴雨特征。4）.风场结构为顺滚流。从底层到500hPa均为西南风，水汽供应充沛，垂直气流为顺滚流（低层西南风，上层西北风），有利于水汽上升，是形成暴雨和强对流的重要信息。暴雨的大气能量结构特征1）对流层顶有超低温（重要条件）2）不稳定能量充分（对流层中层有不稳定层，越左倾越不稳定）3）整层水汽渐趋饱和4）风场结构为顺滚流局地大暴雨2010050702时广州大暴雨广州史上最强暴雨1小时雨量达99.1毫米

2010年05月08日05:49广州日报昨日2时起，1小时雨量达99.1毫米，创广州市“时雨量”新高。

前晚至今早，五山录得213毫米雨量，相当于往常5月雨量的七成多。59289广东清远站分析广东特大暴雨的先兆：1在700hPa和600hPa两层，有极端的不稳定，蓝绿线几乎倾斜至180度，中层的冷层云！2水汽饱和3垂直方向上，风向的顺滚流（低层南风，上层北风）一定是局地特大暴雨的预兆根据这些图的变化，应该报大暴雨才对。暴雨特征很明显2010-05-10南方都市报摘要：昨日，中山大学大气科学系教授温之平表示，暴雨定时、定点、定量预报是国际性难题，美国等发达国家准确率为23%，中国平均只有17%—18%。他还认为，这场几十年一遇的超强暴雨或与城市“雨岛”效应有关。广州这场大雨，有先兆信息可寻，目前业务预报中还未关注这些信息！15月１日－５月３日全国突然爆热，从冬天闪电入夏。２重庆的５月６日０２时特大风暴，３广州的５月７日０２时特大暴雨超低温成因探源太阳辐射的影响，提前3-7天美宇航局STEREO卫星近日捕捉到太阳爆发的精彩瞬间。2010年4月30日至5月2日，太阳三次爆发，而最大的一次爆发产生了环状等离子体，具有明显的扭转运动。这张照片公布于2010年5月7日，展现了一种相当常见的太阳活动。太阳爆发(图片来源：SOHO/STEREO/NASA)

超低温的原因及意义对流层大气上空陡然出现如此低的降温现象，不是以地球的长波辐射等分子态物理过程所能解释的。经研究发现：对流层大气上空的降温现象与光化学反应的离化作用有关。在紫外线或伦琴射线的作用下，水分子离子化而导致体积膨胀降温。超低温等大气垂直结构非均匀是引发大气转换的一个重要原因。雷击的大气结构

分子态离化，除了光的紫外线辐射外，再一个则为雷击雷暴天气的大气不稳定2011-7-3成都局地大暴雨冷层云结构强对流的大气结构特征冰雹-2010年3月5日福建邵武冰雹福建西北部出现中到大雨，傍晚前后，南平、三明的一些县市还出现了冰雹、强雷电和大风天气。冷暖空气剧烈碰撞强对流天气出现昨天，冷空气影响到福建，西北部地区出现中到大雨。5日8时至6日8时，降雨量一般有12～38毫米，浦城最大，达44毫米。由于5日前，福建气温一直维持在比较高的水平上，冷空气到来，与暖空气发生剧烈碰撞，傍晚前后，南平、三明两市的一些县市出现了冰雹、强雷电和大风天气。其中，邵武、明溪冰雹直径约50毫米，沙县、建阳冰雹直径约15毫米，明溪、沙县还出现了8～9级的雷雨大风。邵武冰雹大如鸭蛋据海峡都市报报道，邵武昨天下午遭遇了两次冰雹袭击，第一次在16时20分左右，第二次在18时3分左右，两次持续时间分别长达4、5分钟左右。这场冰雹给邵武市大埠岗、和平、肖家坊、桂林、大竹等乡镇的16所学校带来了巨大的损失，学校教工宿舍楼、学生宿舍楼、厨房、厕所等房屋的屋顶瓦片严重受损，教室玻璃严重损坏，安置在楼顶的太阳能热水器管道全部破裂。邵武冰雹大如鸭蛋（海峡都市报）福建多个乡镇遭遇冰雹袭击（新华社）强对流的三个条件：1热力（不稳定）：超低温，不稳定能量，左线竖直。2动力（抬升）：上层强西风，低层东风，有垂直的抽吸作用，顺滚流。3水汽：要有一定的水汽条件，上干下湿，湿层要厚一些，在500hPa上。2010年3月5日500hPa（左）和700hPa（右）的高度场2010年3月5日08时（BST）850hPa的天气图，沿邵武站的西南方向有大于20m/s的西南急流，其速度远大于急流带两侧的风速，从北部湾向福建北部输送了充沛的水汽，并在此区域形成了风速辐合，有利于促进气流的垂直上升运动。

