中小尺度复习

1、中小尺度中尺度带状对流系统由对流单体侧向排列而成的中尺度对流系统一般称为带状对流系统t.vI昔结构：飑线作为一个中尺度系统，应包括对流区和非对流层状云区两局部。对流区包含强烈的、垂直延伸的强回波核，而层状区域由一些降水构成均匀不是绝对均匀纹理。概念：为一种带或线状中尺度系统，是非锋面性狭窄的活泼的雷暴带或不稳定线。其中有许多雷暴单体其中包括假设干超级单体侧向排列而形成的， 是风向、风速气压、温度等突变的狭窄强对流云带。为破坏力严重的灾害性天气。飑线的一般特征 发生地点：出现在中纬度的某些大陆地区以及主要的热带大陆和热带海洋地区。温带地区的 飑线常发生在春夏之交的过渡季节， 有的出现在冷锋前或气

2、旋波的暖区， 有的在冷锋后 的冷区里，还有在冷暖锋上或切变线 辐合线附近生成的。并大致与锋面相平行。尺度：长约几百千米，宽度约 50100km。飑线由假设干“飑段组成。每个飑段包含假设干 大而孤立的相互别离的风暴。时间尺度：几小时至十几小时。飑线的地面要素场的结构：飑线由雷暴单体侧向排列而成，每个单体成熟期都有地面冷丘及水平外流和阵风锋； 小冷丘和阵风锋结合起来形成小尺度雷暴高压和阵风锋。阵风锋又称为飑锋：处在雷暴高压边缘。 具有很强的温度梯度、气压梯度和风速和风向水平切变，它也叫气压涌升线或跳跃线。过境特征：由于飑锋附近是各种气象要素水平梯度很大的地带，因此当飑锋过境时， 气象要素将发生急剧

3、的变化。 通常表现为气压涌升、气温急降、风向突变、风速剧增以及强烈降水等。飑线前低压：飑锋前方一般有中尺度低压。 它的形成可能与飑线前方高层的补偿下沉气流引 起的绝热增温有关。尾流低压：雷暴高压前方的中尺度低压，它的形成与雷暴高压后部的尾流效应相联系。 飑中系统：包括飑线、飑线前低压、雷暴高压以及尾流低压统称为飑中系统。飑中系统的全部系统一般只在成熟阶段才同时出现。不同阶段系统的强度和结构是不同 的。两类比拟常见飑线：1具有前导对流线和尾随层状云区以及具有由前向后和由后向前两支入流的飑线发生在风垂直切变相对小的环境中的飑线飑线的前方有一支由前向后的入流迎着飑锋上升，到高层分裂成向前和向后的两支

4、气流，其后部中层那么另有一支由后向前的入流。在由前向后的气流中，由于老单体衰亡，形成宽广的尾随层状云区。由于在高层不断有冰质点从对流区向后飞落到尾随层状云区中，加上在尾随层状云区中包含着次级环流造成的上升运动，因此在尾随层状云区下方仍有明显降水。(a) 图中，低层的主要流型是飑线前部有强的入流，在后部有大约15米/秒的同样强度的出流。出流和入流之间几乎是静风。在飑线前约200hPa的高层有一个出流的相对大值，出流的厚度约为250hPa。中层有气流从后部流入。从图还可看出一个特点是沿上升气流的流线，u值接近于常数，因此在大约300hPa处，飑线后部存在同其前部入流强度相同的出流。(b) 图说明，

5、在上升气流中风的v分量保持不变也是很显著的。在低层，风暴前的环境流场是偏南风。这一正值 v动量向上和向后输送，形成一条正值v动量带，这条带的右侧(飑线前部)环境流场是偏南风，左侧的风向是偏北风，显然这个偏北风区域由强出流所控制。(c) 图所示的散度场中，在低层飑线前缘为辐合，而其前缘后面的主要区域为辐散，高层也 是辐散。只是在中层550hPa高度远离前缘120公里处出现强辐合，同这种散度分布相对应。(d) 图给出了两个上升气流中心：一个上升气流中心位于700hPa高度上，在飑线前缘后部约20公里处，另一个上升气流中心， 在中层400hPa高度。上升气流的最大值约为30 x 104hPa/秒。下

