天气学原理大型降水天气过程

天气学原理大型降水天气过程第一页，共九十五页，编辑于2023年，星期六本章重点：（1）降水和暴雨形成机制（2）我国大型降水过程的环流特征（3）低空急流对暴雨形成的作用本章难点：华南前汛期降水、江淮梅雨、华北与东北雨季降水环流特征及其产生暴雨的关键系统解释。第二页，共九十五页，编辑于2023年，星期六

概述降水的形成与诊断大范围降水的环流特征

降水的天气尺度系统

暴雨中尺度系统

不同高度急流对暴雨生成的作用第三页，共九十五页，编辑于2023年，星期六概述

1含义

大型降水主要是指范围广大的降水，降水区可达天气尺度大小，包括连续性和阵性的大范围雨雪及夏季暴雨。第四页，共九十五页，编辑于2023年，星期六24小时雨量（mm)<0.10.1~1010~2525~5050~100100~200>200等级微量小雨中雨大雨暴雨大暴雨特大暴雨2降水的分级第五页，共九十五页，编辑于2023年，星期六

3

我国各地降水气候概况（1）各地雨量

年雨量分布极不均匀，从东南沿海向西北内陆减少。（2）雨季：即连阴雨期，夏季水汽充沛，降水量多，故夏季的连阴雨期一般称为雨季。我国绝大多数雨量集中在夏季，有明显的雨季、干季之分。第六页，共九十五页，编辑于2023年，星期六第七页，共九十五页，编辑于2023年，星期六云贵高原5月下旬-10月下旬青藏高原北部6月中旬-10月下旬华南沿海雨季4月中-10月中旬长江流域6月上旬-9月初华北、东北雨季7月中旬-8月底

特点：

雨季一般出现在夏半年，降水分布不均匀，东南部雨季出现早，结束晚，雨季中有相对干期。第八页，共九十五页，编辑于2023年，星期六5东亚环流的季节变化与我国雨带活动雨带：一次降水过程中，降水量相对集中的地带；侯（旬）内平均降水量相对集中的地区。（1）雨带活动：西太平洋副热带高压脊线（北侧8-10纬度）100hPa青藏高压（北侧）副热带西风急流（南侧）东亚季风季节变化第九页，共九十五页，编辑于2023年，星期六5月中旬-8月下旬雨带从南往北移5月中旬-6月上旬华南前汛期15ºN6月中旬-7月上旬江淮梅雨20-25ºN7月中旬—8月下旬华北东北雨季30ºN

华南进入后汛期8月下旬—10月上旬雨带从北往南移9月中—10月上旬淮河秋雨期，雨量小20ºN两次北跳三次停滞第十页，共九十五页，编辑于2023年，星期六（2）中国暴雨的分布特征

不仅发生在沿海，而且出现在内陆;

华南沿海和东南沿海的降水量极值多数由台风引起;

长江中下游和淮河流域暴雨主要由6－7月梅雨锋上西南涡所引起;

黄河中下游和海河流域的暴雨主要是四川移出的西南涡和青海移出的西北涡造成；暴雨极值与地形有关，多发于暖季。第十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期六§3.1降水的形成与诊断

降水形成过程

水汽方程和降水率

水汽条件的诊断分析垂直运动条件的诊断分析

地形和摩擦对降水的影响

第十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期六一、降水形成过程一般降水的形成过程

水汽条件

垂直运动条件

云滴增长条件

微观过程宏观过程冰晶效应碰撞合并第十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期六水分循环过程第十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期六2暴雨形成条件

充分的水汽供应

强烈的上升运动

较长的持续时间

因此要研究环流形势

连续暴雨的必要前提：副高脊，长波槽，切变线、静止锋、大型冷涡等长期稳定

天气尺度系统：短波槽、低涡、气旋等第十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期六地形对降水的影响

㈠地形的动力作用

1．强迫抬升

2.地形辐合

第十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期六§3.2大范围降水的环流特征

我国的雨季一般开始于夏季风爆发，止于夏季风撤退，雨带的南北位移是和东亚环流的季节变化有关，受副高脊线、青藏高压脊线、副热带西风急流和东亚季风季节变化影响。第十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期六

