强对流天气的中尺度分析课件

1、强对流天气（中尺度）分析强对流天气的中尺度分析 杜 小 玲2013.10.29主要内容中尺度天气定义及特征强对流天气定义中尺度分析技术中尺度对流天气环境场条件分析中尺度过程分析中尺度分析技术在强对流天气预报中的应用天气系统按照空间、时间尺度可以划分为大尺度、中尺度、小尺度三类天气系统。气旋、反气旋、锋面、台风、高空槽（脊）-大尺度天气系统。水平尺度几百-几千km、生命史达一天-几天。雷暴、强雷暴、龙卷等空间尺度小、生命史较短的天气系统称为中小尺度天气系统。中尺度系统（中系统）的水平范围大约为十几km-二三百km，生命史约一小时-十几个小时。小尺度系统（小系统）的水平范围大约为几十米-十几km，

2、生命史只有几分钟-一小时。 Ligda(1951)最早提出“中尺度”概念，根据对降水系统进行雷达探测所积累的经验指出，有些降水系统太大以至不能由单站观测全，有些又太小以至即使区域天气图上也不能显现出现。他把具有这种尺度的系统称为“中尺度”系统。 定义：中尺度是时间尺度和水平空间尺度比常规探空网的时间密度小，但比积云单体的生命史及空间尺度大的一种尺度。即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。Orlanski（1975）根据时间和空间长度的尺度划分：小尺度系统：2km以下，如雷暴单体、龙卷、尘卷等大尺度系统：2000km以上、如气旋、反气旋、锋面等中尺度系统：2-2000km、如雷

3、暴群、飑线等中-尺度：200-2000km中-尺度（中系统）：20-200km中-尺度：2-20km中小尺度天气系统的特征1、尺度 水平尺度：2-2000km。20-200km的中-尺度系统是中尺度系统的核心，具有典型的中尺度系统特征。 垂直尺度：积云高度一般为4-5km以上，强的对流风暴云可达整个对流层厚度7-18km。因而对流风暴的垂直尺度与水平尺度的比例约为1/10。2、生命史 一般象飑线系统生存只有几小时至十几个小时，通常不超过24小时，龙卷气旋也只有几小时，雷暴单体甚至还不到1小时，雷暴群可存几个小时。3要素场梯度很大 气压梯度可达1-3百帕/公里，温度梯度可达5/10公里，露点温度

4、梯度1/公里。4天气现象剧烈 由于气象要素场的梯度大，中小尺度系统的天气现象比较剧烈，暴雨、特大暴雨、冰雹等往往都是与它们联系在一起，龙卷大风甚至可达每秒100-200米。中小尺度天气系统的特征5. 垂直运动较强 在雷暴云中上升气流可达10ms-1，强烈的上升气流甚至达60ms-1。散度涡度比天气尺度大一个量级可达10-4 s-1。6不满足地转风平衡 天气尺度系统近于满足地转风（或梯度风）平衡，而在中小尺度系统中，由于加速度项同地转偏向力和气压梯度力具有相同量级，所以不满足地转风平衡。因此，分析时一般不宜用地转风原则，且存在风向与等压线相垂直的现象。7不满足静力平衡 在强烈发展的对流云附近，静

5、力学关系不适用。在云中，特别是上升气流和下沉气流强的地方，静力学关系更不能用。中小尺度天气系统的特征强对流天气的定义强对流天气定义(美国)：直径1.9cm以上的冰雹、除了水龙卷之外的所有龙卷、阵风25.7m/s以上的雷暴大风; 极端强对流天气：5cm以上冰雹，F2级以上龙卷，33m/s以上雷暴大风；SWPC强对流天气业务暂行规定：雷雨大风（17.2m/s）、冰雹、龙卷或短时强降水（20mm/h）天气现象。强对流（中尺度）天气分析主观分析-以天气型识别为主客观分析-以动力热力物理参数诊断为主中尺度分析技术中尺度分析技术中尺度天气主观分析:利用各种高空和地面观测资料、雷达和卫星等遥感探测资料、数值

