《气象降水原理与实例分析》课件

气象降水原理与实例分析课程简介：降水的重要性及研究意义降水的重要性降水是地球水循环的关键环节，对维持生态平衡、农业生产和人类生活至关重要。它为陆地生态系统提供水源，是农业灌溉的基础，也是工业和居民用水的重要来源。降水的时空分布直接影响着区域的气候特征，对社会经济发展具有深远影响。研究降水的意义降水的定义与分类1降水的定义降水是指从大气中降落到地面的各种形式的水汽凝结物，包括雨、雪、冰雹、雾等。这些凝结物在重力作用下克服空气阻力，最终到达地面。降水是大气水循环的重要组成部分，是地球表面水资源的主要来源。降水的分类不同类型降水（地形雨、对流雨、锋面雨）地形雨湿润气流遇到山脉等地形阻挡，被迫抬升，冷却凝结形成降水。迎风坡降水多，背风坡干燥，形成“雨影区”。对流雨局部地区受热或冷空气入侵，空气强烈上升，水汽凝结形成降水。降水强度大，范围小，时间短，常伴有雷电。锋面雨冷暖气团交汇，暖空气抬升冷却凝结形成降水。降水范围广，持续时间长，强度较均匀。降水形成的物理过程：水汽凝结1水汽含量大气中必须含有足够的水汽，这是形成降水的基础。水汽含量越高，降水的可能性越大。2冷却过程空气必须经过冷却过程，使水汽达到饱和状态。冷却的方式有多种，如绝热膨胀、辐射冷却等。3凝结核空气中必须存在凝结核，为水汽凝结提供附着点。凝结核可以是自然产生的，也可以是人工产生的。4凝结增长水汽在凝结核上不断凝结增长，形成云滴。云滴经过碰撞、合并等过程，最终形成降水。水汽凝结核：自然凝结核与人工凝结核自然凝结核自然界中存在的微小颗粒物，如海盐粒子、沙尘、火山灰、花粉、细菌等。这些颗粒物具有吸湿性，可以作为水汽凝结的中心。人工凝结核人为释放到大气中的微小颗粒物，如碘化银、盐粉等。这些颗粒物可以提高云中冰晶的浓度，促进降水的形成。凝结核的作用凝结核的存在降低了水汽凝结所需的过饱和度，促进了水汽的凝结过程，是降水形成的重要条件。凝结过程：均质凝结与非均质凝结均质凝结在完全洁净的空气中，水汽分子直接聚集形成水滴的过程。需要极高的过饱和度，在自然界中很少发生。1非均质凝结水汽在凝结核上凝结形成水滴的过程。由于凝结核的存在，降低了凝结所需的过饱和度，是自然界中主要的凝结方式。2凝结效率非均质凝结的效率远高于均质凝结，因此凝结核对降水的形成至关重要。凝结核的种类、大小和浓度都会影响凝结过程。3凝结增长：贝吉龙过程1冰晶效应在混合云中，冰晶的饱和水汽压低于液态水滴，冰晶更容易吸收水汽而增长。2水汽转移液态水滴蒸发，水汽转移到冰晶表面，促进冰晶的快速增长。3降水形成冰晶增长到一定大小，克服空气阻力，以降水形式落到地面。贝吉龙过程是混合云中冰晶增长的主要机制，对中高纬度地区的降水形成具有重要意义。冰晶效应是贝吉龙过程的核心，水汽转移是冰晶快速增长的关键。降水形成的动力条件：上升运动1抬升冷却上升运动使空气绝热膨胀，温度降低，水汽达到饱和状态。2凝结增长上升运动为水汽凝结提供充足的水汽和凝结核，促进云滴的形成和增长。3降水形成上升运动使云滴不断增大，最终形成降水。上升运动是降水形成的必要动力条件。没有上升运动，水汽无法冷却凝结，云滴无法增长，也就无法形成降水。上升运动的强度和范围直接影响降水的强度和范围。大气环流与降水分布的关系大气环流是全球大气运动的总体特征，对降水的时空分布具有重要影响。季风环流导致季节性降水，副热带高压控制区干旱少雨，西风带影响地区多雨雪。季风环流与降水夏季风夏季，亚洲大陆气温升高，形成低压，海洋气流向大陆流动，带来丰沛降水。冬季风冬季，亚洲大陆气温降低，形成高压，大陆气流向海洋流动，降水减少。