华南前汛期降水江淮梅雨

华北与东北雨季降水

行星尺度天气系统对暴雨的作用第十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期六一、华南前汛期降水

华南是指武夷山-南岭以南的广西、广东、福建和海南等省区区域，雨期长，雨量大，可分为两个雨季：华南前汛期：西风带环流系统与热带季风系统相互作用形成的降水华南后汛期（台风汛期）：由台风，ITCZ等热带系统造成的降水第十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期六1一般特征

（1）4-6月为华南前汛期，降水主要发生在副高北侧的西风带中，5月中旬雨量迅速增大进入盛期

（2）5月中旬以前，大雨带位于华南北部，主要是锋面降水

（3）5月中旬以后，受季风影响，大雨带移至华南沿海，降水量增大，主要为暖区降水第二十页，共九十五页，编辑于2023年，星期六2华南前汛期降水特点

（1）降水有两个大值带：武夷山到南岭南麓,沿海（2）多暴雨，以6月最多（3）暖区降水，降水量比锋面降水大3－

5倍，局地性强，降水范围小

（4）夜雨现象明显第二十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期六两脊一槽型特征：乌拉尔山以东的西伯利亚西部和亚洲东岸的中高纬度地区为高压脊，贝加尔湖地区为低槽两脊一槽型第二十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期六两槽一脊型特征：中亚地区为脊，乌拉尔山以东的西伯利亚西部和亚洲东岸为低槽。两脊一槽型第二十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期六多波型华南前汛期暴雨500hPa环流型第二十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期六

多波型中高纬环流呈多波状，振幅较小，在欧亚大陆范围内，高纬地区至少有2个以上的低压中心；与低压中心相对应的移动性低槽活动较为频繁；同时，南支波动也较为频繁。第二十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期六共同点

是西风带环流系统与热带季风系统相互作用形成的降水副热带高空西风急流北跳稳定在30°N以北副热带高压脊稳定在18°N附近或以南地区，华南上空为平直西风带，底层常存在南北两条低空急流中高纬均有低槽活动，北方冷空气与活跃的东亚季风气流交汇于华南200百帕中南半岛上南亚高压控制

第二十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期六二、江淮梅雨1概念及特点

含义：每年初夏，在湖北宜昌以东28°-34°N之间的江淮流域到日本南部这以狭长区域常会出现连阴雨天气，雨量很大。由于这一时期正是江南梅子的黄熟季节，故称为“梅雨”。又因此时空气湿度大，温度高，百物极易受潮霉烂，因而又有“霉雨”之称。第二十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期六2梅雨的气候特征

（1）天气特征：长江中下游多阴雨天气，雨量充沛，相对湿度很大，日照时间短，降水一般为连续性，但常间有阵雨或雷雨，有时可达暴雨程度。

第二十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期六（2）

出入梅时间：

①典型梅雨

入梅：6月中旬6日-15日

梅雨期长约20至24天左右

出梅：7月上旬6日-10日

第二十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期六②早梅雨早梅雨是出现于5月份的梅雨,平均开始日期为5月5日，梅雨天数平均为14天,它的主要天气特征与典型梅雨相同,不同的是梅雨期较早出梅后主要与带不是北跃而是南退,以后雨带如果再次北跃,就会出现典型梅雨。第三十页，共九十五页，编辑于2023年，星期六（3）梅雨的年际变化：

表现在梅雨的起讫时间、长度差异和梅雨雨量、地区分布差异这两个方面。

①丰梅类（占30%）

②枯梅类（占20%）

③雨带类（占50%）第三十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期六3

环流特征

副高西伸北跳，控制华南地区，整个东亚环流完成了从春到夏的调整，雨带同时北跳，华南汛期结束，江淮梅雨开始，印度季风爆发，副热带西风急流从印度北部跳到高原北部，100hPa反气旋轴线北跳到34°N。梅雨的开始与这个地区稳定而持续的西南季风的建立一致。第三十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期六（1）高层：江淮上空维持一个强大的暖性反气旋（南亚高压）1973年6月21－25日08时200hPa候平均图（虚线为200hPa与500hPa的高度差）第三十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期六（2）中层（500hPa)：①副热带地区：西太平洋副高呈带状分布,其脊线从日本南部一直伸向我国华南，略呈东北-西南走向，120°E

