暴雨过程发生发展条件天气学分析

1、暴雨发生发展的天气学条件分 析一一 前前 言言 气候：中国处在东亚季风区中，属于亚热带气候，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。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。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，地理：中国处在太平洋西岸，南

2、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）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。的影响产生暴雨。 中国幅员辽阔，中国幅员辽阔， 每年夏季，随副热带高压每年夏季，随副热带高压的北上，自南向北都依次有多次暴雨过程发的北上，自南向北都依次有多次暴雨过程发生：生： 华南前汛期暴雨华南前汛期暴雨 长江流域梅雨期暴雨长江流域梅雨期暴雨 中国北方暴雨中国北方暴雨 台风暴雨台风暴雨 暴雨过程的发生，一般是具有的特点：暴雨过程的发生，一般是具有的特点： 突发性突发性 区域性区域性 破坏性破坏性 多种灾害并存（强对流、冰雹、大风等）多种灾害并存（强对流、冰雹、大风等） 次生灾害

3、频发（洪涝、城市积渍、山体滑次生灾害频发（洪涝、城市积渍、山体滑坡、泥石流、水库和江河堤坝失事等）坡、泥石流、水库和江河堤坝失事等） 所以，暴雨过程多，破坏性强，对国民经所以，暴雨过程多，破坏性强，对国民经 济和人民生命财产威胁大。济和人民生命财产威胁大。 仅举长江流域为例：仅举长江流域为例： 在解放后就发生过数次特大洪水，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，汉口街道年，发生了全流域性的大洪水，汉口街道上可以自由行船。上可以自由行船。 1991年，发生了长江中下游特大洪水。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。年，发生了长江中游特大

4、洪水。 1998年，发生了全流域性特大洪水，有百万抗年，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。洪大军，严守在荆江大堤上。 尤其是尤其是78.8河南板桥水库失事，京广铁路中断河南板桥水库失事，京广铁路中断一月余，死亡人数超过一月余，死亡人数超过3大战死亡人数之和。大战死亡人数之和。 历年的暴雨都在不同程度上产生洪水、滑坡和泥石历年的暴雨都在不同程度上产生洪水、滑坡和泥石流，造成的损失远远超过了其他自然灾害，暴雨灾流，造成的损失远远超过了其他自然灾害，暴雨灾害居多种自然灾害之首。害居多种自然灾害之首。 国际暴雨预报研究主要是从国际暴雨预报研究主要是从50 年代开始，年代开始，我

5、国系统的暴雨预报研究是从河南我国系统的暴雨预报研究是从河南75.8暴暴雨开始，比国际上要晚雨开始，比国际上要晚20年，但我国目前年，但我国目前的暴雨预报水平，居国际先进水平之列。的暴雨预报水平，居国际先进水平之列。 随着计算机的应用，数值天气预报蓬勃发随着计算机的应用，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。究取得了很多的研究成果。这些成果主要这些成果主要表现在暴雨过程预报方面。表现在暴雨过程预报方面。我想我们大家我想我们大家都有体会，对暴雨过程而言，其预报成功都有体会，对暴雨过程而言，其预报成功率很高，而失误率却较低，

6、这在率很高，而失误率却较低，这在80年代前年代前是办不到的。是办不到的。 另一方面，暴雨单点预报水平较高的是日另一方面，暴雨单点预报水平较高的是日本，其次是中国、美国，其准确率也只不本，其次是中国、美国，其准确率也只不过是在过是在30-40%左右，暴雨预报没有取得突左右，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。识和单点暴雨预报方面。就连暴雨（天气、就连暴雨（天气、气候）概念都是人为的概念。气候）概念都是人为的概念。 暴雨预报自古以来都是难题；有谁敢说自暴雨预报自古以来都是难题；有谁敢说自己己“会报暴雨会报暴雨”？有谁能确保

7、自己的暴雨？有谁能确保自己的暴雨预报准确率每年都一定有提高？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。展，这给我们的研究提供了的空间和机遇。 暴雨预报没有取得突破性的进展重要暴雨预报没有取得突破性的进展重要的原因的原因： 气象资料密度不够的问题气象资料密度不够的问题 为什么？请看：为什么？请看： 为了解决暴雨资料密度不足的问题，采为了解决暴雨资料密度不足的问题，采取了很多的措施：取了很多的措施： 比如，数值预报加密网格；比如，数值预报加密网格； 气象部门和水文部门互通信息、气象部门和水文部门互通信

