强对流预报的若干问题

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,强对流预报的若干问题,概要,雷暴、雷雨大风、冰雹等强对流天气短时临近预报,产生强对流的基本条件与探空理解,雷暴、雷雨大风、冰雹等强对流天气预报思路,雷电预报,雷电发生的环境物理量特征,雷电发生的有利条件,低层暖湿。,大气层结不稳定，但不稳定度要求不是太高。,0,层,-20,层高度差一般在,3.0km,3.5km,之间。,雷电预报,低层暖湿,闪电数较多的雷暴日其,KI,指数、气柱中水汽总量,pw,、比湿和假相当位温均比常年同期明显偏大,雷电预报,大气层结不稳定,Si,指数和,Li,指数,2,4,月大于,0,时可以出现雷暴，但其值远小于历史同期值。,5,9,月一般小于,0,，由于对稳定度的要求不是太高，,相应的对流抑制能量也较小，多数不足,100J.kg,-1,，较少超过,300 J.kg,-1,。,雷电预报,0,层,-20,层高度差一般在,3.0km,3.5km,之间。,0,层,-20,层高度差太大，使不同相态的粒子数浓度降低，碰撞机会降低，不利于电荷的分离。,雷电预报,闪电与,0,-20,的雷达反射率因子对应关系较好，尤其是初始闪电。,0,层大约为,23dBZ,，,-10,层大约为,19dBZ,，,-15,层大约为,16dBZ,，,-20,层大约为,14dBZ,。,高于该值时闪电的发生概率开始加大。,雷电预报,0,高度的基本反射率因子与闪电的发生概率对应关系最好,50dBZ,附近最易于产生闪电，概率高达,35%,，其次是,-10,、,-15,、,-20,。,雷电预报,一般闪电与,VIL,10kg/m,2,的区域对应较好,回波,顶高低于,7km,时闪电基本不发生,回波,顶高高于,7km,后，闪电概率随着回波的高度的加大而快速上升,1,、强对流的基本要件与探空理解,层结不稳定、垂直切变、水汽、抬升运动,层结不稳定,可以用,K,指数、,SI,指数、中低层温差（如,T,850,-T,500,），中低层假相当位温差（如,se,850,-,se,500,），,CAPE,等等来表示,尽管它们之间存在明显相关（正或负），但是，,每一个指数物理意义不同，对对流现象的指示意义不同,-,对,T-lnP,图的理解远远比这些数值更有价值,。,对应的,K,指数分别为,41,、,40(,数值很接近,),，后者,CAPE,值是前者的两倍以上，而前者,SI,指数所表现出的不稳定更强,但对应的强对流现象完全不同。前者主要以强降水（,2010,年,5,月,6,日夜间广州对流性暴雨）为主，而后者对应雷暴大风和冰雹（,2010,年,5,月,5,日重庆的风雹灾害,-,对应的对流活动更剧烈）,;,2,、干冷空气的作用与表现方式,在,强对流,过程中之所以强调,干冷空,是由于,:,(1),能够形成如图所示的层结,;,(2),干冷平流过程使得环境大,气不稳定能量得以维持,;,(3),对流过程中干冷空气被卷入,对流风暴中形成冷却蒸发是,雷暴大风,的能量源,;,(4),造成,0,-20,高度下降，,利于,冰雹,的形成,.,-,因此,对流暴雨不一定需要强烈,的干冷空气作用,干冷空气的表现方式,对流层中层,(500hPa),冷槽、干线（中分析要件）,水汽卫星云图中对应的暗区,3,、垂直切变的意义,强烈的垂直切变是对流能否发展和维持的关键因素,强的垂直风切变破坏了雷暴的自毁机制，使对流得以较长时间的,维持和发展,，因此，,龙卷、大雹,、强烈的,雷暴大风,一般在低空强烈的垂直切变环境中发展,边界层内,水汽,和中层,干空气,不断,流入,对流风暴,-,维持风暴发展,中低层强垂直切变是对流倾斜风暴和悬垂结构的动力因子,-,强垂直切变是龙卷、大雹、雷暴大风产生的必要条件,对流云的发展与环境气流的关系,积云初生阶段（由低空辐合启动）,雹云成熟阶段,江苏徐州一次冰雹过程的实际观测回波,(2005-6-15,日,00,时,),弱切变对流暴雨回波,2009-7-6,日天津,(1),环境大气垂直切变,的强弱决定了云的悬垂、倾斜角度、云毡大小等结构，形成不同对流现象,（,2,）环境,CAPE,的大小决定了云中上升运动的强弱,-,云的发展高度,并碰过程的剧烈程度,雨滴或雹经大小,-20,0,2011,年,4,月,17,日广州强对流（冰雹、雷暴大风、对流暴雨）的探空（清远：,08,时）和雷达回波垂直剖面（广州，,13,：,57,）,低空液态水（,LFC,位于,20,层）被强烈上升运动迅速推升至,-20,层以上（,CAPE,释放），形成,大雹,；在环境风作用下形成低层入流缺口（西南气流造成向东北方向的缺口）和悬垂（西北气流造成向东南方向倾斜），冰雹下落过程的拖曳作用与蒸发作用形成冷池，造成地面,雷暴大风,；冰雹下落过程中部分融化的大雨滴与暖云区内的水滴并碰过程形成更大雨滴，出现,短时暴雨,。