处的脊线位置稳定在22°N左右。

第三十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期六②中纬度地区：巴尔喀什湖及东亚东岸（河套到朝鲜之间）建立了两个稳定浅槽。③高纬度地区：为阻高活动区阻高类型可分为三类：（50°-70°N）单阻型、双阻型、三阻型第三十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期六单阻型：阻高位于贝加尔湖北方。第三十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期六双阻型（标准型）：西阻高位于乌拉尔山附近，东阻高在雅库茨克附近。第三十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期六三阻型：东阻高位于亚洲东部勒拿河、雅库次克一带；西阻高位于欧洲东部；中阻高位于贝加尔湖西北方。

第三十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期六(3)低层：在850百帕或700百帕上为江淮切变线，切变线之南有与之近乎平行的低空西南风急流，有时切变线上有西南涡东移。第三十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期六1973年6月22日08时850hPa流线分析（粗实线为切变线或辐合线，双线箭头为低空急流轴，虚线为等风速线）第四十页，共九十五页，编辑于2023年，星期六梅雨期各层环流概略图第四十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期六地面：①地面图上江淮流域有静止锋停滞，若

500百帕平直西风带上有较弱的低槽东移，则在低空常有西南涡与之配合沿切变线东移，在地面上引起静止锋波动产生江淮气旋。②中纬西风带上有较强的低槽东移时，静止锋波动能发展为完好的锋面气旋第四十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期六4江淮梅雨锋结构特点梅雨锋：梅雨期间的静止锋，称为梅雨锋。它是夏季季风气流和极地气团或变性极地大陆气团之间的辐合线，具有热带辐合带性质。特点：锋面两侧水平温度梯度小，湿度梯度较大。第四十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期六三、华北和东北雨季降水

7月中旬至8月下旬，江淮梅雨期结束，雨带移至华北和东北地区形成本地区雨季。对应副热带高压的再次北跳（副高脊位于28°-30°N），并到达最北位置，热带辐合带也到达20°N。第四十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期六

1、气候概况

（1）降水强度大，持续时间短;

（2）降水的局地性强，年际变化大;

（3）降水时段集中;

（4）暴雨与地形关系密切。

第四十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期六

2、环流特征

（1）东高西低或两高对峙（a）第四十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期六（2）贝加尔湖形成阻高，三高并存

（b）第四十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期六（3）北方形成高压坝，北上台风深入内陆受阻停滞或切断冷涡稳定少动

（c）第四十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期六四、行星尺度天气系统对暴雨的作用

暴雨是各种天气尺度系统相互作用的结果，尤其是特大暴雨或持续性暴雨都是在几种尺度的天气系统（行星尺度、天气尺度、中小尺度）明显有相互作用的情况下，大系统制约和孕育小系统的发生和发展，小系统产生以后成长壮大，反过来对大系统起作用，使整个暴雨系统能继续维持和加强。第四十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期六

大范围行星尺度系统制约了天气尺度系统和中间尺度系统的活动，天气尺度系统又制约了直接造成暴雨的中尺度系统的发生和发展移动，而中尺度系统又决定着小尺度的活动。另一方面，中小尺度系统的反馈作用又可使天气尺度系统得到维持和加强。这反过来又影响中尺度天气系统活动的强度。第五十页，共九十五页，编辑于2023年，星期六第五十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期六1、行星尺度天气系统含义：

水平尺度3000公里-8000公里的天气系统，包括副高、阻塞高压、长波槽脊、热带辐合带（ITCZ）、高空急流、洋中槽等。

分为：稳定纬向型稳定经向型第五十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期六

行星尺度天气系统只能控制影响暴雨的天气尺度系统，其本身并不能决定会否有暴雨出现。在同一种行星波形势下，有时会产生暴雨，有时不会，这必须结合天气尺度系统和中尺度系统分析，因为行星尺度系统只起着提供有利于暴雨发生的环流背景。第五十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期六2、对暴雨的作用①影响和制约天气尺度系统影响天气尺度系统的移动速度影响天气尺度系统的强度变化使影响暴雨的天气尺度系统能重复出现，造成持续性暴雨造成不同尺度天气系统的相互作用第五十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期六②决定暴雨区的水汽来源或水汽通道，将南海、孟加拉湾和太平洋的水汽不断向暴雨区输送③大致决定了雨带发生的地点、强度和持续时间：大范围雨区一般出现在长波槽前第五十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期六3、几种行星尺度系统的具体作用