南平雷达回波径向速度演变特征（2010030516:22）反射率因子1.5度仰角径向速度1.5度仰角径向速度3.4度仰角径向速度6.0度仰角雷达回达剖面分析和人工防雹作业效果分析（1）2010年3月5日建阳雷达回达剖面分析和人工防雹作业效果分析

3月5日冰雹云的雷达回波单体垂直剖面图（图中红点为人工防雹作业时间，下同）在超级单体冰雹已形成的阶段实施人工防雹作业，基本不能达到消雹的效果，而只有在冰雹云处于减弱消亡阶段时，实施人工防雹作业有可能可以加速冰雹云的消亡。2010年3月5日08时邵武的T-logP图5日08时邵武CAPE=0，福建另外两个探空站福州和厦门的CAPE在5日08时也均为0，其层结曲线均位于状态曲线的右侧，在近地面1km高度以下有逆温层存在，冰雹分析没有先兆信息邵武赣州南昌对比冰雹与雷暴强对流冰雹雷暴邵武2010年3月5日冰雹与4月10日强对流的结构对比1结构特征相似；24月10日的不稳定度略低；低层较稳定，上层西风没有上次强。若午后地面加热，抑制对流的条件破坏，对流发展后将产生强对流、局地强降水或小冰雹。3水汽条件4月9日不好，但4月10日水汽已上来，且上干下湿，与强对流特征相符。43月4日绍武局地很不稳定，但4月10日08时近地面有对流抑制，午后有对流，卫星云图上12时后有突然发生的强对流云团。（当天预测：有强对流，但不会有大冰雹。建议当地密切关注动态，加上Micaps3的雷雨顺能量图，T-logp图，关注上游的动态（武汉、南昌）、卫星、雷达）。2010年4月10日07时-23时的云图动画，可以看出福建的对流云团演变2011年4月17日广东雷雨冰雹2011年4月17日广东的雷雨冰雹天气（死亡18人），同一时间（美国时间4月16日）美国也发生了的龙卷等强对流天气（死亡42人），分析如下：1用美国网上的资料分析了广东周边几个站的温度资料，发现全球所有站点中这几个站的对流层上层100hPa的温度最低，从4月11日开始，4月14日20时曾达到-85.3度（93.2hPa），4月17日上午达到-82.1（90.4hPa）.

2正值春季，西风强;3前期广东已经较严重干旱（据悉50年一遇），V-3thita图上700hPa以下很干，但是雷暴前有一定水汽。2011年4月14日20时，对流层顶93.2hPa，高度16.882km,温度-85.3℃2011年4月17日08时，对流层顶90.4hPa，高度17.093km,温度-82.1℃还有其它的力，促进对流发展，如新月（朔）、满月（望），（农历三月十五）提前36小时，出现强超低温

2011年5月7日，佛山市南海区遭遇暴雨及龙卷风袭击，位于南海罗村街道联和大道旁广州军区佛山农场受龙卷风吹袭，多间厂房被掀顶或倒塌，涉及面积近万平方米，造成工人2死8伤。图为遭遇暴雨及龙卷风袭击的南海罗村街道联和大道旁多间厂房被掀顶或倒塌。中新社发