季风环流是亚洲地区主要的环流系统，对亚洲的降水分布具有重要影响。夏季风带来丰沛降水，冬季风降水减少，形成明显的干湿季。副热带高压与降水下沉气流副热带高压区盛行下沉气流，空气干燥，不易形成降水。晴朗天气副热带高压控制区多晴朗天气，日照强烈，蒸发旺盛。干旱少雨副热带高压是干旱少雨区，如撒哈拉沙漠、澳大利亚中部等。锋面系统与降水1冷锋冷空气主动向暖空气推进，形成冷锋。冷锋过境时，常伴有雷雨大风天气。2暖锋暖空气主动向冷空气推进，形成暖锋。暖锋过境时，常伴有持续性降水。3静止锋冷暖空气势力相当，锋面移动缓慢，形成静止锋。静止锋附近常有持续性降水。锋面系统是影响我国降水的重要天气系统。冷锋、暖锋和静止锋都会带来降水，但降水的类型和强度有所不同。天气图分析基础：气压场与风场气压场气压场是指大气中气压的分布状况。在天气图上，用等压线表示气压场的分布。等压线密集的地方，气压梯度力大，风速大。风场风场是指大气中风的分布状况。在天气图上，用风向箭头表示风场的分布。风向箭头指向风的来向，箭头的长度表示风速的大小。气压场和风场是天气图分析的基础。通过分析气压场和风场的分布，可以了解大气环流的状况，判断天气系统的位置和强度，从而进行天气预报。等压线与梯度风1等压线等压线是连接气压相等的各点的线。等压线的疏密程度反映了气压梯度的大小。2梯度风梯度风是考虑了气压梯度力、地转偏向力和离心力作用的大气运动。梯度风与等压线平行，风速与气压梯度成正比。3应用通过分析等压线的分布和梯度风的大小，可以判断天气系统的强度和移动方向，从而进行天气预报。高低空急流与降水高空急流高空急流是位于对流层顶附近的强风带，对天气系统的发展和移动具有重要影响。高空急流可以加强低空的天气系统，促进降水的形成。低空急流低空急流是位于对流层低层的强风带，可以输送大量的水汽和能量，为降水的形成提供充足的条件。高低空急流的配合是暴雨发生的重要条件。高空急流引导天气系统移动，低空急流输送水汽和能量，两者共同作用，导致暴雨发生。中尺度气象系统：飑线、中尺度对流复合体飑线飑线是由多个雷暴单体组成的线状对流系统，具有突发性强、风雨强烈的特点。飑线过境时，常伴有短时强降水、雷暴大风和冰雹等灾害性天气。中尺度对流复合体中尺度对流复合体是由多个雷暴单体组成的范围较大的对流系统，持续时间较长，降水强度较大。中尺度对流复合体是造成大范围暴雨的重要天气系统。影响飑线和中尺度对流复合体是造成我国夏季暴雨的重要天气系统，对农业生产和人民生活具有重要影响。锋面降水的结构与特征降水范围广锋面降水通常影响范围较大，可达数百甚至上千公里。1持续时间长锋面降水可持续数小时甚至数天，带来持续性的降水。2强度较均匀锋面降水的强度相对均匀，不会出现极端强降水。3锋面降水是由于冷暖空气交汇形成的，具有降水范围广、持续时间长、强度较均匀的特点。锋面降水对农业生产和水资源管理具有重要意义。冷锋降水1锋后降水冷锋过境后，冷空气控制，降水逐渐减弱。2降水强度大冷锋过境时，常伴有雷雨大风，降水强度较大。3降水时间短冷锋过境时间短，降水持续时间也较短。冷锋降水是由于冷空气主动向暖空气推进形成的，具有降水时间短、强度大的特点。冷锋过境时，常伴有雷雨大风等强对流天气。暖锋降水1锋前降水暖锋过境前，暖空气逐渐抬升，形成降水。2降水时间长暖锋移动缓慢，降水持续时间较长。3降水强度小暖锋降水强度较小，多为连续性降水。暖锋降水是由于暖空气主动向冷空气推进形成的，具有降水时间长、强度小的特点。暖锋降水多为连续性降水，对农业生产有利。静止锋降水连续性降水阵性降水静止锋降水是由于冷暖空气势力相当，锋面移动缓慢形成的。静止锋附近常有持续性降水，降水类型以连续性降水为主，也有阵性降水。