1.西风带长波槽

①巴尔喀什湖大槽

②贝加尔湖大槽

③太平洋中部大槽

④青藏高原西部低槽

第五十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期六2.阻塞高压阻塞高压

①乌山阻高

②雅库次克-鄂霍茨克海阻高

③贝加尔湖阻高

3.副热带高压

4.热带环流

第五十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期六西风带环流：以长波系统或阻塞系统为主，移动缓慢，变化比较小使中高纬度的环流形式在一定时期内保持相对稳定使引起暴雨的天气尺度系统在同一地区多次出现，或者造成天气尺度系统出现停滞第五十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期六

当长波系统出现强烈发展，大尺度形势经向度大。使得北方冷空气可以到达较低的纬度，暖空气到达很北的纬度，同时较低纬度的气旋性系统可向北方移动第五十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期六副热带系统：同我国暴雨关系密切。

副高的位置决定了水汽通道，水汽常沿副高西侧的南风或副高西南侧的东南风输送，当副高西北侧或南侧低空有偏南风出现时，水汽输送更强

对流层上部青藏高压的活动对暴雨影响也很显著，当它东移时，会与副高打通，阻挡台风或西南涡北上，造成台风或西南涡的停滞或少动第六十页，共九十五页，编辑于2023年，星期六热带环流系统：是暴雨的主要水汽来源。尤其盛夏华北暴雨场出现在热带辐合带和台风北上的时期。ITCZ北上时，副热带高压也北上。孟加拉湾风暴或低压能将大量水汽输送到我国西南地区。第六十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期六§3.3降水的天气尺度系统

降水天气系统指具备降水条件、伴随降水过程的天气系统。它分为：

①天气尺度系统，降水以中小雨为主

②中小尺度系统，以较强降水为主天气尺度系统包括：锋面、气旋、高空槽、低空切变线、高空冷涡、低空低涡、低空急流、台风及东风波等，尺度一般在1000-3000公里第六十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期六

切变线

低空低涡低空急流

高空槽（短波槽）

锋面气旋

天气尺度系统对暴雨的作用第六十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期六一、切变线1含义：一般把出现在低空（850和700百帕面上）风场上具有气旋式切变的不连续线称为切变线。

第六十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期六2.切变线的类型根据切变线的风场形式，切变线可分为：1）冷锋式切变线：偏北风与西南风之间的切变线。这类切变线偏北风占主导地位，常自北向南移动，性质类似冷锋。2）暖锋式切变线：东南风与西南风或偏东风与偏南风之间的切变线。这类切变线西南风或偏南风占主导地位，切变线往往自南向北移动，性质类似暖锋。3）准静止锋式切变线：偏东风与偏西风之间的切变线。第六十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期六冷式切变第六十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期六暖式切变第六十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期六3.季节变化：时间副高脊线位置切变线活动地区名称5-6月20°N以南华南华南切变线6月-7月初22°-25°N江淮流域江淮切变线7月中旬-8月30°-35°N华北华北切变线第六十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期六

4.江淮切变线的降水（1）大多数江淮切变线过程都能带来暴雨.

（2）降水区多位于地面锋线的北部、700百帕切变线以南地区。

（3）风速偏南分量越大，而锋面坡度愈陡，则上升运动愈强，降水量愈大。

（4）冬半年多连续性降水，雨区较宽而雨量较小；夏半年常出现雷阵雨，降水区窄而降水量大。第六十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期六5.江淮切变线的形成

700百帕槽线在移动过程中，南端受副高阻挡，槽线停滞或移动缓慢，而北端则继续东移，使槽线顺转而成为东西走向的切变线。第七十页，共九十五页，编辑于2023年，星期六二、低空低涡：指存在于地面2-3公里上空的闭合小低压，包括西南涡、西北涡、高原涡等

