中小尺度天氣動力學(xué)

中小尺度天氣動力學(xué)意義1：中小尺度環(huán)流系統(tǒng)是許多災(zāi)害性天氣的制造者和載體。意義2：中小尺度天氣學(xué)是甚短期預(yù)報和臨近預(yù)報的理論基礎(chǔ)長期預(yù)報：7天以上，中期3~7天，短期1~3天，甚短期預(yù)報：0~12小時，臨近預(yù)報：0~2小時。意義3：中小尺度環(huán)流系統(tǒng)是大氣環(huán)流的重要成員。

大尺度環(huán)流系統(tǒng)制約著中尺度的環(huán)流系統(tǒng)中小尺度環(huán)流系統(tǒng)可以影響大尺度環(huán)流系統(tǒng)。中尺度天氣系統(tǒng)和天氣現(xiàn)象強對流天氣（雷暴、超級單體、龍卷、颮線、中尺度對流復(fù)合體等）臺風(fēng)暴雨Supercellthunderstorm楔狀龍卷（WedgeTornado）繩狀龍卷（RopeTornado)在受災(zāi)嚴(yán)重的屏東縣，累積雨量已達(dá)2400毫米。天氣系統(tǒng)的一般分類標(biāo)準(zhǔn)由于中尺度運動包含的空間尺度范圍比較寬廣,一般認(rèn)為對于較大的中尺度運動,靜力平衡仍是一種較好的近似,特別是用尺度分析法討論α中尺度系統(tǒng)的垂直運動方程時,加速度項比氣壓梯度力和浮力項小一個量級。暴雨的降水強度極強，1天最大降水量為1005毫米，6小時最大降水量為685毫米，1小時最大降水量為189.楔狀龍卷（WedgeTornado）小尺度(micro-小于2km)。（雷暴、超級單體、龍卷、颮線、中尺度對流復(fù)合體等）Orlanski1975（四）Orlanski標(biāo)準(zhǔn)美國是世界上出現(xiàn)龍卷最多的國家,平均每年達(dá)403個,1974年4月3～4日,在美國中、東部,24h內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)148個龍卷。小概率和頻譜寬、大振幅事件。楊國祥,中小尺度天氣學(xué),氣象出版社,(1983)。影響中尺度對流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的因子CambridgeUniversityPress.意義2：中小尺度天氣學(xué)是甚短期預(yù)報和臨近預(yù)報的理論基礎(chǔ)美國是世界上出現(xiàn)龍卷最多的國家,平均每年達(dá)403個,1974年4月3～4日,在美國中、東部,24h內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)148個龍卷。1999年5月3日，一共有66個龍卷風(fēng)襲擊俄克拉荷馬州和鄰近的堪薩斯州，造成49人喪生，摧毀了2600間房屋，8000間建筑物受損，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)12億美元，是近年來破壞力最大的龍卷風(fēng)襲擊事件。