8、息、 交换资料；交换资料； 各省都建设很都得地面自动观测各省都建设很都得地面自动观测站等等。站等等。 但还没有突破暴雨预报所需要的基本但还没有突破暴雨预报所需要的基本资料密度。资料密度。 说道这里，可能大家要提出疑问了：说道这里，可能大家要提出疑问了： 我们不是还有可以看到各种尺度的卫星云图和雷达我们不是还有可以看到各种尺度的卫星云图和雷达资料吗？资料吗？ 云图由上向下探测，只能看到云顶的特征，云中、云图由上向下探测，只能看到云顶的特征，云中、云下也只能靠分析来完成。云下也只能靠分析来完成。 雷达是由下向上探测，而且，只有有降水发生时才雷达是由下向上探测，而且，只有有降水发生时才有降水回波，来

9、做短时外推的预报。有降水回波，来做短时外推的预报。 这两种资料只是我们做暴雨预报必不可少的资料之这两种资料只是我们做暴雨预报必不可少的资料之一，还不能说是我们需要资料的全部。即使我们在一，还不能说是我们需要资料的全部。即使我们在90年代的后期，增加一些地面自动观测站，弥补了年代的后期，增加一些地面自动观测站，弥补了资料密度不足的部分问题，也还不能完全了解暴雨资料密度不足的部分问题，也还不能完全了解暴雨的内部结构。的内部结构。 所以我说，暴雨预报还没有取得突破性的进展。所以我说，暴雨预报还没有取得突破性的进展。4 加强暴雨预报服务的必要性加强暴雨预报服务的必要性 比如：比如： 1982年年6月月

10、19日，武汉市降水日，武汉市降水298.5mm, 1983年年7月月34日，武汉市降水日，武汉市降水155.8mm, 市区积水长达市区积水长达8天，经济损失十分严重。天，经济损失十分严重。 1998年年7月月20-21日，武汉市降水日，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、湖库空大型箱涵、明渠、湖库3/4的库容，暴雨发生后的库容，暴雨发生后又加强抢排，又加强抢排，2天市内交通恢复正常，市区积水天市内交通恢复正常，市区积水时间缩短时间缩短46天天。 所以，暴雨预报和服务紧密结合，尤其是得到职所以，暴雨预报

11、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。能部门的支持，是当前减少暴雨损失关键。暴雨发生、发展条件暴雨发生、发展条件二、暴雨发生、发展条件二、暴雨发生、发展条件（一）降水量公式（一）降水量公式 我们知道，在降水过程中，大气密度变化得比较迟我们知道，在降水过程中，大气密度变化得比较迟钝，数值变化一般不大，降水量就主要是由三个要钝，数值变化一般不大，降水量就主要是由三个要素所决定的：素所决定的： 大气的低层水汽大气的低层水汽 大气的平均垂直速度大气的平均垂直速度 大气的降水生命期大气的降水生命期 大气的低层水汽、大气的平均垂直速度、大气的大气的低层水汽、大气的平均垂直速度、

12、大气的降水生命期是和降水量成正比的。那么，这个公式降水生命期是和降水量成正比的。那么，这个公式说明了什么呢？也就是说，我们从这个公式里，得说明了什么呢？也就是说，我们从这个公式里，得到什么样的启示呢？到什么样的启示呢？ （一）降水量公式（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。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；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大气的平均垂直运动可以把它理解为这个机器设备

13、的生产能力，大尺度系统的上升运动小，生产备的生产能力，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，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；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。然，机器运转时间越长，产量就越高。（一）降水量公式（一）降水量公式 这个降水量公式给我们提示了一条做暴雨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：分析和预报的一个思路： 1 要分析大气的水汽状态，尤其大气低层要

