如何理解強對流過程的形成與維持-孫繼松

1、怎么理解強對流過程的怎么理解強對流過程的形成與維持形成與維持?2014年年3月月概要 強對流的基本條件與探空理解 干冷空氣的表現(xiàn)方式與作用 垂直切變的意義 垂直運動與抬升作用 前傾槽結(jié)構(gòu)的天氣學(xué)意義1 1、強對流的基本要件與探空理解、強對流的基本要件與探空理解 層結(jié)不穩(wěn)定、垂直切變、水汽、抬升運動 層結(jié)不穩(wěn)定可以用K指數(shù)、SI指數(shù)、中低層溫差（如T850-T500），中低層假相當(dāng)位溫差（如se850- se500），CAPE等等來表示,盡管它們之間存在明顯相關(guān)（正或負(fù)），但是，每一個指數(shù)物理意義不同(大多是經(jīng)驗指標(biāo)），對對流現(xiàn)象的指示意義不同-對對T-lnPT-lnP圖的理解遠(yuǎn)遠(yuǎn)比這些數(shù)值更有

2、價值圖的理解遠(yuǎn)遠(yuǎn)比這些數(shù)值更有價值。對應(yīng)的對應(yīng)的K指數(shù)分別為指數(shù)分別為41、40(數(shù)值很接近數(shù)值很接近)，后者，后者CAPE值值是前者的兩倍以上，而前者是前者的兩倍以上，而前者SI指數(shù)所表現(xiàn)出的不穩(wěn)定更強指數(shù)所表現(xiàn)出的不穩(wěn)定更強, 但但對應(yīng)的強對流現(xiàn)象完全不同。前者主要以強降水（對應(yīng)的強對流現(xiàn)象完全不同。前者主要以強降水（2010年年5月月6日夜間廣州對流性暴雨）為主，而后者對應(yīng)雷暴大風(fēng)和冰雹日夜間廣州對流性暴雨）為主，而后者對應(yīng)雷暴大風(fēng)和冰雹（2010年年5月月5日重慶的風(fēng)雹災(zāi)害日重慶的風(fēng)雹災(zāi)害-對應(yīng)的對流活動更劇烈）對應(yīng)的對流活動更劇烈）;2、干冷空氣的作用與表現(xiàn)方式在強對流過程中之所以強

3、調(diào)干冷空是由于:(1)能夠形成如圖所示的層結(jié);(2)干冷平流過程使得環(huán)境大 氣不穩(wěn)定能量得以維持;(3)對流過程中干冷空氣被卷入 對流風(fēng)暴中形成冷卻蒸發(fā)是 雷暴大風(fēng)的能量源;(4)造成0,-20 高度下降， 利于冰雹的形成.-因此,對流暴雨不一定需要強烈的干冷空氣作用干冷空氣的表現(xiàn)方式 對流層中層(500hPa)冷槽、干線（中分析要件） 水汽衛(wèi)星云圖中對應(yīng)的暗區(qū) 3、垂直切變的意義 強烈的垂直切變是對流能否發(fā)展和維持的關(guān)鍵因素強烈的垂直切變是對流能否發(fā)展和維持的關(guān)鍵因素強的垂直風(fēng)切變破壞了雷暴的自毀機制，使對流得以較長強的垂直風(fēng)切變破壞了雷暴的自毀機制，使對流得以較長時間的時間的維持和發(fā)展維持

4、和發(fā)展，因此，因此，龍卷、大雹龍卷、大雹、強烈的、強烈的雷暴大風(fēng)雷暴大風(fēng)一般在低空強烈的垂直切變環(huán)境中發(fā)展一般在低空強烈的垂直切變環(huán)境中發(fā)展 邊界層內(nèi)邊界層內(nèi)水汽水汽和中層和中層干空氣干空氣不斷不斷流入流入對流風(fēng)暴對流風(fēng)暴-維持風(fēng)暴維持風(fēng)暴發(fā)展發(fā)展中低層強垂直切變是對流傾斜風(fēng)暴和懸垂結(jié)構(gòu)的動力因子中低層強垂直切變是對流傾斜風(fēng)暴和懸垂結(jié)構(gòu)的動力因子-強垂直切變是龍卷、大雹、雷暴大風(fēng)產(chǎn)生的必要條件強垂直切變是龍卷、大雹、雷暴大風(fēng)產(chǎn)生的必要條件強回波懸垂冰雹過程中雷達強度、徑向速度圖 干冷空氣卷入暖濕空氣入流 但是，低空垂直切變的強度不是對流性暴雨的必要條件但是，低空垂直切變的強度不是對流性暴雨的必

5、要條件A、具有、具有強烈低空強烈低空垂直切變垂直切變的對流性的對流性暴雨暴雨（廣（廣州，州，2010-5-7-00）,伴有雷暴伴有雷暴大風(fēng)大風(fēng)C、北京一次對流性暴雨（2008-8-10）回波懸垂B、弱垂、弱垂直切變直切變對流性對流性暴雨回暴雨回波剖面波剖面（2009-7-6日，日，天津）天津）D、弱垂、弱垂直切變直切變對流性對流性暴雨回暴雨回波剖面波剖面（2008-8-14日，日，北京）北京）回波懸垂 關(guān)于探空分析中需要提示的幾點：關(guān)于探空分析中需要提示的幾點：（1）在大冰雹、龍卷和強烈的雷暴大風(fēng)過程中，低空垂直切變（700hPa以下）更具有指示意義；（2）風(fēng)向的垂直切變（如對頭風(fēng)）比同向風(fēng)（