2010年7月27日深圳昨日上午將近9點的時候，深圳市國家氣候氣象臺在深圳灣西南部臨近香港一側(cè)的海面上，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)了“水龍卷”，水龍卷是一種罕見的天氣氣象，這是深圳氣象部門首次記錄下活動長達(dá)10多分鐘的“水龍卷”影像資料。2010年7月27日8時50分-9時08分左右MCC颮線19:55颮線3.43.4河南安徽江蘇6.3颮線過程概況2010年8月7日晚11時左右，舟曲縣城東北部山區(qū)突降特大暴雨，降雨量達(dá)97毫米，持續(xù)40多分鐘。但是，甘肅南部舟曲縣氣象資料的降水量在當(dāng)晚和次日晨為零。舟曲縣多年的平均年降水量不到200毫米。經(jīng)過分析表明,造成此次特大山洪泥石流的主要氣象觸發(fā)因素是一場局地性強、短時強度大、突發(fā)性強的短歷時強降雨型的強對流天氣過程;經(jīng)過雷達(dá)、衛(wèi)星資料分析,其天氣系統(tǒng)具有明顯的中尺度特征;這種中尺度天氣系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展是在高空有冷空氣東移南下的大尺度環(huán)流背景下,由低層切變線天氣系統(tǒng)強迫作用造成的。引發(fā)舟曲特大泥石流暴雨的是一具有長生命史的移動性中尺度對流系統(tǒng)（mcs）2009080712:00~080912:00高雄最大累積雨量2419mm，颱風(fēng)逆時旋轉(zhuǎn)引進(jìn)西南氣流，雨量大部分都停留於高雄山區(qū)，導(dǎo)致山崩、土石流造成575人死亡(其中甲仙鄉(xiāng)小林村456人)臺風(fēng)“莫拉克”威力--造成南臺灣50年最重水災(zāi)“莫拉克”臺風(fēng)帶來的強風(fēng)暴雨持續(xù)3天影響臺灣地區(qū)，尤其是大暴雨造成臺灣中南部50年來最嚴(yán)重的水災(zāi)。在受災(zāi)嚴(yán)重的屏東縣，累積雨量已達(dá)2400毫米。東海掀起8米狂浪莫拉克颱風(fēng)期間總累積雨量圖（1）1963年8月上旬河北省特大暴雨（638暴雨）1963年8月上旬，河北省太行山東麓地區(qū)出現(xiàn)了有氣象記錄以來的特大洪水。這次洪水是由為時一星期的持續(xù)性強降水所造成的。過程總降水量的最大值達(dá)到1329毫米，并且8月4日在邢臺專區(qū)的的司蒼站24小時降水量達(dá)到704毫米。這次暴雨強度大，面積廣，這在歷史上是少見的。（2）1975年8月5-7日河南省特大暴雨1975年8月上旬在河南省南部、淮河上游的丘陵地區(qū)發(fā)生一次歷史上罕見的特大暴雨（下稱“758”暴雨），暴雨中心最大過程雨量（8月4日-8日）達(dá)1631毫米，三天（8月5-7日）最大降水量達(dá)1605毫米。圖14.30是5日-7日三天雨量分布圖。最強的雨帶呈西北—東南走向，位于伏牛山麓的迎風(fēng)面。4-8日超過400毫米的降雨面積達(dá)19410平方公里。駐馬店地區(qū)、許昌地區(qū)南部和南陽地區(qū)東北部，雨量普遍大于500毫米，大雨1000毫米的降水區(qū)在京廣鐵路以西薄山水庫西北經(jīng)板橋水庫、石漫灘水庫到方城一帶。暴雨的降水強度極強，1天最大降水量為1005毫米，6小時最大降水量為685毫米，1小時最大降水量為189.5毫米。1小時和6小時雨強均為我國歷史上最高記錄。圖14.301975年8月5-7日雨量分布圖。虛線：100米等高線中小尺度天氣學(xué)的主要內(nèi)容中小尺度天氣系統(tǒng)的基本特征和方程組地形性中尺度環(huán)流自由大氣中非對流性中尺度環(huán)流中尺度對流系統(tǒng)鋒面氣象及臺風(fēng)附近的中尺度雨帶大氣中的不穩(wěn)定與對流的關(guān)系影響中尺度對流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的因子主要參考書：陸漢城,中尺度天氣原理和預(yù)報,氣象出版社,(2000)。楊國祥,中小尺度天氣學(xué),氣象出版社,(1983)。楊國祥等,中尺度氣象學(xué),氣象出版社,(1991)。壽紹文等,中尺度天氣動力學(xué),氣象出版社,(1993)。壽紹文等,中尺度對流系統(tǒng)及其預(yù)報,氣象出版社,(1993)。Lin,Y.-L.,MesoscaleDynamics.CambridgeUniversityPress.(2007)第一章本章重點：天氣系統(tǒng)的一般分類標(biāo)準(zhǔn)中小尺度大氣運動的基本特征中小尺度天氣學(xué)主要研究對象描述中小尺度運動的方程組一、天氣系統(tǒng)分類不同尺度的物理現(xiàn)象性質(zhì)不同，研究方法和工具不同如：大尺度氣旋500~2000km中尺度氣旋10-100km下?lián)舯┝?00km微下?lián)舯┝?km龍卷30-300m1975年8月上旬在河南省南部、淮河上游的丘陵地區(qū)發(fā)生一次歷史上罕見的特大暴雨（下稱“758”暴雨），暴雨中心最大過程雨量（8月4日-8日）達(dá)1631毫米，三天（8月5-7日）最大降水量達(dá)1605毫米。天氣系統(tǒng)的一般分類標(biāo)準(zhǔn)（雷暴、超級單體、龍卷、颮線、中尺度對流復(fù)合體等）(引自Vinnichenko,1970)如何發(fā)現(xiàn)中尺度對流系統(tǒng)？2010年7月27日8時50分-9時08分左右1975年8月上旬在河南省南部、淮河上游的丘陵地區(qū)發(fā)生一次歷史上罕見的特大暴雨（下稱“758”暴雨），暴雨中心最大過程雨量（8月4日-8日）達(dá)1631毫米，三天（8月5-7日）最大降水量達(dá)1605毫米。積云與中尺度系統(tǒng)的相互作用。1999年5月3日，一共有66個龍卷風(fēng)襲擊俄克拉荷馬州和鄰近的堪薩斯州，造成49人喪生，摧毀了2600間房屋，8000間建筑物受損，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)12億美元，是近年來破壞力最大的龍卷風(fēng)襲擊事件。中小尺度天氣學(xué)主要研究對象意義3：中小尺度環(huán)流系統(tǒng)是大氣環(huán)流的重要成員。但是，甘肅南部舟曲縣氣象資料的降水量在當(dāng)晚和次日晨為零。2010年8月7日晚11時左右，舟曲縣城東北部山區(qū)突降特大暴雨，降雨量達(dá)97毫米，持續(xù)40多分鐘。2010年8月7日晚11時左右，舟曲縣城東北部山區(qū)突降特大暴雨，降雨量達(dá)97毫米，持續(xù)40多分鐘。大尺度、中尺度、小尺度（空間尺度分別為106m，105m，104m，時間尺度分別為：105s，104s，103s）分類方法不統(tǒng)一，主要有以下幾種（一）經(jīng)驗分類方法大尺度、中尺度、小尺度（空間尺度分別為106m，105m，104m，時間尺度分別為：105s，104s，103s）（二）動力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)Ro(羅斯貝數(shù))、Fr(弗羅德數(shù))、Ri(里查森數(shù))、Re(雷諾數(shù))