6、沉气流中心位于700hPa上距飑线前线100公里处，其值约为 40x 10-3hPa/秒，大于最大上升速度。X (筑)(e) 图给出了涡度分布。主要特点是高层为反气旋式涡度，中低层为气旋式涡度。显然，这 种分布是受辐合辐散分布所制约的。(f) 图给出了相对于移动飑线的流线，这些流线是由u和w所确定的。可以见到，从地面到500hPa这一极深的层次内，都是气流流入飑线。这是由于环境西风垂直切变相比照拟弱， 还有环境风本身同飑线移动速度相比拟弱的缘故。中层来自飑线后部的入流在图中也是很明显的。1雀暨t (UJ上图表示在垂直剖面上的Be和S混合比场。a图是相当位温场，它同上图所示的流场是一致的，上升气

7、流流线对应的是高值Be。后部下沉气流流线对应的是低值Be,B e沿流线并非常量。b图所示的混合比场同流场也是一致的，有一沿上升气流流线的湿舌向上和往后延伸，在 飑线后部的下沉气流区里，混合比是低值。不同开展阶段飑线的垂直速度结构在飑线开展的初期，上升运动仅限于低层，最大值在800hPa,相应在低层是辐合区。当飑线接近成熟阶段时，即在450 400hPa层迅速建立第二个最大中心，在半小时内由-26x 10-3 : hPa/ s 增加到-39 x 10-3 hPa/ s。2、后部建立型的飑线：发生在有明显的风向垂直切变环境中的飑线经常发生在西风带高空槽前。 通常由多单体风暴和超级单体风暴组成。这类

8、飑线的南端由于风的垂直切变型式有利于新对流的开展， 因而使飑线不断伸长。 而在飑线的北端， 老单 体不断衰亡，衍变成层状云，并沿高空风向东北方向延伸而形成大片砧云。这种飑线的特点是砧状云伸向飑线前方，而在飑线前方没有层状降水区。高空槽前的飑线常见特征:中层上升气流的逆切变倾斜， 低层暖湿空气入流和中层干冷空气入侵以及飑线前方低湿球位温的下沉气流等。构成分层倾斜上升气流的这层空气是位势不稳定的，这个现象称为 “潮湿的绝对不稳定层MAUL 。37. 简述飑线与锋面的异同点。【答案】:飑线与锋面都是冷暖空气的分界面。 但飑线和冷锋有明显的区别， 首先， 锋面是气团的分界 面，而飑线那么是同一气团中形

9、成的中系统；其次，从要素变化的剧烈程度来看，飑线比锋面更为剧烈；再其次，飚线是中尺度系统，其长度一般只有二三百千米，生命期约十几小时， 而锋面是大尺度系统，其长度可延伸达千数千米，生命期可达几天。因此， 飑线既与锋面相像，但又不全像，故有假伪冷锋之称。自由大气的重力波研究意义: 重力波是大气中的根本波动之一， 也是最简单和最根本的中尺度运动之一。 它们可能起到触发对流性风暴、 传输能量和动量等重要作用， 特别是大振幅的重力波会对天气产 生很大的影响。定义:一般把由于外部条件作用下方能存在的重力波称为重力外波，而把在外部条件被限制如上下边界固定时，存在于流体内部的重力波称为重力内波。重力波是静力

10、稳定大气受到扰动后产生的振荡的传播重力振荡即浮力振荡，重力波即浮力波可产生重力波的系统多种多样:.暖平流导致产生气体膨胀使质点产生位移产生重力波.锋面抬升、大气中的辐合辐散场、背风波、风速的垂直切变、上下空急流的质量调整等性质：重力波是一种横波，质点振动方向与波的传播方向垂直，当这类波动水平传播时，空 气质点做上、下移动。背风波也是一种重力波，有固定发生源。重力波的类型：的獰亍沖ilt上呱只if地面辰.旨奄于5沁0确皿的罰嘗与强降水相联系的重力波一般是振幅较大，存在时间较长的重力波。观测方法：微压计：10卩bar以下、卫星、雷达、气象飞机、声学探测法典型的对流层中尺度重力波包括大振幅的不规那么