静止锋降水容易造成洪涝灾害。地形降水的形成机制抬升冷却湿润气流遇到山脉等地形阻挡，被迫抬升，冷却凝结形成降水。迎风坡降水多迎风坡降水多，降水强度大，持续时间长。背风坡干燥背风坡下沉气流，空气干燥，形成雨影区。地形降水是由于地形抬升气流形成的，具有迎风坡降水多、背风坡干燥的特点。地形降水对山区的水资源具有重要意义。山脉对气流的影响阻挡作用山脉对气流具有阻挡作用，迫使气流抬升。辐合作用山谷地形对气流具有辐合作用，使气流集中抬升。波状扰动山脉可以引起气流的波状扰动，有利于降水的形成。背风坡效应1气流下沉气流越过山脉后，在背风坡下沉。2增温干燥下沉气流绝热增温，相对湿度降低。3雨影区背风坡形成雨影区，降水稀少，气候干燥。背风坡效应是由于气流越过山脉后下沉增温形成的，导致背风坡降水稀少，气候干燥。背风坡效应是造成山区气候差异的重要原因。对流性降水的形成条件不稳定大气大气层结不稳定是对流性降水形成的首要条件。不稳定大气有利于空气的垂直运动。充足水汽大气中必须含有充足的水汽，为对流性降水的形成提供物质基础。触发机制必须有触发机制，如地面加热、地形抬升等，才能启动对流运动。对流性降水是由于局部地区强烈对流运动形成的，具有突发性强、风雨强烈的特点。对流性降水容易造成洪涝灾害。大气层结稳定度1稳定大气空气上升后温度低于周围环境，受浮力作用下沉，不利于对流发展。2不稳定大气空气上升后温度高于周围环境，受浮力作用继续上升，有利于对流发展。3中性大气空气上升后温度与周围环境相同，既不受浮力作用上升，也不受浮力作用下沉。大气层结稳定度是对流性降水形成的重要影响因素。不稳定大气有利于对流发展，是形成对流性降水的必要条件。条件不稳定与对流触发条件不稳定大气在低层潮湿、高层干燥的情况下，可能出现条件不稳定。即抬升一定高度后，空气才能变得不稳定。对流触发需要一定的触发机制，如地面加热、地形抬升、锋面辐合等，才能克服抑制作用，启动对流运动。条件不稳定和对流触发是对流性降水形成的重要条件。条件不稳定提供了对流发展的潜力，对流触发启动了对流运动。降水量的观测方法雨量筒雨量筒是最常用的降水量观测仪器，可以直接测量降水量。雷达雷达可以通过发射电磁波探测降水云团，并估算降水量。卫星卫星可以通过遥感技术探测降水云团，并估算降水量。降水量的观测方法有多种，常用的有雨量筒、雷达和卫星。不同的观测方法具有不同的特点和适用范围。雨量筒的原理与使用收集雨水雨量筒通过漏斗收集雨水。1测量雨量雨水进入量筒，刻度可以直接读取降水量。2单位毫米降水量以毫米为单位，表示单位面积上的降水深度。3雨量筒是最简单的降水量观测仪器，具有操作简单、成本低廉的优点。雨量筒的测量结果直接反映了降水量的大小。雷达回波与降水强度1回波强度强降水粒子越大、浓度越高，雷达回波强度越强。2降水强度大雷达回波强度与降水强度成正比，回波强度越强，降水强度越大。3定量估测可以通过雷达回波定量估测降水量。雷达回波强度与降水强度密切相关，可以通过雷达回波估算降水量。雷达回波是进行短时临近预报的重要依据。卫星云图与降水识别1云顶温度低云顶温度越低，云层越高，降水可能性越大。2云系发展旺盛云系发展旺盛，面积扩大，强度增强，降水可能性越大。3特定云型某些特定云型，如积雨云、层积云等，与降水密切相关。卫星云图可以提供大范围的云系信息，通过分析云顶温度、云系发展和云型，可以识别降水云团，进行降水预报。卫星云图是进行天气预报的重要工具。数值天气预报模式简介数学模型数值天气预报模式是基于大气运动的数学模型，通过计算机模拟大气演变过程。初始条件模式需要输入初始条件，包括温度、湿度、风速等气象要素的观测数据。