中尺度的定義Ligda(1951)曾把中尺度現(xiàn)象定義為:對常規(guī)高空探測網(wǎng)(間隔幾百千米)來說太小,以致完全捕捉不到;對單站雷達(dá)觀測又太大(缺乏遙感能力),而不能完全觀測得到的那些大氣現(xiàn)象。因而將中尺度描述性地定義為時間尺度和空間尺度比常規(guī)探測站網(wǎng)小,但比積云單體又大得多的一種尺度,即它們的水平尺度約為幾千米到幾百千米,時間尺度約為1～12h。Pielk把中尺度運動定義為:“它是這樣的大氣系統(tǒng),它們的水平范圍足夠的大,以致維持著流體靜力近似,但又足夠的小,以致在邊界層以上地轉(zhuǎn)風(fēng)和梯度風(fēng)作為實際風(fēng)環(huán)流近似已不合適”，這種流體靜力近似主要適用于中尺度運動中的尺度較大的系統(tǒng)。表1.1不同尺度的運動特征（三）歐美、日本標(biāo)準(zhǔn)歐美和日本氣象界,一般以水平空間尺度作為劃分標(biāo)準(zhǔn),將大氣過程區(qū)分為：大尺度(macro-大于2000km),中尺度(meso-2～2000km),小尺度(micro-小于2km)。而在日本又于中尺度和大尺度之間,給出中間尺度(intermediatescale,水平尺度為200～2000km之間)的定義。（四）Orlanski標(biāo)準(zhǔn)如何發(fā)現(xiàn)中尺度對流系統(tǒng)？雷達(dá)加密觀測數(shù)值模擬莫拉克颱風(fēng)期間總累積雨量圖中尺度(meso-2～2000km),中低壓、中高壓、超級單體、MCC、颮線等。這次洪水是由為時一星期的持續(xù)性強降水所造成的。Supercellthunderstorm楔狀龍卷（WedgeTornado）（2）氣象要素梯度大。1975年8月上旬在河南省南部、淮河上游的丘陵地區(qū)發(fā)生一次歷史上罕見的特大暴雨（下稱“758”暴雨），暴雨中心最大過程雨量（8月4日-8日）達(dá)1631毫米，三天（8月5-7日）最大降水量達(dá)1605毫米。積云與中尺度系統(tǒng)的相互作用。2010年8月7日晚11時左右，舟曲縣城東北部山區(qū)突降特大暴雨，降雨量達(dá)97毫米，持續(xù)40多分鐘。KerryEmanuel,Professor,AtmosphericScience,MassachusettsInstituteofTechnology(MIT)但是對于β中尺度,尤其是γ中尺度運動,準(zhǔn)靜力平衡假定對所描述的中尺度系統(tǒng)有明顯的歪曲,中小尺度環(huán)流系統(tǒng)可以影響大尺度環(huán)流系統(tǒng)。天氣系統(tǒng)的一般分類標(biāo)準(zhǔn)意義2：中小尺度天氣學(xué)是甚短期預(yù)報和臨近預(yù)報的理論基礎(chǔ)Dr.KerryEmanuel,Professor,AtmosphericScience,MassachusettsInstituteofTechnology(MIT)