11、型和振幅较小的较规那么型。 重力波产生的天气条件、逆温层或稳定层存在明显的风速垂直切变Ri0.5，Ri越小重力波振幅越大。重力波的作用 可触发对流 可引起CAT(clearair turblenee)晴空湍流 上下空能量传输 不同尺度能量交换电施 扫逾Ml呛方祎圧Im侍割.阿床鴨为的药前吃41 1洩结札:小也圏(UcceNini 和 Koch96T)重力波的特点 气压场与涡度场同位相，高压对应反气旋中心，低压对应气旋中心； 涡度与散度中心位相差n /2，气压场与散度场也相差n /2; 垂直运动与散度同位相上升运动区t辐合区，下沉运动区t辐散区 上升运动区一般为降水区。于是，高压移向辐合区，低压

12、移向辐散区，扰动沿气流方向传播。 如果大气是对流不稳定的, 那么在重力波槽通过之后，即在上升运动区重力波对对流天气的作用1重力波出现在对流天气开展之前，触发机制的作用。2、当已经产生的对流区有重力波通过时，对流强度会出现周期性变化。在波槽后，对流发 展，最强对流活动出现在波脊处，当下一个波槽接近时，对流强度减弱，以后当另一个波脊接近时，对流又重新加强。在锋面气旋、登陆台风以及低空急流等许多系统中，都经常有中尺度重力波活动，它们与暴 雨有着密切的关系。重力波的作用：?使一般降水区位于低压环流的后部，与高压环流的前部。 重力波的发生开展1 1 -凤的肛R七成立条件*逻“呃中啊I机易发宅乖力波当垂直

13、风切变较小时，即里查森数较大时，小扰动不随时间指数增长，即根本气流对小扰动 是稳定的，其能量转换过程与根本气流为常数时的情况是一样的。当垂直风切变较大时，即里查森数较大时，小扰动随时间指数增长，即重力波将会从根本气流中获取能量而发生不稳 定增长。对流层顶折叠就是平流层空气被挤进对流层中层有时 700-800hPa的过程。d曲a由上图分析：高层锋区对流层顶的折叠高空锋区具有中尺度特征平流层的物质可通过锋区向对流层输送高层锋区往往与高空急流相伴急流是指一条强而窄的准水平气流带。出现在对流层下部 700hPa上下的急流称为低空急流。在对流层上部存在的急流，一般称其为高空急流，其具体强度标准一般是规定

14、急流中心最大 风速在对流层的上部必须大于或等于30m/s,风速水平切变量级为每100km 5m/s，垂直切变量级为每千米5-10m/s。对流层上部的急流，根据其性质与结构的不同可分为极锋急流，副热带西风急流和热带东 风急流。在平直西风的急流两侧，内摩擦的侧向混合作用使轴两侧的空气获得正的加速度，这两处的实际风速比没有考虑内摩擦作用时的地转风要大，地转偏向力相应加大， 在急流轴两侧就产生了与气压梯度方向相反的偏差风。而在急流轴上内摩擦的侧向混合作用使实际风减小，小于地转风，地转偏向力相应减小， 就产生了与气压梯度方向相同的偏差风。从急流轴的两侧偏差风分布可以看出，在 急流轴的左侧有偏差风辐合，右