6、预报产品等资料，分析产生中尺度对流天气的中尺度对流系统及其发生发展的环境场条件。中尺度分析技术天气图分析。利用高空、地面、自动站观测资料的分析，寻找中尺度天气系统发生发展的各种环境场条件探空分析。侧重对中尺度系统发生发展的局地垂直环境场特征进行分析中尺度系统分析。利用雷达和卫星资料判断中尺度天气发生的确定区域和确定时间中尺度天气主观分析 该分析是在常规天气图分析的基础上，针对产生中尺度对流性天气的主要条件（水汽、不稳定、抬升和垂直风切变条件），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”的高空和地面综合分析图。 基于观测资料的中尺度环境

7、场分析、物理量场分析-短时临近预报基于数值预报产品的中尺度环境场分析、物理量场分析-中短期预报中尺度天气分析平台中尺度天气分析技术规范在高空强调风、温度、湿度场、变温、变高等的分析在地面强调气压、温度、湿度的细致分析，以及上述要素及风、湿度、云、天气现象等要素的不连续线分析通过特征系统和特征线的分析，识别中尺度强对流系统发生发展的必要条件：水汽不稳定抬升垂直风切变高空分析内容在暴雨、强对流等中尺度对流天气可能发生的重点区域分析。高空分析的要素包括风、温度、湿度、变温、变高、温差等, 分析主要集中在对流层低层、对流层中层和对流层高层的特征等压面。850hPa（925hPa）分析风场：切变线（辐合

8、线） 、低空急流、 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850hPa风场最大风速带（急流）辐合区（切变）低空急流（LLJ）12-13m/s,有弱对流13-17m/s,有中等对流18m/s以上,有强对流以2013年3月23日南方强对流天气为例850hPa温度场等温线温度脊T850-500的高值区（图中为25线）温度脊和最大湿轴脊在最大湿轴以东,有弱对流脊在最大湿轴重合,有中等对流脊在最大湿轴以西,有强对流以2013年3月23日南方强对流天气为例850hPa湿度场等露点线：从6开始显著湿区：T-Td5湿舌干线：相邻两站的露点温度相差10以上时，沿湿度

9、梯度最大处分析干线（露点锋）。 低空湿度（露点）8,有弱对流9-12,有中等对流12,有强对流以2013年3月23日南方强对流天气为例850hPa中尺度分析综合图以2013年3月23日南方强对流天气为例700hPa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）、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700hPa风场最大风速带（急流）显著流线辐合区（切变）以2013年3月23日南方强对流天气为例700hPa温度场等温线温度脊温度槽T700-500的高值区（图中为16线）以2013年3月23日南方强对流天气为例700hP

10、a湿度场干线（露点锋） ：相邻两站的露点温度相差10以上时，沿湿度梯度最大处分析干线显著湿区：T-Td5，从1开始干舌 以2013年3月23日南方强对流天气为例700hPa中尺度分析综合图以2013年3月23日南方强对流天气为例500hPa分析风场：中空急流、切变线（辐合线）、显著流线温度场：冷槽（温度槽）、冷堆、24(12)h 变温湿度场：干舌高度场：变高500hPa风场最大风速带（中空急流）显著流线辐合区（槽线、切变）以2013年3月23日南方强对流天气为例500hPa温度场等温线温度槽以2013年3月23日南方强对流天气为例500hPa湿度场干舌：t-td15以2013年3月23日南方强

11、对流天气为例500hPa变高场dh24以2013年3月23日南方强对流天气为例500hPa中尺度分析综合图以2013年3月23日南方强对流天气为例200hPa高空急流急流核显著流线以2013年3月23日南方强对流天气为例地面分析中尺度抬升条件：地面锋风、温度、气压、湿度、天气区、云覆盖等水平不连续分布造成的中尺度边界线（辐合线、干线、出流边界等）分析物理量场：气压场、变压场、风场、温度场、湿度场、天气区、云分析间隔：3小时,1小时分析资料：地面观测地面气压场分析24h变压、3h变压分析P24消除了日变化影响，在地形较复杂的地区能较好地反映出冷暖空气活动的情况。冷锋后一般有大的24小时正变压，冷