IsidoroOrlanski

Tetsuya“Ted”Fujita,1920-1998

Ogura1963小倉Fujita（藤田哲也）1963Orlanski1975暴雨的降水強度極強，1天最大降水量為1005毫米，6小時最大降水量為685毫米，1小時最大降水量為189.這次暴雨強度大，面積廣，這在歷史上是少見的。中小尺度天氣學(xué)主要研究對象Pielk把中尺度運動定義為:“它是這樣的大氣系統(tǒng),它們的水平范圍足夠的大,以致維持著流體靜力近似,但又足夠的小,以致在邊界層以上地轉(zhuǎn)風(fēng)和梯度風(fēng)作為實際風(fēng)環(huán)流近似已不合適”，這種流體靜力近似主要適用于中尺度運動中的尺度較大的系統(tǒng)。楔狀龍卷（WedgeTornado）歐美和日本氣象界,一般以水平空間尺度作為劃分標(biāo)準(zhǔn),將大氣過程區(qū)分為：中小尺度環(huán)流系統(tǒng)可以影響大尺度環(huán)流系統(tǒng)。1975年8月上旬在河南省南部、淮河上游的丘陵地區(qū)發(fā)生一次歷史上罕見的特大暴雨（下稱“758”暴雨），暴雨中心最大過程雨量（8月4日-8日）達(dá)1631毫米，三天（8月5-7日）最大降水量達(dá)1605毫米。（2）1975年8月5-7日河南省特大暴雨天氣系統(tǒng)的一般分類標(biāo)準(zhǔn)（2）氣象要素梯度大。意義2：中小尺度天氣學(xué)是甚短期預(yù)報和臨近預(yù)報的理論基礎(chǔ)鋒面氣象及臺風(fēng)附近的中尺度雨帶2010年7月27日8時50分-9時08分左右莫拉克颱風(fēng)期間總累積雨量圖中小尺度天氣學(xué)主要研究對象（一）由大氣內(nèi)部過程綜合作用為主衍生的系統(tǒng)

中低壓、中高壓、超級單體、MCC、颮線等。（二）由地形中不均勻的下墊面引起強迫作用導(dǎo)致的系統(tǒng)二、中尺度大氣運動的基本特征(1)空間尺度小,生命期短。β中尺度系統(tǒng)的水平尺度(L)一般為20～200km,垂直尺度(H)為10km左右,H/L