15、侧有偏差风辐散。如果急流附近的流线曲率都很大，那么偏差风就更大了。在高空急流的右前方易产生强降水其原因与强的非地转辐散有关。2上下空急流的耦合大尺度低空急流与扰动相联系 低牢急流M的低空急流就工股所说的低空总流，中心侖度在850 700hPaffi近 维持时闾较E 口变化较小. 它的形咸9/A系统的开展柑联系，Browning 等宦义的腸输送帯就属F这类低空急边界层急流笈生枉大吒边界层内，垂口切变强，但氷平切 变弱，而且有明显H变化.峪对流层低层的祈星尺度条统相联痰的唯本弋 淤.如东亚大陆显季溜荷的西南低空急流就構 于此类.它是与李肯相联系并随李仃而移动的上下空急流耦合与强风暴和暴雨的作用 垂

16、直环流与低空急流的形成?急流区的质量调整易产生低空急流?特别在急流的左前侧强风暴易发生在低空急流的左前侧，高空急流的右后侧。中尺度孤立对流系统中尺度对流系统(MCS):欄平曲为10-2000*左右的具有旺盛讨盘运动的天莅系雉.孤亜对流系统()中尺度对流系统带状对流系统(中尺度对流复合体(MCC )孤立对流系统：以个别单体雷暴、小的雷暴单体群以及某些简单的飑线等形式存在的范围相 对较小的对流系统。 较大、较复杂的对流系统，如飑线、中尺度对流复合体等都是由个别孤立对流系统组成的。挖卷凤晟对流单体：强上升区垂直速度?10m/s,水平范围十至数十千米，垂直伸展几乎达整个对 流层 称为一个对流单体。雷暴

17、： 伴有强烈放电现象的对流系统称为雷暴。thunderstorm单体雷暴： 只由一个对流单体构成的雷暴系统叫做单体雷暴,也称为普通单体雷暴。 普通雷暴： 以一般常见的闪电、雷鸣、阵风、阵雨为根本天气特征的雷暴称为普通雷暴。强雷暴： 伴以强风、大雹、龙卷等剧烈灾害性天气现象的雷暴称为“强雷暴 。 普通雷暴又有单体雷暴和雷暴群之分。单体雷暴的开展经历塔状积云、成熟和消散阶段 每个阶段的主要特征的差异表现在云内的垂直气流、温度和物态等几个方面 塔状积云： 云内为一致的上升运动,云内温度高于云外,根本在 0 摄氏度以上, 物态只要为 水滴。成熟阶段： 上升气流变得更强盛, 上升气流最强盛处的云顶出现上

18、冲锋突, 同时,降水开始 发生, 并由于降水质点对空气的拖拽作用, 在对流单体的下部产生下沉气流。 雨滴蒸发使空 气冷却, 下沉气流受负浮力作用而被加速。 当下沉气流到达地面时形成冷丘和水平外流, 其 前沿形成阵风峰。 云体中上层的温度到达 0 摄氏度以下, 云中物态有。 水滴、过冷水、 雪花、 冰晶以及霰。雹等固态降水物。消散阶段： 云内下沉气流逐渐占有优势, 最后下沉气流完全替换了上升气流, 云内温度低于 环境,最后云体逐渐消散。雷暴系统的特点生命史： 30-50min 移动路径：一般随最低 5 8km 高度的环境平均风移动。伴随天气：阵风、阵雨、小雹,时间一般十分短暂38. 强雷爆发生、

19、开展的有利因子有哪些？ 【答案】：强雷爆发生、开展的有利因子是逆温层,前倾槽,低层有辅合,高层有辐散,存在高、低空 急流,中小系统的配合等。多单体风暴： 是由一些处于不同开展阶段的生命期短暂的对流单体所组成的,是具有统一环流的雷暴系统。特点： 在多单体风暴中包含很多对流单体, 每个单体可能都有冷的外流, 这些外流结合起来 形成了大的阵风锋。 沿阵风锋的前沿有气流辐合。 通常在风暴移动方向上辐合最强。 这种辐 合促使沿阵风锋附近新的上升气流开展。然后每个新生对流单体又经历其自身的开展过程。风暴移动方向：?每个个别单体大致沿平均风方向移动?特殊情况：1 个别单体向平均风左侧传播2个别单体向平均风右