12、锋前可有小的24小时负变压。以2013年3月23日南方强对流天气为例在自由大气中地转偏差由三项组成：D=D1+D2+D3其中D1变压风与加速度有关，由于地转风关系建立了风场和气压场的关系，可用地转近似以Vg代替V。而因而 在地面天气图上分析3h变压线，3 h变压分析对未来气压系统的变化和移动有指示作用。地面风场及气压场分析等压线地面锋区（辐合线）以2013年3月23日南方强对流天气为例地面湿度场分析地面露点锋（干线）和显著湿区以2013年3月23日南方强对流天气为例以2013年3月23日南方强对流天气为例地面天气区分析 天气区的分析是为了监视已经或正在发生的对流或强对流天气, 进而判断中尺度对

13、流系统的发生和发展。 当出现雷暴、大风、冰雹、短时强降水等强对流天气时, 标注天气区。 当出现成片的天气时, 将发生区域用相应的阴影覆盖, 并在阴影区中心标注天气符号。2013年3月23日08时中尺度综合分析强对流天气预报天中短期预报小时短时预报分钟临近预报展望警戒警告产生强对流天气的系统：中尺度对流系统强对流天气预报包括（）中尺度对流系统的发生发展环境场条件分析（）中尺度对流系统的发生发展过程分析强对流天气预报天中短期预报小时短时预报分钟临近预报展望警戒警告中尺度天气分析分析环境场条件分析中尺度过程识别中尺度对流系统根据其组织类型、结构推测其移动和发展、以及产生的天气类型天气型识别动力热力条

14、件诊断天气图(主观)物理量诊断(客观)探空图分析(主客观)卫星图像识别雷达图像识别中尺度环境场分析AWS、RUC、LAPS中尺度对流天气环境场条件分析分析内容： 中尺度对流性天气和强对流发生发展的水汽、不稳定、抬升和垂直风切变条件分析，制作各等压面上相关的各种特征系统和特征线，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。分析资料： 地面、高空观测资料和数值预报资料适用于6小时以上的短时和短期预报业务一、水汽条件分析分析目的：分析气团的水汽含量和饱和程度，以及它们的边界分析内容：显著湿区、干舌、干线（露点锋）。主要分析层次：850、700和500hPa。分析频次：观测资料在

15、探空观测获取后开始分析，地面和数值模式分析预报资料可加密到3小时二、不稳定条件分析分析目的：分析由温度层结导致的热力不稳定分析内容：暖脊、冷槽、变温、垂直温度递减率 和冷暖中心主要分析层次：850、700和500hPa。分析频次：观测资料在探空观测获取后开始分析，地面和数值模式分析预报资料可加密到3小时三、抬升和垂直风切变条件分析分析目的：分析对流的动力触发条件和强对流的动力组织条件分析内容：辐合（辐散）区、大风速带和标识流线主要分析层次：地面、925、850、700、500和200hPa分析频次：观测资料在探空观测获取后开始分析，地面和数值模式分析预报资料可加密到3小时四、特征物理量分析分析

16、目的：诊断反映水汽、不稳定和动力条件的特征物理量，分析超过特征物理量阈值的范围，以辅助定量判断对流发生发展的水汽、不稳定、抬升和垂直风切变条件分析内容：水汽、不稳定特征物理量分析频次：观测资料在探空观测获取后开始分析，地面和数值模式分析预报资料可加密到3小时五、综合图制作前提条件：当在某区域至少分析有水汽、不稳定和抬升触发条件中的两个以上条件存在时制作综合图制作原则：包括各层主要的、或最具代表性的天气系统和特征线，同时兼顾图形简单和美观的原则。制作方式：将选定的特征系统和特征线放在一张图上（综合图）。例：2010年5月5日08时-水汽条件分析1、分析低层水汽850hPa露点大于12区域分析显著