计算机模拟计算机根据数学模型和初始条件，计算未来一段时间内的大气状态，进行天气预报。数值天气预报模式是现代天气预报的核心技术，可以提供未来一段时间内的天气预报信息，为防灾减灾提供科学依据。模式预报的降水产品降水量预报预报未来一段时间内的降水量大小。降水概率预报预报未来一段时间内出现降水的可能性。降水类型预报预报未来一段时间内的降水类型，如雨、雪、冰雹等。模式降水预报的检验与评估1观测资料收集实际的降水观测资料。2对比分析将模式预报的降水与实际观测的降水进行对比分析。3评估指标计算各种评估指标，如准确率、漏报率、空报率等。4改进模式根据评估结果，改进数值天气预报模式，提高降水预报的准确率。模式降水预报的检验与评估是提高预报准确率的重要环节。通过不断检验和评估，可以发现模式的不足之处，并加以改进，从而提高预报水平。降水实例分析：华南前汛期暴雨时间每年4-6月。地点华南地区。特点持续时间长、强度大、范围广。华南前汛期暴雨是华南地区重要的降水现象，对农业生产和人民生活具有重要影响。深入分析华南前汛期暴雨的形成机制，可以提高预报准确率，减少灾害损失。华南前汛期环流形势1副热带高压副热带高压的位置和强度对华南前汛期暴雨的发生具有重要影响。2低空切变线低空切变线是华南前汛期暴雨的重要影响系统，可以为暴雨的发生提供触发机制。3南海西南季风南海西南季风可以为华南前汛期暴雨提供充足的水汽。华南前汛期暴雨的发生与多种环流系统的相互作用密切相关。深入分析这些环流系统的特征，可以提高预报准确率。暴雨发生的物理机制水汽输送充足的水汽输送是暴雨发生的必要条件。抬升机制强烈的抬升机制可以使水汽凝结成云致雨。不稳定层结不稳定的大气层结有利于对流发展，增强降水强度。暴雨的发生需要充足的水汽、强烈的抬升机制和不稳定的大气层结等多种因素的共同作用。深入分析这些因素的物理机制，可以提高预报准确率。降水实例分析：北方夏季暴雨时间每年7-8月。地点华北地区。特点强度大、范围小、持续时间短。北方夏季暴雨是华北地区重要的降水现象，对农业生产和人民生活具有重要影响。深入分析北方夏季暴雨的形成机制，可以提高预报准确率，减少灾害损失。北方夏季环流特征副热带高压副热带高压的位置和强度对北方夏季暴雨的发生具有重要影响。1东风波东风波是北方夏季暴雨的重要影响系统，可以为暴雨的发生提供触发机制。2冷空气冷空气的南下可以加强暴雨的强度。3北方夏季暴雨的发生与多种环流系统的相互作用密切相关。深入分析这些环流系统的特征，可以提高预报准确率。暴雨的触发因子分析1地形抬升地形抬升可以触发对流，导致暴雨发生。2锋面辐合锋面辐合可以使空气抬升，导致暴雨发生。3低空切变低空切变可以引起气流辐合，导致暴雨发生。暴雨的触发因子多种多样，包括地形抬升、锋面辐合和低空切变等。深入分析这些触发因子，可以提高暴雨预报的准确率。降水实例分析：台风暴雨1时间每年7-9月。2地点东南沿海地区。3特点强度大、范围广、持续时间长。台风暴雨是东南沿海地区重要的降水现象，对农业生产和人民生活具有重要影响。深入分析台风暴雨的形成机制，可以提高预报准确率，减少灾害损失。台风的结构与特征台风眼眼壁螺旋雨带台风的结构由台风眼、眼壁和螺旋雨带组成。台风眼是台风中心区域，风力较小，天气晴朗；眼壁是台风中心附近区域，风力最强，降水最多；螺旋雨带是围绕台风中心的螺旋状云带，带来大范围降水。台风暴雨的形成机制螺旋雨带降水台风螺旋雨带中的强对流活动导致强降水。地形抬升降水台风环流与地形相互作用，导致气流抬升，形成降水。与冷空气相互作用台风与冷空气相互作用，增强降水强度。台风暴雨的形成机制复杂，包括螺旋雨带降水、地形抬升降水和与冷空气相互作用等。