20、侧传播3个别单体随环境风传播 多单体风暴的天气：?在阵风锋附近可发生生命期短暂的龙卷，强上升区附近可能产生冰雹。风暴移动较慢时，可造成局地暴雨和洪水36.什么叫多单体风暴？简述段单体风暴的主要特点。【答案】：多单体风暴是指多个开展阶段不同的单体组成得强雷暴集合体。其特点是：多个不同阶段的单体在风暴内横向排列，不断在雷暴集合体前侧发生，后部消亡，使风暴宛如一个整体向前运动。他的平均尺度约 30s 50km,垂直伸展能达整个对流层，有的还能穿入平流层几千米。 虽然组成风暴的每个单体生命周期不长，但通过单体的连续更替， 整个风暴可以存在很长的时间。超级单体风暴：指直径达20 一 40km以上生命期达

21、数小时以上，即比普通的成熟单体 雷暴更巨大、更持久、天气更猛烈的单体强雷暴系统。它具有一个近于稳定的、高度有组织 的内部环流。并且连续地向前传播，其移动路程达数百千米。在雷达观测上超级单体有以下明显特征：1在RHI距离一高度显示器上有穹隆无或弱回波区、前悬回波和回波墙等特征；2在PPI平面位监显 示器 上有“钩状回波。穹隆：风暴中强上升气流所在处。该处的上升气流速度可达25-40m/s以上。由于上升速度强，水滴常常尚未来得及增长便被携出上升气流，因此而形成弱或无回波区。穹隆有时呈现为圆锥形的弱回波区，称为有界弱回波区BWER，它可以伸展到整个风暴的一半到三分之二的厚度。当出现BWER结构时，一

22、般指示在强上升气流中有围绕垂直轴的强烈旋转存在。弱回波区附近的强回波柱是强下沉气流所在处。这里下沉气流的强度可达与上升气流相同的量级。强降水雨、雹都发生在这里。在弱回波区与强回波住之间反射率梯度很大的地区称为回波墙。在弱回波区上方的向前伸展的强回波区称为前悬回波，是风暴云的砧部。它包含有大量的雹胚，所以也称为胚胎帘，它可以为冰雹的生长提供丰富的雹胚。32说明超级单体风暴的雷达回波特征和形成的环境条件。【答案】：典型的超级单体有以下主要特征： 在风暴移动的右边有一个持续的有界弱回波区BWER，在RHI距离高度显示器上有穹窿，它的水平尺度510km ,弱毁波区经常呈园锥形， 伸展到整个风暴的一半到

23、三分之服的 高度，穹窿是风暴强上升气流处，上升速度达2540m/s，由于上升气流强，水滴尚未来得及增长便被携带到高空，形成弱回波区。 在平面上，超级单体是一个单一的细胞状结构，其外形呈圆到椭圆形。它的水平特征尺度2030km，垂直伸展 1215km。 最强的回波位于 BWER的左边，在紧靠 BWER的一侧有夹杂大冰雹的降水。 风暴中存在从中心向下游伸展的大片卷云羽，长度达60150km。与其相伴的是 100300km的可见云砧。超级单体风暴的特征：外观呈圆或椭圆形，云体高大，水平尺度20-40km以上，垂直伸展12-15km以上，云顶表现为庞大而平滑的圆顶状， 这是活泼稳态风暴的特征， 说明云

24、中上升气流随时间变化不明显。 超级单体天气：地面强风、大雹、龙卷等灾害性天气均由这类天气产生。产生龙卷的强风暴系统称为龙卷风暴tornadicstorm，这种风暴云十分高大并有明显的旋转 性，通常是一种超级单体风暴，不过也有非超级单体龙卷风暴。第六章锋面气旋及台风附近的中尺度雨带1、锋面气旋附近的降水区天气尺度降水区中有中尺度降水区，中尺度降水区中有小尺度降水区存在。天气尺度降水大尺度倾斜上升造成中尺度降水中尺度环流造成小尺度降水由小尺度对流单体造成表 2申尺度雨箱蛰峥类根菇Hob吗LOTS度所伴龍悅it及走向代号U 型对流层_L的对流崔 雨带1 km平萨于卿锋存弭锋卜戴磅锋前同上平衍于越血勺