14、分析大气的水汽状态，尤其大气低层 的水汽特征；的水汽特征； 2 要分析大气的垂直运动状态；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。稳定，能否使降水天气维持。 （一）降水量公式：（一）降水量公式： 水汽、垂直运动、降水生命期是暴雨发生水汽、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不可少的三个因素，就是我们常说的暴雨三要素。三要素。 有的教科书和论文把水汽、垂直运动和大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。因为气稳定度作为暴雨三要素是不妥的。因为大气稳定度严

15、格的讲是属于上升运动的范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，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。忽视降水时间长短是不对的。 下面就让我们对这下面就让我们对这3要素逐一地进行讨论。要素逐一地进行讨论。（二）水汽（二）水汽 直观印象告诉我们：直观印象告诉我们： 降水是和气温高低成正比，降水是和气温高低成正比， 和气压高低成反比的。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考虑和认

16、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？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。下面我就讲一下水汽与温度和气压的关系。2 水汽与温度和气压的关系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。和气温成正比，而和气压成反比。 也就是说，也就是说，在绝热的情况下，凝结的水汽都与在绝热的情况下，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。气压的升高而

17、减小。 这个结论就清楚地反应出大气在一定气温和气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。压的状态下，所能够容纳的水汽量的问题。 它的实质：反应了它的实质：反应了 高温低气压高温低气压 空气中能含纳的水汽就多空气中能含纳的水汽就多 低温高气压低温高气压 空气中含纳的水汽就少空气中含纳的水汽就少 3 水汽与温度、气压关系的实质水汽与温度、气压关系的实质这就解释了为什么这就解释了为什么 R低纬低纬R高纬高纬 R夏季夏季R冬季冬季 R高地高地R低地低地所以有经验的预报员做暴雨预报时所以有经验的预报员做暴雨预报时这实质上是在考虑大气中的水汽含这实质上是在考虑大气中的

18、水汽含量多寡，所以，气温、气压也是认识水量多寡，所以，气温、气压也是认识水汽的重要物理量。汽的重要物理量。4 表示水汽的物理量表示水汽的物理量 饱和差：反应了大气的饱和程度。饱和差：反应了大气的饱和程度。 高温、低压高温、低压反应了大气中能够容纳的水汽较多，但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

19、，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。给出容器的大小和里面盛有多少水的物理量。4 表示水汽的物理量表示水汽的物理量比如说：比如说：一个小碗（低温高压），水汽输送充分，里面盛满水一个小碗（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。（饱和），但毕竟容量小，倒

20、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。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），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。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。强、

21、一小时最大雨强等一般是出现在盛夏季节。4 表示水汽的物理量表示水汽的物理量 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。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。可以表示大气的高温和高湿

22、特征。 饱和差一般要和假相当位温和湿静力总温度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。这两个反应大气温湿特征的物理量配合使用。4 表示水汽的物理量表示水汽的物理量水汽通量：水汽通量： 反应大气中水汽输送的物理量。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一般在潮湿的气柱中只含有6 g/cm2,即使即使是是cb的气柱中，其水汽全部降落到地面，也的气柱中，其水汽全部降落到地面，也只有只有5060mm的降水量且只需要的降水量且只需要1小时时间小时时间就可以下完。本地的蒸发量一天顶多就可以下完。本地的蒸发量一天顶多5mm，10多天蒸发的水汽仅供下多天蒸

23、发的水汽仅供下1小时。小时。 在夏季，在夏季，100、200、300mm的降水是很多的降水是很多见的。见的。4 表示水汽的物理量表示水汽的物理量 98.7 武汉鹦鹉洲武汉鹦鹉洲 24小时小时 606mm 63.8 邯郸邯郸 9天天 1033.9mm 75.8 河南河南 3天天 1631mm 1天天 1060mm 水汽是从哪里来得呢？靠水汽输送。所以水汽是从哪里来得呢？靠水汽输送。所以水汽输送在暴雨预报中是非常重要的。一般水汽输送在暴雨预报中是非常重要的。一般来说，我国的水汽来源主要有来说，我国的水汽来源主要有3条路线，一条条路线，一条随东风来自西太平洋，一条随偏南风来自南随东风来自西太平洋，一