17、湿区2、分析850hPa是否存在干线例：2010年5月5日08时-水汽条件分析分析700hPa的干舌，即温度露点差大于15的区域例：2010年5月5日08时-层结稳定度分析1、分析850hPa的暖脊2、分析T850-500的温差的大值区例：2010年5月5日08时-层结稳定度分析1、分析500hPa的冷槽，冷槽略偏北，川渝间不明显2、分析400hPa的冷槽，有阶梯冷槽例：2010年5月5日08时-层结稳定度分析分析700hPa的24h变温，发现西北地区东部有明显的负变温，兰州降幅达-11例：2010年5月5日08时-动力抬升条件分析1、分析500hPa、700hPa、850hPa的系统，均有系

18、统存在2、700hPa在西北地区存在一支12-20m/sde 西北风急流例：2010年5月5日08时-触发抬升条件分析分析逐6h的地面图：08时：西南部地区为热低压控制，秦岭附近有一冷锋14时：冷锋西段基本维持，重庆出现地面辐合线20时：冷锋西段进入川北，地面辐合线西段南压，贵州西北部出现雷电，辐合线开始锋生例：2010年5月5日08时-触发抬升条件分析分析200hPa：重庆处于高空急流核附近的有后侧例：2010年5月5日08时-中尺度综合分析2012年4月12日午后-傍晚降雹实况贵阳市：清镇、花溪安顺市：西秀、普定毕节市：织金黔东南州：镇远、剑河、天柱、台江、凯里市、锦屏、从江黔南州：都匀、

19、龙里、贵定、长顺、三都共17个县(市、区)境内均出现雷雨冰雹天气，最大冰雹出现在锦屏县，直径为50毫米。大风：台江、剑河、锦屏（17：10-17：瞬时风力30m/s）出现10级左右大风 大风、冰雹4月12日08时-13日08时降水、雷电4月12日08时-13日08时降水、雷电中尺度环境场分析：500hPa-4.12.08-20高原槽、南支波动中尺度环境场分析：700hPa-4.12.08-2008时：切变北侧北风急流16-20m/s、冷平流显著-有利于地面锋区南压的信号中层不稳定，t7516Q=6g/kg中尺度环境场分析：850hPa-4.12.08-2008时，低空急流12-18m/s暖脊、

20、不稳定层结、t85=26Q=13g/kg切变线：贵州北部，北侧冷平流20时，切变线南压，北风增强、冷平流进入贵州急流南撤，高湿不稳定区进入华南，省的东南部处于辐合区中4月12日08-20时地面锋区分析08时：冷锋进入四川盆地、贵州北部辐合线冷高压中心105E以西，轴系呈南北向P兰州-贵阳=22.3hPaP郑州-贵阳=9.8hPa正北路径影响为主冷锋、辐合线14-20时：冷锋南下、辐合线锋生14时：冷锋南压、辐合线锋生P宜宾-贵阳=11.5hPa 近距离气压梯度大-偏北大风信号17时：P宜宾-贵阳=10.1hPa20时：P宜宾-贵阳=9.8hPa23时：P宜宾-贵阳=10hPa 偏北大风持续 中

21、尺度辐合线的移动中尺度对流云团4月12日13时-13日00时红外动画地面辐合线与雷达组合反射率因子演变初始阶段：12日11时-13时50分，沿地面辐合线上有对流云团生成，强度小于45dbz发展阶段：13时55分-，毕节南部和两州间的对流团出现冰雹云回波，强度大于50dbz。两州间的回波最强60dbz、顶高超过10km，14时25分接近15km。对流性回波发展。11.20：0层高度：600hPa-20 层高度：400hPaCape=745.9Cin=102.3垂直风切变近地面扰动逆温干绝热-温度递减率大上干下湿12.08：Cape=764.3Cin=10.1垂直风切变T-LnP:贵阳500hPa