1.西南涡

含义：一般指形成于四川西部地区，700

（或850）百帕上的具有气旋性环流的闭合

小低压，直径一般在300-400公里左右。

第七十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期六2.西南涡的形成(1)地形的作用

①背风坡的减压作用

②绕流与侧向摩擦作用

(2)500百帕上有高原槽东移，槽前正

涡度平流造成低层减压

(3)700百帕上有辐合气流的环流形势

第七十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期六

3.西南涡的发展（1）冷空气从低涡的西部或西北部侵入，低涡东移发展；

冷空气从东或东北部侵入低涡，则使西南涡的气旋式环流减弱，使低涡填塞。（2）500百帕上青藏高原低槽发展东移，有利于西南涡的东移和发展。

第七十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期六

4.西南涡的天气

(1)低涡在原地时,可产生阴雨天气；低涡移出时，95.5%有降水，雨区主要分布在低涡的中心区和低涡移向的右前方。

(2)低涡天气有日变化，一般夜间或清晨比白天坏些。

第七十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期六(3)西南涡发展东移时，雨区也扩大东移，降水强度增加，同时引起地面锋面气旋的发生发展，大风、低云、恶劣能见度等也随

之出现。第七十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期六四、低空急流1.定义：是与夏季强降水相联系的、位于600-900百帕之间的水平动量相对集中的气流带。日常工作中常把850或700百帕等压面上，风速≥12米/秒的西南风极大风速带称为低空急流。第七十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期六2.特征：

水平方向：急流两侧有较强的风速水平切变垂直方向：

a.具有风速极大值，急流上下均有明显的风速垂直切变，主要存在于夏季，与暴雨相联系；第七十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期六b.急流上下风速均随高度减少，只是在急流之上随高度减弱较慢或风速上下几乎相等，主要存在于冬半年与强降水（雪）相联系，出现次数较少。超地转特性第七十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期六3.环流背景与结构

（1）低空急流的位置

①低层：850或700百帕

位于副高西侧或北侧，它的左侧经常有低空切变线和低涡活动。

②高层：200百帕

位于高空西风急流入口区的右侧或南亚高压东部脊线附近。第七十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期六（2）雨区位置：低空急流左侧低空切变线右侧（3）低空急流的走向①5、6月份:低空急流呈东西向或东北东-

西南西向，吹WSW风。7、8月份:低空急流呈南北向或东北-西南向，吹S风或SW

风。②南方低空急流多呈纬向型，北方的低空急流多呈经向型。第八十页，共九十五页，编辑于2023年，星期六4.LLJ的形成和维持机制

（1）经向垂直反环流与LLJ的形成和维持高空急流入口区的右侧，高空辐散，低层气压降低，偏北气流沿南亚高压东侧吹至JE的北侧辐合下沉。由于高空辐散，低层减压，副高北侧气压梯度加大，辐合上升并有西南涡生成，同时气压梯度力做功使气流加速，西南风增同时经向垂直反环流形成。

第八十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期六第八十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期六(2)经向垂直正环流与LLJ的形成

若高层有南支槽，槽前有

高空辐散，辐散气流向北流动，气压力做功使西南风加强，从而加强高空西风急流，并在高空西风急流的北侧（即急流入口区的左侧）下沉，向南流，汇入暴雨区的上升气流，构成一个经向垂直正环流。

第八十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期六第八十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期六5.低空急流与暴雨

（1）低空急流的出现有利于暴雨的形成

①输送水汽，水平水汽通量辐合②输送暖湿气流，导致大气产生不稳定层结③产生上升运动

（2）暴雨产生于低空急流的左前方（200公里）（3）低空急流与暴雨相互作用——经向垂直环流与暴雨的相互作用

第八十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期六五锋面气旋暖锋

锋的摩擦辐合上升

锋面强迫抬升

高空槽前系统性上升

负变压的辐合上升

降水区在锋前槽前冷锋

锋的摩擦辐合上升

锋面抬升

高空槽前系统性上升

正变压的辐散下沉降水区在锋后第八十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期六3槽后冷锋锋的摩擦辐合上升锋的强迫抬升高空槽后系统性下沉正变压的辐散下沉降水区在锋前（不稳定）

4暖区摩擦辐合作用小，高空槽前系统性上升，降水小或无降水。第八十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期