24、条随偏南风来自南海，另一条是随西南风来自孟加拉湾。海，另一条是随西南风来自孟加拉湾。4 表示水汽的物理量表示水汽的物理量 水汽通量是风速和比湿的乘积，是与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，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，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、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，无阻挡，有时来得又快又猛，24小时内小时内就

25、有可能引发暴雨。就有可能引发暴雨。4 表示水汽的物理量表示水汽的物理量 水汽通量散度：水汽通量散度： 反应大气中水汽聚集和消耗的物理量。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。报中具有十分重要的意义。4 表示水汽的物理量表示水汽的物理量 水汽通量是水汽在空中流动的概念，就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，流往什通道的形状，水汽是

26、从何处流来，流往什么地方去，流来流走，数值的大小都还不么地方去，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。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。有降水发生的物理量。4 表示水汽的物理量表示水汽的物理量暴雨过程水汽的输送和水汽辐和特征：暴雨过程水汽的输送和水汽辐和特征： 水汽回流型水汽回流型 西南急流型西南急流型 低涡上旋低涡上旋 低涡下旋低

27、涡下旋 切变线切变线 下面我们看几个例子下面我们看几个例子4 表示水汽的物理量表示水汽的物理量 回流暴雨的发生，必须具备近地层（回流暴雨的发生，必须具备近地层（1000米以下的冷空气内）有一支超低空急流，另米以下的冷空气内）有一支超低空急流，另外，在冷空气上面一定也有一支强的西南风外，在冷空气上面一定也有一支强的西南风暖湿急流存在，否则，超低空急流在稳定的暖湿急流存在，否则，超低空急流在稳定的空气中仅仅靠地形强迫抬升，不足以造成很空气中仅仅靠地形强迫抬升，不足以造成很强的潜热释放形成风场水汽辐和的，只有触强的潜热释放形成风场水汽辐和的，只有触动冷空气上方不稳定的暖湿空气后，才能出动冷空气上方不

28、稳定的暖湿空气后，才能出现强烈的潜热释放，低层得以降高，形成风现强烈的潜热释放，低层得以降高，形成风场水汽辐和，也得到由南向北水汽平流辐和场水汽辐和，也得到由南向北水汽平流辐和的补充，暴雨才可能发生。的补充，暴雨才可能发生。4 表示水汽的物理量表示水汽的物理量 这种类型的水汽辐和引发的暴雨，在我国长江流这种类型的水汽辐和引发的暴雨，在我国长江流域及以南地区并不多见，但在我国华北，北面是燕域及以南地区并不多见，但在我国华北，北面是燕山山脉，西面是太行山山脉，冷空气从贝加尔湖南山山脉，西面是太行山山脉，冷空气从贝加尔湖南下，越过燕山后在地面层堆积往往形成高压，高压下，越过燕山后在地面层堆积往往形成

29、高压，高压的底部出现较强的偏东风，将渤海、黄海的水汽向的底部出现较强的偏东风，将渤海、黄海的水汽向陆地输送，遇到太行山的阻挡上升与上层（陆地输送，遇到太行山的阻挡上升与上层（850-700hpa）依然是以偏西风的暖湿气流合并，再向）依然是以偏西风的暖湿气流合并，再向东输送，形成回流，引发暴雨，是一种典型的北方东输送，形成回流，引发暴雨，是一种典型的北方暴雨天气类型。这种类型的暴雨过程的特征比较明暴雨天气类型。这种类型的暴雨过程的特征比较明显，因为低层超低空急流和上层的暖湿急流的结合显，因为低层超低空急流和上层的暖湿急流的结合点正是水汽辐和中心，同时水汽的辐和上升释放潜点正是水汽辐和中心，同时水

30、汽的辐和上升释放潜热，会使低层降高，生成低压，也是风场水汽辐和热，会使低层降高，生成低压，也是风场水汽辐和中心，只要抓住水汽辐和中心（低涡）的移动就可中心，只要抓住水汽辐和中心（低涡）的移动就可以预报下游的暴雨过程。以预报下游的暴雨过程。4 表示水汽的物理量表示水汽的物理量 西南急流类几种暴雨水汽输送和水汽辐和西南急流类几种暴雨水汽输送和水汽辐和的共同特征的共同特征： 在副热带外围有一支西南急流，将孟加拉在副热带外围有一支西南急流，将孟加拉湾和南海的水汽源源不断向长江流域输送，湾和南海的水汽源源不断向长江流域输送，造成长江以南大面积增湿增暖。造成长江以南大面积增湿增暖。4 表示水汽的物理量表示