6、風(fēng)速）的垂直切變（僅僅表現(xiàn)為風(fēng)速的垂直變化）更重要-它是形成懸垂結(jié)構(gòu)的核心動力因子；（3) 在垂直切變中，需要密切注意邊界層內(nèi)（如9251000hPa)風(fēng)矢量大小：它既是懸垂結(jié)構(gòu)強迫因子，也是雷暴入流性質(zhì)的核心-決定水汽供應(yīng)和熱力不穩(wěn)定維持（低空暖濕屬性）-為什么在我國發(fā)生的龍卷大多發(fā)生在強降水過程中？可能與局地強降水激發(fā)的中尺度邊界層急流造成的強烈垂直切變有關(guān)（4）形成強下?lián)舯┝鳎ǖ孛姹憩F(xiàn)為雷暴大風(fēng)）的邊界層（如925hPa以下）內(nèi)的溫度廓線常常表現(xiàn)為近似于干絕熱結(jié)構(gòu)-這是由于對應(yīng)DCAPE大值 4、垂直運動與抬升作用、垂直運動與抬升作用（1） 從大尺度資料或再分析資料中診斷出的上升速度不代

7、表中尺度強對流系統(tǒng)中的上升運動，它的量級要比水平運動（cm/s)大 2-3個量級，它比實際對流過程中的上升運動或下沉運動要弱得多-在對流過程中起到抬升作用（2）中尺度對流系統(tǒng)中的垂直運動主要是浮力產(chǎn)生的(CAPE)，在強對流過程中，它的量級與水平運動量級相當(dāng)(100-101)-即是抬升運動速度的近百倍（3）雷暴大風(fēng)、冰雹、龍卷等強對流過程發(fā)生環(huán)境與暴雨的一般區(qū)別往往表現(xiàn)在： 雷暴大風(fēng)、冰雹、龍卷的環(huán)境上升運動中心（最大抬升運動中心）一般在對流層底（850hPa以下)-起到對不穩(wěn)定氣塊的抬升作用;暴雨往往對應(yīng)于深厚的上升運動（4） 對于大范圍的強對流過程（如颮線系統(tǒng)），多數(shù)情況下，在對流啟動前，

8、我們可以在常規(guī)天氣圖上發(fā)現(xiàn)啟動因子（抬升觸發(fā)條件）-特別是對流層低層，如925（平原）或850700hPa（高原）上的風(fēng)切變、地面輻合線、露點鋒（干線）、傳統(tǒng)鋒面或副冷鋒等等（這些可以通過中分析得到基本判斷）（5） 對于局地強對流過程，中尺度抬升觸發(fā)機制，需要特別注意的是：對于有地形、海岸線、大湖面的區(qū)域，地形輻合線、海風(fēng)鋒和湖風(fēng)鋒（午后由水面吹向陸地）的觸發(fā)作用-總之，對于強對流的啟動來說，邊界層內(nèi)的系統(tǒng)是預(yù)報的核心因素：沒有低層暖濕氣塊的強迫抬升是不可能發(fā)生災(zāi)害性強對流天氣的！ R=(q) Et ， 降水量的大小取決于：降水量的大小取決于： 云底的垂直水汽通量云底的垂直水汽通量（q）強對流

9、的云底高度與強對流的云底高度與CCL對應(yīng)、對應(yīng)、凝結(jié)效率（凝結(jié)效率（E）和降水時間）和降水時間(t） 凝結(jié)效率（凝結(jié)效率（E）取決于水平溫度梯度（斜壓性）和垂直溫度）取決于水平溫度梯度（斜壓性）和垂直溫度梯度（層結(jié)穩(wěn)定度）梯度（層結(jié)穩(wěn)定度） 云中對流云中對流 （2CAPE）1/2 2/3（或（或1/2） 在同等比濕條件下（在同等比濕條件下（ q ），），強對流降水的降水效率比層云降強對流降水的降水效率比層云降水效率水效率（由大尺度上升運動提供上升運動）（由大尺度上升運動提供上升運動）高幾十至百倍高幾十至百倍； 盡管大多數(shù)數(shù)值預(yù)報模式中考慮了對流降水過程，但是盡管大多數(shù)數(shù)值預(yù)報模式中考慮了對流降

10、水過程，但是真實真實的強對流降水至少是模式預(yù)報降水效率的的強對流降水至少是模式預(yù)報降水效率的35倍倍（取決于對（取決于對流強度）流強度）怎么理解（估算）強對流降水強度？怎么理解（估算）強對流降水強度？5 5、前傾槽的天氣學(xué)意義、前傾槽的天氣學(xué)意義 一般前傾槽空間配置結(jié)構(gòu)的天氣系統(tǒng)，存在滿足上述強對流發(fā)生的熱、動力學(xué)特征和啟動機制：（1）熱力不穩(wěn)定加強與水汽供應(yīng)機制熱力不穩(wěn)定加強與水汽供應(yīng)機制：在對流層中，溫度槽一般是落后氣壓槽的，意味著500hPa槽后顯然存在較強烈的干冷平流，而對流層低層仍然處于暖濕區(qū)或暖濕平流控制下，形成所謂“上干冷、下暖濕”的層結(jié)，這種結(jié)構(gòu)非常有利于熱力不穩(wěn)定層結(jié)加強；（2）垂直切變維持機制垂直切變維持機制：在大多數(shù)情況下，西風(fēng)槽