22、涡度平流-4.12.08南支槽前有正的涡度平流850hPa温度平流-4.12.0820SI指数K指数假相当位温8500度层高度有利于冰雹发生的高度12日08时、14时地面cape14时贵州东南部cape=800-1400J/kg在春季有利的0层高度下，贵州东南部易触发强对流发生2012.04.12强对流中尺度综合分析及南部强对流概念模型上干下湿：Q8=13g/kgQ7=7g/kgQ5=2g/kg垂直风切变： wind4-8=16m/s层结不稳定： K=38 Si=-4 t85=25高能区： cape=800J/kg se850=64-680层高度:4200m触发条件: 冷空气南下、地面辐合线锋

23、生中尺度分析步骤第一步：了解大尺度环流背景中尺度分析步骤第二步：分析500hPa、700hPa、850hPa及地面的主要影响系统高空槽、中低层切变线、地面锋区、低空急流是否存在。如有，进行完整分析确定主要影响系统中尺度分析步骤第三步：水汽条件分析对于暴雨，分析700hPa、850hPa的比湿南方地区q85012g/kg、q70010g/kg分析T-Td8502特征线中尺度分析步骤第三步：水汽条件分析对于暴雨，分析850hPa的水汽通量散度（qfdiv850）南方地区强降水特征线qfdiv850-10010-8gcm-2hPa-1中尺度分析步骤第四步：稳定度分析分析850hPa的假相当位温（se

24、850），夏季特征线76分析K指数（特征线36）分析SI指数（特征线0）分析CAPE中尺度分析步骤第五步：抬升触发条件分析分析地面锋区分析500hPa垂直速度分析200hPa高空急流和分流区中尺度分析步骤第六步：综合分析中尺度对流天气环境场条件分析物理量诊断 中尺度分析中尺度对流过程分析建立以中尺度强对流系统发生发展的必要条件（水汽、不稳定、抬升和垂直风切变）的“配料法”（Ingredients-based Methodology）强对流天气预报理念发展强对流天气预报的科学支撑技术国内中尺度分析现状-国家气象中心 2 0 0 9 年4 -9 月, 国家气象中心在强对流天气预报业务中, 开展了中

25、尺度天气的天气图分析业务试验, 建立了以中尺度天气的天气图分析和客观物理量诊断分析为基础的短时和短期强对流天气潜势预报业务流程。强对流分类概率预报及监测冰雹概率预报雷暴大风概率预报短时强降水概率预报国内中尺度分析现状-国家气象中心国内中尺度分析现状-国家气象中心国内中尺度分析现状-国家气象中心国内中尺度分析现状-国家气象中心1.收集整理资料，制定湖北省中尺度暴雨、冰雹大风标准中尺度暴雨1站以上3小时雨量50mm，且其中1小时雨量30mm；冰雹直径2mm；雷雨大风瞬时风速17m/s。 2、制定了LAPS、地面图、卫星云图、雷达回波等资料中尺度天气分析规范，包括分析对象、标准、标识。国内中尺度分析

26、现状-湖北省台分析说明温度槽线：帮助预报员了解对流层中层冷空气活动。如果温度槽发展，对流层低层有温度脊配合，则说明该区域从低层到高层温度直减率增加，层结不稳定也相应增加，更易发生强对流天气。500hPa国内中尺度分析现状-湖北省台分析说明副热带高压特征线（夏季）：在对流层低层，副热带高压西北部空气比较暖湿，常常储存大量的不稳定能量。当副热带高压明显东退时，可能引起不稳定能量释放而造成局地性强降水。当副热带高压西北部有锋面、低压、高空槽、切变线、低涡等系统逼近时，会出现范围较广的强降水。588位势什米特征线的变化，能告诉预报员主要雨带的分布。500hPa国内中尺度分析现状-湖北省台物理量分析标准强天气威胁指数：270特征线0-500hPa垂直风切变：15m/s特征线T850-500：25特征线0层高度：4Km特征线-20层高度：7Km特征线CAPE 3小时变量：570J/Kg特征线CIN 3小时变量：-35J/Kg特征线湿度垂直分布型：数值为1区域湿度垂直分布型：数值为2区域