31、水汽的物理量 西南急流之低涡上旋型：西南急流之低涡上旋型： 在副热带外围有一支西南急流，将孟加在副热带外围有一支西南急流，将孟加拉湾和南海的水汽源源不断向长江流域输拉湾和南海的水汽源源不断向长江流域输送，造成长江以南大面积增湿增暖。送，造成长江以南大面积增湿增暖。 暴雨区的水汽辐和是由西南急流南风分暴雨区的水汽辐和是由西南急流南风分量产生水汽平流和地面气旋性绕流上旋到量产生水汽平流和地面气旋性绕流上旋到700hpa的低涡产生的水汽风场共同完成。的低涡产生的水汽风场共同完成。4 表示水汽的物理量表示水汽的物理量 西南急流之低涡下旋型：西南急流之低涡下旋型： 暴雨区的水汽辐和是由西南急流南风分量产

32、暴雨区的水汽辐和是由西南急流南风分量产生水汽平流和生水汽平流和500hpa低涡下高原后下旋到低涡下高原后下旋到700hpa的低涡产生的水汽风场共同完成。的低涡产生的水汽风场共同完成。 西南急流之切变线型：西南急流之切变线型： 暴雨区的水汽辐和是由西南急流南风分量产暴雨区的水汽辐和是由西南急流南风分量产生水汽平流和生水汽平流和700hpa的切变线产生的水汽风的切变线产生的水汽风场共同完成。场共同完成。 4 表示水汽的物理量表示水汽的物理量 暴雨过程的水汽暴雨过程的水汽基本条件基本条件:大海（水汽源）大海（水汽源） 特殊条件：特殊条件： 增湿增暖区水汽不均匀，与风场水汽辐和合并。增湿增暖区水汽不均

33、匀，与风场水汽辐和合并。 4 表示水汽的物理量表示水汽的物理量 单站大风单站大风 二支急流二支急流 大片急流大风区大片急流大风区 这些大风特征造成风场的十分不均匀，非常有这些大风特征造成风场的十分不均匀，非常有利水汽风场辐和特别强，同时可以造成其北侧正利水汽风场辐和特别强，同时可以造成其北侧正涡度的强烈发展。涡度的强烈发展。我们是不是可以把大风的这些我们是不是可以把大风的这些现象都定义为中尺度大风和中间尺度大风的概念现象都定义为中尺度大风和中间尺度大风的概念呢？尤其在大暴雨和特大暴雨过程中，这三种大呢？尤其在大暴雨和特大暴雨过程中，这三种大风出现的几率非常高，我在湖北暴雨的研究中，风出现的几率

34、非常高，我在湖北暴雨的研究中，把这三种大风的情况就都定义为中尺度急流。把这三种大风的情况就都定义为中尺度急流。 4 表示水汽的物理量表示水汽的物理量 讲到这里，大家会产生一个疑问：单站讲到这里，大家会产生一个疑问：单站大风是中尺度和是中间尺度的，可以理解。大风是中尺度和是中间尺度的，可以理解。而从重庆到武汉的急流和江南大片大风也而从重庆到武汉的急流和江南大片大风也是中尺度的吗？就不好理解了。是中尺度的吗？就不好理解了。 这主要是根据中尺度急流的生成特这主要是根据中尺度急流的生成特点来确定它的性质和定义的。点来确定它的性质和定义的。4 表示水汽的物理量表示水汽的物理量 中尺度急流的生成环境有三个