25、崙空冷怪井柜我壊前方眇宜的拎僅用爭同上平冇于描底的地血衿铐在戻垢 力或跨庄其L层的对浇kt电的挣禅折皓ostaticstable靜力稳定=0neutural中性0staticinstable静力不稳定气块受到扰动，假设气块受到回复力又回到初始位置，那么称为静力或重力稳定的；反之假设气块加速离开初始位置，那么称为静力重力不稳定的；而如果气块能在新位置上又到达平衡，那么称为中性的。条件性不稳定对流不稳定对干空气是静力稳定的，但对饱和湿空气是静力不稳定的，这种不稳定性称为条件性不稳 定。判据0,稳定0,中性0,不稳定对流性稳定度对流天气一般发生在条件性不稳定的情况下。但有时在上干下湿的稳定的层结丫丫

26、 s的条件下，如果有较大的抬升运动，也可能产生对流天气。在这种情况下，可以发现 原先为稳定的层结经过抬升 后变成条件性不稳定的了。般把气层被整层抬升到达饱和时的不稳定度称为对流性稳定度。不管气层原先的层结性气温垂直递减率如何，在其被抬升到达饱和后，如果是稳定的，称为对流性稳定的， 如果是不稳定的，那么称为对流性不稳定的，如果中性的，那么称为对流性中性的。其判据可写0se 或 e 0 z z0对流性稳定对流性中性 13对流性不稳定条件性不稳定和对流性不稳定是一种潜在的不稳定，所以也称为位势或潜在不稳定。很多强对流天气过程都发生在位势不稳定的情况下。而且，位势不稳定度愈大，对流天气愈强。第二类条件

27、性不稳定定义CISK:小尺度的积云对流与大尺度流场通过相互作用相辅相成得到开展，这种不稳定增长机制成为第二类条件性不稳定物理解释:当低层的大尺度流场具有气旋性涡度时，由于边界层摩擦Ekman抽吸作用辐合，为积云对流提供了必须的水汽辐合和上升运动，上升运动导致小尺度积云对流凝结潜热释放而加热大气，此加热反过来促进了低层大尺度流场的辐合进一步加强，同时高层反气旋环流加强，使上升运动加速，两者作用有又使低层摩擦辐合加强，循环往复正反应使积云对 流不断加强。用CISK可解释台风、MCC、爆发性气旋极地低压的形成。CISK机制的运转，首先要求洋面上要有一个低压扰动，进而通过流体边界层的摩擦作用，使洋面上

28、湿热的水蒸气源源不断地被其吸收，并流入这个低压扰动系统。由于这个低压扰动中的空气较为湿热，于是空气开始膨胀抬升。以上过程在气象学中叫做艾克曼抽吸。当暖空气上升到高空时， 周围环境已经变冷，于是暖空气便凝结或凝华为小水珠或小冰晶， 也就成了云。这就是积云对流的形成。积云对流是热带气旋生成比拟重要的一环。我们知道，凝固或凝华的结果是放热。这使得积云对流在对流层中部释放出潜热，这便是热带气旋形成暖核的根本原因。积云对流释放的潜热使低压中心的温度大幅升高，从而使得低压扰动的高层等压面抬高。 于是，低压扰动的高层便产生了高气压。高气压的空气是向外流的，也即辐散流出，流出之后，低压扰动的空气就变得更稀薄，气压变得更低，致使辐合流入更大。就这样，积云对流与低压环流之间形成了正反应，再加上角动量守恒时气旋性环流增强角动量守恒涉及到高等数学，本人无法解释，热带气旋就形成了。波动型第二类条件性不稳定由重力波引起的CISK过程称为波动型第二类条件性不稳定 具体