台风即将登陆的环境或台风路径预测58665洪家-浙江，09年8月8日晚上预测莫拉克台风即将在浙江福建登陆，下图的超低温明显，大气很不稳定，风的垂直分布很有规律，看似风随高度顺时针旋转，好像是暖平流，但这样分析就完全没有体现台风的特点，应理解为风从高层到低层呈现低压内旋式的旋转。这对于认识台风环境风场的结构非常有意义。福州58847的台风登陆前的风场结构凡比亚台风2010年9月20日凌晨已在福建登陆大风冰雹

2009年8月27日晚间到28日，河北中东部部分地区出现强对流天气，最大风力10级，冰雹最大直径4厘米。一场骤雨之后，风雹、洪涝灾害致使石家庄、邢台、衡水三市的24县市区受灾。前两日就有深厚的超低温层玉米几乎全部倒伏清理危树风雹前大气能量结构极不稳定下雹后不稳定能量有所释放，仍有超低温处于上游的太原冰雹的大气能量结构特征：1）对流层顶有强降温（超低温），这是潜势预报的重要条件；2）对流层大气中的水汽呈上干下湿的分布；3）对流层有多层的强不稳定能量分布；4）上空有强劲的西风，水平风向风速的垂直分布结构为顺时针环流（顺滚流）。冰雪的大气结构特征冰雪雪袭京城，为何不见天气预报？2009-11-0317:52|来源:新京报北京的首场降雪，在给人们带来阵阵惊喜的同时，也带来了出行不便、气温骤降等诸多烦恼。由于天气本身变化无常，加上现有科技的局限，作出完全精确的天气预报确实还有较大难度。问题是，像大雪这样的恶劣天气咋能一点都没预测到呢？

前几日还沉浸在暖暖秋日里的京城，1日在强劲寒潮的影响下迎来今秋初雪。据中国气象局消息，北京地区今年的初雪时间比往年提前了整整一个月。

2009年11月9日，北京的第二场大雪，11月9日23时开始下雪。北京2009年11月初冬降雪与2010年1月2日深冬降雪的对比，11月有暖层云特征南京091115-17暴雪天气分析这是近50年来南京冬季最早的一次降雪，来自新疆的强冷空气和暖湿气流交汇，11月15日下午湖北、安徽已开始降雪。一、天气图的风和温度分布图2009年11月15日08时700hPa的风和温度分布，南京为西南风实况：天低（云低-大雪看天低），温度低，暖层云逐渐形成，天冷，降温明显，天色暗。

图的特征：地面已转入东北风，800hPa暖层云将形成，700hPa西南风，低层湿、中层干，上层湿，低层不稳定。11月15日大雪征兆：南京大雪开始于15日晚22时左右，之前20时开始下雨。11月16日：一天大雪00：00-24：00，累计雪量，大于10cm（江北，六合）11月6日20时底层开始出现北风，预示雪将结束11月17日上午雪已停，800hPa以下西北风，天晴20110226北京雨雪2011年2月26日晨，北京2010-2011年冬第三次大雪，缓解旱情20110222-26南京天气转折（22-24晴），25阴，26小雨2）——暴雨及暴雪天气的大气能量机理研究—暴雪存在明显的能量锋结构，中心位于能量锋前高能区，它的存在与发展伴随着整个暴雪过程的发生与发展；—具有增温增湿特点的层状云，暴雪发生前期高温高湿的大气环境为层状云的形成提供了有利的温湿能量蓄积场；—水汽凝结的正反馈机制加速了层状云的形成，水汽凝结产生的大量凝结潜热促进垂直上升运动的发展，大气中低层在水汽条件具备时，水汽大量凝结增长形成云滴，层状云形成。（a）10日17:48降雪前（b）12日9:41暴雪发生时水汽凝结正反馈机制层状云的形成机理示意图