35、条件：中尺度急流的生成环境有三个条件： 1 在饱和湿空气中在饱和湿空气中 2 对流不稳定区中对流不稳定区中 3 在上升运动区中在上升运动区中 简单地说：中间尺度急流的生成是由于简单地说：中间尺度急流的生成是由于对流不稳定的饱和湿空气在上升的过程对流不稳定的饱和湿空气在上升的过程中可以获得加速的结果。中可以获得加速的结果。4 表示水汽的物理量表示水汽的物理量 既然单站在这样的原理下可以出现大既然单站在这样的原理下可以出现大风，为什么它的上游、下游同样也是饱和风，为什么它的上游、下游同样也是饱和湿空气，也处在对流不稳定的层结中、在湿空气，也处在对流不稳定的层结中、在上升状态时就不能出现大风呢？上升

36、状态时就不能出现大风呢？ 出现出现2支急流支急流,就可以认为是中尺度急流就可以认为是中尺度急流连成一线。连成一线。 出现大片急流大风不也可以认为是中出现大片急流大风不也可以认为是中尺度急流连成了一片吗？尺度急流连成了一片吗？ 所以我认为这三种大风都可以定义为所以我认为这三种大风都可以定义为中尺度急流。中尺度急流。4 表示水汽的物理量表示水汽的物理量暴雨的水汽输送，原则上分为两步：暴雨的水汽输送，原则上分为两步：副高外围的天气尺度急流，其作用是把海副高外围的天气尺度急流，其作用是把海洋上得水汽源源不断地向内陆输送，结果洋上得水汽源源不断地向内陆输送，结果是是造成陆地上大面积增湿增暖。造成陆地上大

37、面积增湿增暖。12 在饱和不稳定的上升运动区中，生成在饱和不稳定的上升运动区中，生成中尺度急流，其作用一方面加强湿空气的中尺度急流，其作用一方面加强湿空气的辐和，另一方面将辐和的水汽向暴雨区输辐和，另一方面将辐和的水汽向暴雨区输送，在其下游造成暴雨送，在其下游造成暴雨。暴雨区直接的水暴雨区直接的水汽输送一般是由中出度急流来实现的。汽输送一般是由中出度急流来实现的。（三）上升运动（三）上升运动引发引发合并合并1 现象现象 这种现象就是我们预报员在暴雨预报过这种现象就是我们预报员在暴雨预报过程中已经认识到的规律，即暴雨是中尺度天程中已经认识到的规律，即暴雨是中尺度天气现象，但其发生却是多种尺度相结

38、合的产气现象，但其发生却是多种尺度相结合的产物。物。 这是因为中尺度系统是在大尺度天气背这是因为中尺度系统是在大尺度天气背景下发生的，没有有利的大尺度系统天气背景下发生的，没有有利的大尺度系统天气背景，中尺度系统也不可能得到发展和加强。景，中尺度系统也不可能得到发展和加强。 因此，我们在研究暴雨的时候，必须分因此，我们在研究暴雨的时候，必须分析清楚大尺度的天气背景和暴雨的直接中尺析清楚大尺度的天气背景和暴雨的直接中尺度影响系统，并对其上升运动进行诊断。度影响系统，并对其上升运动进行诊断。2 上升运动的诊断分析上升运动的诊断分析 我们知道：上升运动迄今为止无法直接我们知道：上升运动迄今为止无法直

39、接测量，一般都是基于其他观测的物理量资测量，一般都是基于其他观测的物理量资料，通过诊断分析而得。因此能否较好地料，通过诊断分析而得。因此能否较好地描述垂直运动，对其诊断方法的先进与否，描述垂直运动，对其诊断方法的先进与否，将显得尤为重要。将显得尤为重要。 下面我介绍几种传统的诊断方法。下面我介绍几种传统的诊断方法。2 上升运动的诊断分析上升运动的诊断分析 方程的这两项（方程前两项）告诉方程的这两项（方程前两项）告诉我们：大气中得垂直运动可以认为是由我们：大气中得垂直运动可以认为是由温度平流的拉普拉斯和绝对涡度的差动温度平流的拉普拉斯和绝对涡度的差动项强迫产生的。项强迫产生的。 当这两项的符号相

