强对流预报的若干问题.pptx

强对流预报的若干问题强对流预报的若干问题 概要概要雷暴、雷雨大风、冰雹等强对流天气短雷暴、雷雨大风、冰雹等强对流天气短时临近预报时临近预报产生强对流的基本条件与探空理解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雷暴、雷雨大风、冰雹等强对流天气预报思路报思路雷电预报雷电预报 雷电发生的环境物理量特征雷电发生的环境物理量特征雷电发生的有利条件雷电发生的有利条件低层暖湿。低层暖湿。大气层结不稳定，但不稳定度要求不是太高。大气层结不稳定，但不稳定度要求不是太高。0层层-20层高度差一般在层高度差一般在3.0km3.5km之之间。间。雷电预报雷电预报低层暖湿低层暖湿闪电数较多的雷暴日其闪电数较多的雷暴日其KI指数、气柱中水指数、气柱中水汽总量汽总量pw、比湿和假相当位温均比常年同、比湿和假相当位温均比常年同期明显偏大期明显偏大雷电预报雷电预报大气层结不稳定大气层结不稳定Si指数和指数和Li指数指数24月大于月大于0时可以出现雷暴，但其值远小时可以出现雷暴，但其值远小于历史同期值。于历史同期值。59月一般小于月一般小于0，由于对稳定度的要求不，由于对稳定度的要求不是太高，是太高，相应的对流抑制能量也较小，多数不足相应的对流抑制能量也较小，多数不足100J.kg-1，较少超过，较少超过300 J.kg-1。雷电预报雷电预报0层层-20层高度差一般在层高度差一般在3.0km3.5km之间。之间。0层层-20层高度差太大，使不同相态的粒层高度差太大，使不同相态的粒子数浓度降低，碰撞机会降低，不利于电荷的子数浓度降低，碰撞机会降低，不利于电荷的分离。分离。雷电预报雷电预报闪电与闪电与0-20的雷达反射率因子对应关的雷达反射率因子对应关系较好，尤其是初始闪电。系较好，尤其是初始闪电。0层大约为层大约为23dBZ，-10层大约为层大约为19dBZ，-15层大约为层大约为16dBZ，-20层大约为层大约为14dBZ。高于该值时闪电的发生概率开始加大。高于该值时闪电的发生概率开始加大。雷电预报雷电预报0高度的基本反射率因子与闪电的发生概高度的基本反射率因子与闪电的发生概率对应关系最好率对应关系最好50dBZ附近最易于产生闪电，概率高达附近最易于产生闪电，概率高达35%，其次是，其次是-10、-15、-20。雷电预报雷电预报一般闪电与一般闪电与VIL10kg/m2的区域对应较好的区域对应较好回波回波顶高低于顶高低于7km时闪电基本不发生时闪电基本不发生回波回波顶高高于顶高高于7km后，闪电概率随着回波后，闪电概率随着回波的高度的加大而快速上升的高度的加大而快速上升1 1、强对流的基本要件与探空理解、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、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T850-T500），中低层假相当位温差（如se850-se500），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-对对T-lnPT-lnP图的理解图的理解远远比这些数值更有价值远远比这些数值更有价值。对应的对应的K指数分别为指数分别为41、40(数值很接近数值很接近)，后者，后者CAPE值值是前者的两倍以上，而前者是前者的两倍以上，而前者SI指数所表现出的不稳定更强指数所表现出的不稳定更强,但但对应的强对流现象完全不同。前者主要以强降水（对应的强对流现象完全不同。前者主要以强降水（2010年年5月月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年年5月月5日重庆的风雹灾害日重庆的风雹灾害-对应的对流活动更剧烈）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时间的维持和发展维持和发展，因此，因此，龙卷、大雹龙卷、大雹、强烈的、强烈的雷暴大风雷暴大风一般在低空强烈的垂直切变环境中发展一般在低空强烈的垂直切变环境中发展 边界层内边界层内水汽水汽和中层和中层干空气干空气不断不断流入流入对流风暴对流风暴-维持风暴维持风暴发展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）积云初生阶段（由低空辐合启动）雹云成熟阶段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弱切变对流暴雨回波2009-7-6日天津(1)环境大气垂直切变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CAPECAPE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-20-20 0 020112011年年4 4月月1717日广州强对流（冰雹、雷暴大风、对流暴雨）的探空（清远：日广州强对流（冰雹、雷暴大风、对流暴雨）的探空（清远：0808时）和雷达回波垂直剖面（广州，时）和雷达回波垂直剖面（广州，1313：5757）低空液态水（低空液态水（LFCLFC位于位于2020层）被强烈上升运动迅速推升至层）被强烈上升运动迅速推升至-20-20层以上（层以上（CAPECAPE释放），形成释放），形成大雹大雹；在环境风作用下形成低层入流；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，造成地面池，造成地面雷暴大风雷暴大风；冰雹下落过程中部分融化的大雨滴与暖；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，出现云区内的水滴并碰过程形成更大雨滴，出现短时暴雨短时暴雨。