雾的大气结构特征雾与霾的区别

资料来自《中国气象报》霾雾组成灰尘、硫酸、硝酸等粒子大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶雾滴大小霾粒子直径从0.001微米到10微米不等，平均直径在1－2微米左右从几微米到100微米，平均直径大约在10-20微米视觉肉眼看不到，黄色或灰色肉眼可以看到乳白色或青白色能见度大于1km小于1km厚度比较厚，可达1－3公里从几十米到一两百米

大雾大雾的结构特征：1近地面北风；冷空气渗漏，风速小于4m/s；2水汽饱和；3逆温；4近地面层逆滚流，抑制对流-关键点！注：目前业务预报的思路：逆温+水汽2006年12月22-27日大雾过程的大气能量结构变化实况：浓雾连续数日持续，有时白天仍不散，能见度很低（~1米）20061227上午雾渐消散，滚流方向已转变中国上空的阴霾和大雾之下（MODIS）2009年10月28日，中国大部分地区笼罩在厚厚的阴霾和大雾之下。这场灰褐色大雾厚度最高点出现在黄河流域低洼地带以及靠近吕梁山脉的中国北部平原西半部。通常冷空气处于高海拔区域，但一层冷空气偶尔也会被“驱赶”到一层暖空气下方。由于冷空气密度高于上方暖空气，两层空气难以混合。2010年11月17日晨南京大雾2010年11月17日8：15水汽图平流雾与辐射雾1教科书分类：平流雾（advectionfog）

-暖湿空气流动到较冷的下垫面上空后而冷却，使空气中的水汽凝结形成的雾。

辐射雾（radiationfog）-由于下垫面夜间辐射冷却，使空气降温水汽凝结形成的雾。

2但实践中发现：平流雾和辐射雾不能截然分开，而是相互交织的。静态的“形成”不等于动态的结构演变。3原因：逆滚流预示大气转为下沉运动导致云层消散，有利于地面辐射加强而激发浓雾天气。20101009大雾

中国11省区将再遭大雾笼罩部分高速路关闭分流中央气象台8日晚间发布大雾蓝色预警。预计8日夜间到9日上午，陕西中南部、华北、辽宁、吉林东部、黄淮、江淮、江汉、江南、四川盆地、重庆等地有轻雾或霾，其中，山西东部、河北大部、京津、辽宁东部、四川盆地中部、重庆北部、湖北东部、安徽中南部、江西北部、浙江西部等地的部分地区有能见度不足1000米的雾，局部地区能见度不足500米南京大雾两车相撞造成5死3伤2010年10月09日16:51来源：中国新闻网

9日上午8点40分左右，宁合高速(南京--合肥)引导线454KM处由西向南京方向发生两车相撞事故，造成5人死亡，3人重伤。出事车辆分别为一辆湖北籍大客车与一辆水泥罐装车。事发时，当地大雾，能见度较低。2013年1月11-15日北京雾霾2013年1月10日起，一场罕见的雾霾天持续多日笼罩京城，一些环境质量指数连续“爆表”，北京部分监测点PM2.5(大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物)甚至瞬时破千。

2013年1月13日下午，北京东三环附近小女孩手持气球坐在围栏上，雾为主

2013年1月12日北京西站笼罩在雾霾中，霾为主

不是贴近地面的逆温转为顺滚流-霾雾-霾逆滚流-浓雾

雾-霾雾雾与霾的结构分析对比结构特征雾霾水汽>80%<80%稳定（热力）中性稳定->稳定弱稳定->中性->弱不稳定滚流（动力）逆顺注：1.霾预示晴好天气转为阴雨（雪）天气顺滚流-晴转阴雨;2.雾预示天气转好，并大雾后必有晴天