40、反时，很难定性判当这两项的符号相反时，很难定性判断垂直运动的方向，并且，这两项之间断垂直运动的方向，并且，这两项之间还存在部分抵消效应，在分别计算两项还存在部分抵消效应，在分别计算两项强迫的垂直运动时，也会得出不正确的强迫的垂直运动时，也会得出不正确的结果。结果。 2 上升运动的诊断分析上升运动的诊断分析 准地转准地转方程和半地转的二维次级环流方方程和半地转的二维次级环流方程可以描述中高纬度大气的许多基本结构。在程可以描述中高纬度大气的许多基本结构。在中、高纬度天气系统的诊断分析和早期数值预中、高纬度天气系统的诊断分析和早期数值预报中得到了广泛的应用。但它报中得到了广泛的应用。但它 温度平流和

41、涡度平流差动两项是有相关部温度平流和涡度平流差动两项是有相关部分的，计算结果是不科学、也不准确的。分的，计算结果是不科学、也不准确的。 潜热作用往往大于平流强迫成为主要项，潜热作用往往大于平流强迫成为主要项，而潜热与待诊断的而潜热与待诊断的同时发生，很难预先给出同时发生，很难预先给出来，强降水发生前来，强降水发生前很难作出诊断。很难作出诊断。 地面的摩擦不便描述。地面的摩擦不便描述。 因此，在因此，在8080年代一般做定性的分析使用。年代一般做定性的分析使用。 2 上升运动的诊断分析上升运动的诊断分析 后来，在后来，在70年代，有人修改了传统的准地转年代，有人修改了传统的准地转方程的某些缺陷，

42、把它写成方程的某些缺陷，把它写成准地转的矢量形式准地转的矢量形式的的方程，并将平流强迫函数组成准地转方程，并将平流强迫函数组成准地转矢量矢量散度的形式，散度的形式，这套方程对中高纬度准地转的天气这套方程对中高纬度准地转的天气系统的发展作出更合理的表述和解释。同时，也系统的发展作出更合理的表述和解释。同时，也在暴雨分析中得到了广泛的应用。在暴雨分析中得到了广泛的应用。其原理在业务其原理在业务气象学中事实上已经成为从模式产品估计垂直运气象学中事实上已经成为从模式产品估计垂直运动的基础。动的基础。 其表达式为：其表达式为： 2 上升运动的诊断分析上升运动的诊断分析 准地转的矢量形式的准地转的矢量形式

43、的方程的优点，是方程的优点，是预预先剔除了先剔除了温度平流和涡度平流差动两项之间相抵温度平流和涡度平流差动两项之间相抵部分，对中高纬度天气系统的发展作出更合理的部分，对中高纬度天气系统的发展作出更合理的表述和解释。但是在暴雨诊断中：表述和解释。但是在暴雨诊断中： 它不能很好的解决与待诊断的它不能很好的解决与待诊断的同时发生、同时发生、在强降水中成为主要项的潜热作用对上升运动的在强降水中成为主要项的潜热作用对上升运动的贡献。贡献。 在暴雨天气中，风场具有显著的非地转特点，在暴雨天气中，风场具有显著的非地转特点，用用准地转的方法描述暴雨系统也是不确切的。准地转的方法描述暴雨系统也是不确切的。 虽然

44、这套方程在暴雨中得到广泛的实验和应虽然这套方程在暴雨中得到广泛的实验和应用，但仍然是很不理想的。用，但仍然是很不理想的。 2 上升运动的诊断分析上升运动的诊断分析 再后来，又有人针对暴雨系统风场显著的再后来，又有人针对暴雨系统风场显著的非地转特性，给出几种非地转的非地转特性，给出几种非地转的方程，但方程，但基本上都以平衡方程为运动的约束条件，对基本上都以平衡方程为运动的约束条件，对散度变化有过严的限制，也不符合暴雨系统散度变化有过严的限制，也不符合暴雨系统具有大散度变化的风场实际情况。具有大散度变化的风场实际情况。 因此，做暴雨系统的诊断还要研究与暴因此，做暴雨系统的诊断还要研究与暴雨系统相适