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、具有强烈低空强烈低空垂直切变垂直切变的对流性的对流性暴雨暴雨（广（广州，州，2010-5-7-00）,伴有雷暴伴有雷暴大风大风C、北京一次对流性暴雨（2008-8-10）回波悬垂B、弱垂、弱垂直切变直切变对流性对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、弱垂直切变直切变对流性对流性暴雨回暴雨回波剖面波剖面（2008-8-14日，日，北京）北京）回波悬垂关于探空分析中需要提示的几点：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、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(100-101)-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！新生雷暴新生雷暴5、雷暴传播与积云代谢过程、雷暴传播与积云代谢过程雷暴移动（天气动力学过程）雷暴移动（天气动力学过程）的本质是的本质是积云新陈代谢过程（云物理积云新陈代谢过程（云物理与云动力学过程与云动力学过程），传播速度受对流强度（与冷池强度对应）、低），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）控制空入流和对流层中层风速大小（对应于垂直风切变）控制飑飑线线的的形形变变与与传传播播强对流天气预报思路强对流天气预报思路了解当地的强对流天气了解当地的强对流天气时空分布时空分布特征特征了解不同季节造成强对流天气的主要影响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系统和天气系统配置在分季节潜势预报基础上在分季节潜势预报基础上,关注强对流天气关注强对流天气的的触发机制触发机制：高空槽、干线（露点锋）、高空槽、干线（露点锋）、低层辐合线、低涡等低层辐合线、低涡等冰雹预报冰雹预报有利于冰雹生成的环境条件是有利于冰雹生成的环境条件是上干下湿上干下湿，具有，具有较较强而深厚的垂直风切变强而深厚的垂直风切变和强上升气流（大的对流和强上升气流（大的对流有效位能），有效位能），适宜的适宜的0和和-20高度高度。0层高度层高度一般在一般在4km左右，左右，-20层高度在层高度在7.5km附近或以附近或以下有利于冰雹生长下有利于冰雹生长反射率因子大于反射率因子大于50dBZ，有，有高悬的强回波高悬的强回波低层反射率因子梯度大低层反射率因子梯度大垂直累计液态含水量垂直累计液态含水量VIL通常在通常在40kgm-2以上以上，三三体散射体散射特征表示有超过特征表示有超过2cm以上大冰雹以上大冰雹卫星云图上的卫星云图上的V字形尖角区域字形尖角区域雷雨大风预报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雷雨大风天气时，大气层结垂直结构有一个明显的特征：即的特征：即对流层中层存在一个相对干的气层对流层中层存在一个相对干的气层,对对流层中下层的环境温度直减率较大流层中下层的环境温度直减率较大,且越接近于干且越接近于干绝热越有利绝热越有利雷暴大风识别主要关注是否有雷暴大风识别主要关注是否有中气旋、弓形回波、中气旋、弓形回波、阵风锋和强中层辐合阵风锋和强中层辐合等，当雷暴在距离雷达等，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，以内时，除了弓形回波、中层径向辐合和中气旋，主要看主要看低空是否有径向速度超过低空是否有径向速度超过20m.s-1 以上的以上的大值区存在大值区存在龙卷预报龙卷预报龙卷产生的有利条件分别是龙卷产生的有利条件分别是低的抬升凝结高度和低的抬升凝结高度和近地面层近地面层(0-1km)较大的垂直风切变较大的垂直风切变。龙卷的垂直。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，整体而言的风切变，整体而言风暴相对螺旋度的高值区风暴相对螺旋度的高值区对对龙卷有一定的指示预警作用。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龙卷主要通过径向速度场去识别和预警，强度场，强度场上没有典型的特征，雷达反射率因子一般在上没有典型的特征，雷达反射率因子一般在40dBZ以上。如果雷达位置合适，一般都存在以上。如果雷达位置合适，一般都存在TVS，最大速度差，最大速度差24 m.s-1，TVS的底部达到雷的底部达到雷达可探测的最低高度。达可探测的最低高度。