深入分析这些机制，可以提高台风暴雨预报的准确率。降水实例分析：西南涡暴雨时间主要发生在夏季。地点四川盆地及周边地区。特点突发性强、局地性强、强度大。西南涡暴雨是四川盆地及周边地区常见的降水现象，具有突发性强、局地性强、强度大的特点。深入分析西南涡暴雨的形成机制，可以提高预报准确率，减少灾害损失。西南涡的形成与演变1形成在特定环流形势下，四川盆地内形成低涡系统。2发展低涡系统不断发展壮大，水汽和能量不断积聚。3成熟低涡系统达到成熟阶段，降水强度达到最大。4消亡低涡系统逐渐减弱消散，降水减弱。西南涡的形成与演变是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。深入分析西南涡的形成与演变过程，可以提高暴雨预报的准确率。西南涡暴雨的影响洪涝灾害西南涡暴雨容易造成洪涝灾害，淹没农田和城市。泥石流滑坡西南涡暴雨容易诱发泥石流滑坡等地质灾害。交通中断西南涡暴雨容易造成交通中断，影响人们的出行。西南涡暴雨容易造成多种灾害，对社会经济和人民生活造成严重影响。加强对西南涡暴雨的预报预警，可以减少灾害损失。人工影响天气：原理与方法1原理通过人工干预，改变云的微物理过程，促进降水的形成。2方法人工增雨、人工防雹等。3意义缓解旱情、减少冰雹灾害。人工影响天气是一种通过人工干预改变天气现象的技术，可以缓解旱情、减少冰雹灾害等。但人工影响天气的效果受到多种因素的影响，需要科学评估。人工增雨的原理云中播撒通过飞机或火箭向云中播撒催化剂。冰晶效应催化剂促进云中冰晶的形成。降水增加冰晶增长融化，形成降水，增加降水量。人工增雨的原理是通过向云中播撒催化剂，促进云中冰晶的形成，从而增加降水量。催化剂的选择和播撒方式对人工增雨的效果具有重要影响。人工防雹的原理云中播撒向冰雹云中播撒大量的冰核催化剂。竞争机制使云中形成大量的冰雹胚胎，相互竞争水汽。冰雹减小导致冰雹个体减小，甚至融化成雨滴，减少冰雹灾害。人工防雹的原理是通过向冰雹云中播撒大量的冰核催化剂，使云中形成大量的冰雹胚胎，相互竞争水汽，导致冰雹个体减小，甚至融化成雨滴，从而减少冰雹灾害。人工影响天气的效果评估观测数据收集人工影响天气作业前后的气象观测数据。1对比分析将作业前后的气象要素进行对比分析。2统计分析进行统计分析，评估人工影响天气的效果。3人工影响天气的效果评估是判断人工影响天气作业是否有效的重要手段。科学的评估方法可以为人工影响天气的决策提供依据。降水异常与气候变化1极端降水事件增多气候变化导致极端降水事件发生的频率和强度增加。2降水分布变化气候变化导致全球降水分布发生变化，一些地区降水增多，一些地区降水减少。3干旱洪涝风险增加气候变化导致干旱和洪涝的风险增加，对社会经济和人民生活造成威胁。气候变化对降水产生了显著影响，导致极端降水事件增多、降水分布变化和干旱洪涝风险增加。深入研究气候变化对降水的影响，可以为应对气候变化提供科学依据。全球变暖对降水的影响1水汽增加全球变暖导致大气中水汽含量增加。2环流改变全球变暖导致大气环流发生改变。3极端降水事件以上因素共同作用，导致极端降水事件增多。全球变暖对降水的影响是复杂的，涉及到水汽增加、环流改变等多种因素。深入研究这些因素的作用机制，可以更好地理解全球变暖对降水的影响。极端降水事件的增多全球变暖导致极端降水事件增多，对社会经济和人民生活造成严重影响。加强对极端降水事件的监测预警，可以减少灾害损失。未来降水变化的趋势预测部分地区增多高纬度地区和部分热带地区降水可能增多。部分地区减少副热带地区和部分中纬度地区降水可能减少。未来降水变化的趋势预测表明，全球降水分布