45、应的新的理论工具。雨系统相适应的新的理论工具。2 上升运动的诊断分析上升运动的诊断分析 1999年，中国气象局武汉暴雨所胡伯威年，中国气象局武汉暴雨所胡伯威教授推导出教授推导出一种适用于中国夏季暴雨系一种适用于中国夏季暴雨系统诊断的非地转矢量统诊断的非地转矢量方程。对前述方程。对前述的非地转的非地转方程有明显改进，经过实际暴方程有明显改进，经过实际暴雨预报中检验，有较好的效果。雨预报中检验，有较好的效果。 这篇论文发表在这篇论文发表在气象学报气象学报第第57卷第卷第4期上。期上。2 上升运动的诊断分析上升运动的诊断分析 方程即有地转项，也包含了重要的非地转项，方程即有地转项，也包含了重要的非地

46、转项，放宽了对散度风强度的控制，适合大散度变放宽了对散度风强度的控制，适合大散度变化暴雨系统的诊断；化暴雨系统的诊断； 把总体加热参数化方法加入边界层摩擦作用把总体加热参数化方法加入边界层摩擦作用中；中； 方程诊断限制用于低层，低层上升运动虽比方程诊断限制用于低层，低层上升运动虽比中上层弱，但它却是产生和维持强对流暴雨中上层弱，但它却是产生和维持强对流暴雨的关键；潜热主要在高层，对低层影响不突的关键；潜热主要在高层，对低层影响不突出，巧妙地回避了潜热对暴雨系统的诊断的出，巧妙地回避了潜热对暴雨系统的诊断的影响。影响。 2 上升运动的诊断分析上升运动的诊断分析 介绍介绍方程的改进过程，目的是以方

47、程的改进过程，目的是以方程为例，让大家了解做暴雨分析和预报，方程为例，让大家了解做暴雨分析和预报，不是依靠一个方法、一种工具就能解决的，不是依靠一个方法、一种工具就能解决的，而是要经过几代人的不断努力、逐步认识、而是要经过几代人的不断努力、逐步认识、逐步进步的过程。况且，迄今为止，也还逐步进步的过程。况且，迄今为止，也还没有一个真正能够全面表述暴雨系统的没有一个真正能够全面表述暴雨系统的方程。方程。2 上升运动的诊断分析上升运动的诊断分析 连续方程使用的前提条件，是空气连续方程使用的前提条件，是空气不可压缩的，它告诉我们：不可压缩的，它告诉我们： 在某层空气中有气流的辐和或辐散，在某层空气中有

48、气流的辐和或辐散，必然会有垂直运动的发生。必然会有垂直运动的发生。 用连续方程做暴雨分析和诊断，我用连续方程做暴雨分析和诊断，我们希望大气上层有空气的辐散，下层有们希望大气上层有空气的辐散，下层有空气的辐和，这样整个气柱为上升运动，空气的辐和，这样整个气柱为上升运动，有利暴雨天气的发生。有利暴雨天气的发生。2 上升运动的诊断分析上升运动的诊断分析 大气高层的辐散重点注意两个大气高层的辐散重点注意两个系统：系统： 1 南亚高压南亚高压 2 高空急流高空急流2 上升运动的诊断分析上升运动的诊断分析南亚高压：南亚高压： 南亚高压是指南亚高压是指100hpa等压面上的高压系等压面上的高压系统，它和副热

49、带高压类似，每年夏季都会统，它和副热带高压类似，每年夏季都会有一次向北半球的移动过程。一般在有一次向北半球的移动过程。一般在56月比较活跃，其中心可以到达我国青藏高月比较活跃，其中心可以到达我国青藏高原上，长江流域处在南亚高压脊（原上，长江流域处在南亚高压脊（100hpa东西风零线）附近，高空表现出辐散特征。东西风零线）附近，高空表现出辐散特征。 2 上升运动的诊断分析上升运动的诊断分析高空急流：高空急流：高空急流的显著特点是准地转的。高空急流的显著特点是准地转的。 sn入口入口出口出口高空急流一般是指高空急流一般是指200hpa等压面上有一条等压面上有一条36m/s 以上的大风带。最大大风的连线称为以上的大风带。最大大风的连线称为高空急流轴。最大风处称为高空急流中心。高空急流轴。最大风处称为高空急流中心。 我们选高空急流特殊的情况对高空我们选高空急流特殊的情况对高空急流各个区域做散度分析：急流各个区域做散度分析： 假设高空急流呈准直线、准纬向的假设高空急流呈准直线、准纬向的 k（曲率）