,但是，低空垂直切变的强度不是对流性暴雨的必要条件,A,、具有,强烈低空垂直切变的对流性暴雨,（广州，,2010-5-7-00,）,伴有雷暴大风,C,、北京一次对流性暴雨（,2008-8-10,）,回波悬垂,B,、弱垂直切变对流性暴雨回波剖面（,2009-7-6,日，天津）,D,、弱垂直切变对流性暴雨回波剖面（,2008-8-14,日，北京）,回波悬垂,关于探空分析中需要提示的几点：,（,1,）在大冰雹、龙卷和强烈的雷暴大风过程中，,低空垂直切变（,700hPa,以下）更具有指示意义,；,（,2,）,风向的垂直切变,（如对头风）比同向风（风速）的垂直切变（仅仅表现为风速的垂直变化）更重要,-,它,是形成悬垂结构的核心动力因子,；,（,3),在垂直切变中，需要密切注意,边界层内（如,9251000hPa),风矢量大小,：它既是悬垂结构强迫因子，也是雷暴入流性质的核心,-,决定水汽供应和热力不稳定维持（低空暖湿属性）,（,4,）形成强下击暴流（地面表现为雷暴大风）的,边界层（如,925hPa,以下）内的温度廓线常常表现为近似于干绝热结构,-,这是由于对应,DCAPE,大值,4,、垂直运动与抬升作用（,1,）,从大尺度资料或再分析资料中诊断出的,上升速度,不代表中尺度强对流系统中的上升运动，它的量级要比水平运动（,cm/s),大,2-3,个量级，它比实际对流过程中的上升运动或下沉运动要弱得多,-,在对流过程中起到抬升作用,（,2,）中尺度,对流系统中的垂直运动,主要是浮力产生的,(CAPE),，在强对流过程中，它的量级与水平运动量级相当,(10,0,-10,1,)-,即是,抬升运动速度的近百倍,（,3,）雷暴大风、冰雹、龙卷等强对流过程发生环境与暴雨的一般区别往往表现在：,雷暴大风、冰雹、龙卷的环境上升运动中心（最大抬升运动中心）一般在对流层底,（,850hPa,以下,)-,起到对不稳定气块的抬升作用,;,暴雨往往对应于深厚的上升运动,（,4,）对于,大范围的强对流过程（如飑线系统,），多数情况下，在对流启动前，我们可以在,常规天气图上发现启动因子,（抬升触发条件）,-,特别是,对流层低层,，如,925,（平原）或,850700hPa,（高原）上的风切变、地面辐合线、露点锋（干线）、传统锋面或副冷锋等等（这些可以通过中分析得到基本判断）,（,5,）对于局地强对流过程，中尺度抬升触发机制，需要特别注意的是：对于有地形、海岸线、大湖面的区域，,地形辐合线、海风锋和湖风锋,（午后由水面吹向陆地）的触发作用,-,总之，对于强对流的启动来说，边界层内的系统是预报的核心因素：没有,低层暖湿气块的强迫抬升,是不可能发生灾害性强对流天气的！,新生雷暴,5,、雷暴传播与积云代谢过程,雷暴移动（天气动力学过程）,的本质是,积云新陈代谢过程（云物理与云动力学过程,），传播速度受对流强度（与冷池强度对应）、低空入流和对流层中层风速大小（对应于垂直风切变）控制,飑线的形变与传播,强对流天气预报思路,了解当地的强对流天气,时空分布,特征,了解不同季节造成强对流天气的主要影响系统和天气系统配置,在分季节潜势预报基础上,关注强对流天气的,触发机制,：,高空槽、干线（露点锋）、低层辐合线、低涡等,冰雹预报,有利于冰雹生成的环境条件是,上干下湿,，具有,较强而深厚的垂直风切变,和强上升气流（大的对流有效位能），,适宜的,0,和,-20,高度,。,0,层高度一般在,4km,左右，,-20,层高度在,7.5km,附近或以下有利于冰雹生长,反射率因子大于,50dBZ,，有,高悬的强回波,低层反射率因子梯度大,垂直累计液态含水量,VIL,通常在,40kg,m,-2,以上,，,三体散射,特征表示有超过,2cm,以上大冰雹,卫星云图上的,V,字形尖角区域,雷雨大风预报,雷雨大风天气时，大气层结垂直结构有一个明显的特征：即,对流层中层存在一个相对干的气层,对流层中下层的环境温度直减率较大,且越接近于干绝热越有利,雷暴大风识别主要关注是否有,中气旋、弓形回波、阵风锋和强中层辐合,等，当雷暴在距离雷达,65km,以内时，除了弓形回波、中层径向辐合和中气旋，主要看,低空是否有径向速度超过,20m.s,-1,以上的大值区存在,龙卷预报,龙卷产生的有利条件分别是,低的抬升凝结高度和近地面层,(0-1km),较大的垂直风切变,。龙卷的垂直风切变远远大于冰雹和雷雨大风，尤其是中低层的风切变，整体而言,风暴相对螺旋度的高值区,对龙卷有一定的指示预警作用。,龙卷主要通过径向速度场去识别和预警,，强度场上没有典型的特征，雷达反射率因子一般在,40dBZ,以上。如果雷达位置合适，一般都存在,TVS,，最大速度差,24 m.s,-1,，,TVS,的底部达到雷达可探测的最低高度。,谢谢！,