逆滚流-阴转晴

3有时雾霾交织灾害性大风与沙尘暴的大气结构特征沙尘暴新疆哈密出现大风沙尘天气2010年03月28日23:29中广网新华网乌鲁木齐3月28日电（记者关俏俏）受乌拉尔山强冷空气东移南下的影响，28日下午，新疆哈密市出现大风沙尘天气，正在当地作业的中铁十四局一工程队142名工人一度被困。受新疆东移冷空气影响甘肃省出现区域性沙尘暴天气

新华网

2010-03-30

新华社兰州3月29日电28日傍晚至29日白天，甘肃河西走廊出现区域性沙尘暴天气。

受新疆东移冷空气影响，28日傍晚至29日白天，甘肃河西走廊的马鬃山、敦煌、瓜州、玉门、民勤等五地自西向东先后出现沙尘暴天气，张掖、高台、山丹等地出现浮尘天气。

气象部门的监测显示，28日傍晚，甘肃西端的马鬃山站风力加大，最大风速达到27米/秒，19时21分开始出现沙尘暴天气，最低能见度为900米。之后，敦煌、瓜州、玉门等地也相继出现最低能见度为900米的沙尘暴，其中敦煌沙尘暴持续了5个多小时。到29日11时23分，河西走廊东端的民勤县也出现沙尘暴。

沙尘暴的大气结构特征1超低温；2不稳定层厚；3地面干燥；4强风；除了地面干燥，类似强对流特征副热带高压的大气结构特征副热带高压2010年9月21日前后转折性天气变化自9月20日起，全国大部分地区天气面临重大转折。因为前期东边超强台风（凡比亚）顶托东风带向西北跨越了2个纬度，致使全国再一次出现高温天气，南京受副高控制，天气热达34度，中央台预报冷空气南下。北方冷空气由中、东部的北方南下，影响南京。21日上午08时看到冷空气已经抵达河北邢台，21日晚上冷空气抵达长江流域，改变南京的闷热状况。问题：1副高是什么？上层东风、逆滚流

2副高的预测？与周围测站的风向风速对抗副高：地面高温干热，东风层深厚，逆滚流上层：东风与西风在“打架”，与上一时次不同，这就是转折性和先兆性！虽21日白天没有降温仍很热，但夜间已经冷空气下来。周围测站的天气

邢台已转为西风和顺滚流徐州已转为西风和顺滚流此时，上海仍是东风逆滚流

此时，东西风在打架，天气系统转折中

已经完全是西风系统，很不稳定，上层超低温强，水汽充沛，完成天气的转折地震前后的大气结构特征地震前的大气结构特征2010年2月25日云南地区发生5级地震昆明震感强烈2010年2月25日云南地区发生5级地震，云南地震台测定，2010年2月25日12时56分50秒，在25.4N，101.9E，在楚雄州元谋县羊街乡发生M5.1级地震，震源深度16KM。昆明、安宁等地均有强烈震感。目前地震地区还未探明具体伤亡情况。所以，分析认为：2010年春云南及西南大旱，除了大气环流异常，还有地热的持续释放，加重了旱情。2008.5.12四川汶川八级地震预测的试用左图为5.11.20时热量分布（震前）；右图为5.12.20时热量分布图（震后）自记记录信息数字化以下的上图为传统在信息“时序”图（

温度自记记录的“时序”图

）；下图为信息数字化图（左图为震前1小时；右图为震前3小时）2013四川芦山“4.20”地震的大气热结构

2013四川芦山“4.20”地震的大气热结构

干旱的大气结构特征2008年冬-2009年春辽宁干旱从08年冬季到09年春季，图上整层大气均呈现非常稳定的层结分布（三条曲线与水平轴的倾角接近或小于45度）且干燥的结构特征。稳定的大气层结分布、低层干冷的西北气流阻隔了东海洋面上含有水汽的东北风回流，持续积累必然造成缺乏水汽补充，地表下的温度与低层大气温差增大，加速地面水分蒸发