暴雨过程发生发展条件天气学分析
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4 表示水汽的物理量
假相当位温和湿静力总温度:这两个物理量 是两套温标中不同的表达,都是温湿特征的物 理量,在某种意义上都可以反应出饱和差。 湿静力总温度是大气中显热能、潜热能和位 能的综合,和假相当位温一样,其数值可以反 映出气柱的显热能和潜热能的状态,其高值也 可以表示大气的高温和高湿特征。 饱和差一般要和假相当位温和湿静力总温度 这两个反应大气温湿特征的物理量配合使用。
水汽通量散度: 反应大气中水汽聚集和消耗的物理量。 这个物理量是急流输送来得水汽能否在暴 雨区里凝结并转化为雨的关键,在暴雨的预 报中具有十分重要的意义。
4 表示水汽的物理量
水汽通量是水汽在空中流动的概念,就 像水在水管里的流动一样,可以分析水汽 通道的形状,水汽是从何处流来,流往什 么地方去,流来流走,数值的大小都还不 好说是下雨的佐证。只有在空中水汽流来 的多,流走的少,形成水汽辐和才会下雨。 也就是说只有当水管破裂,水才能流得出 来。因此,水汽的辐和才可以反应出是否 有降水发生的物理量。
3 暴雨研究的现状
说道这里,可能大家要提出疑问了: 我们不是还有可以看到各种尺度的卫星云图和雷达 资料吗? 云图由上向下探测,只能看到云顶的特征,云中、 云下也只能靠分析来完成。 雷达是由下向上探测,而且,只有有降水发生时才 有降水回波,来做短时外推的预报。 这两种资料只是我们做暴雨预报必不可少的资料之 一,还不能说是我们需要资料的全部。即使我们在 90年代的后期,增加一些地面自动观测站,弥补了 资料密度不足的部分问题,也还不能完全了解暴雨 的内部结构。 所以我说,暴雨预报还没有取得突破性的进展。
暴雨发生发展的天气学条件 分 析
一、前言 二、暴雨发生、发展条件
一 前 言
• • • 中国是多暴雨的国家之一 暴雨的灾害居多种自然灾害之首 暴雨研究的现状:取得了很多可喜的成果,但 还未取得突破性的进展 加强服务,争取职能部门的支持,可以尽量避 免暴雨灾害所造成的损失
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中国是多暴雨的国家之一
• 气候:中国处在东亚季风区中,属于亚热带气候, 水汽充沛,冷空气活动频繁,冷暖空气的交汇造 成中国夏季多暴雨天气过程。 • 地形:中国是一个多山国家,山地(丘陵)面积 约占全国总面积的三分之二,中尺度地形和中尺 度下垫面特征十分明显,造成中国多暴雨过程。 • 地理:中国处在太平洋西岸,南部接近热带地区, 经常受到西太平洋热带系统(台风、热带风暴) 的影响产生暴雨。
3 暴雨研究的现状
• 另一方面,暴雨单点预报水平较高的是日 本,其次是中国、美国,其准确率也只不 过是在30-40%左右,暴雨预报没有取得突 破性的进展,主要表现在对暴雨的机理认 识和单点暴雨预报方面。就连暴雨(天气、 气候)概念都是人为的概念。 暴雨预报自古以来都是难题;有谁敢说自 己“会报暴雨”?有谁能确保自己的暴雨 预报准确率每年都一定有提高? 所以我说暴雨预报还没有取得突破性的进 展,这给我们的研究提供了的空间和机遇。
4 表示水汽的物理量
比如说: 一个小碗(低温高压),水汽输送充分,里面盛满水 (饱和),但毕竟容量小,倒不出多少水来。 一个大缸(高温低压),水汽输送不充分,里面没有 水(不饱和),也同样倒不出水来。
一个大缸(高温低压),里面也盛满水(饱和), 当然,大缸里倒出来的水就比小碗里倒出来水就多得多。 因此,在盛夏里气温高,难以达到饱和,降水过程相对 少,但是,一但饱和,降水强度就很大,十分钟最大雨 强、一小时最大雨强等一般是出现在盛夏季节。
暴雨过程的发生,一般是具有的特点: 突发性 区域性 破坏性 多种灾害并存(强对流、冰雹、大风等) 次生灾害频发(洪涝、城市积渍、山体滑 坡、泥石流、水库和江河堤坝失事等) 所以,暴雨过程多,破坏性强,对国民经 济和人民生命财产威胁大。
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暴雨灾害居多种自然灾害之首
仅举长江流域为例: 在解放后就发生过数次特大洪水, 1954年,发生了全流域性的大洪水,汉口街道 上可以自由行船。 1991年,发生了长江中下游特大洪水。 1996年,发生了长江中游特大洪水。 1998年,发生了全流域性特大洪水,有百万抗 洪大军,严守在荆江大堤上。 尤其是78.8河南板桥水库失事,京广铁路中断 一月余,死亡人数超过3大战死亡人数之和。 历年的暴雨都在不同程度上产生洪水、滑坡和泥石 流,造成的损失远远超过了其他自然灾害,暴雨灾 害居多种自然灾害之首。
4 表示水汽的物理量
水汽通量: 反应大气中水汽输送的物理量。 一般在潮湿的气柱中只含有6 g/cm2,即使是 cb的气柱中,其水汽全部降落到地面,也只 有50—60mm的降水量且只需要1小时时间就 可以下完。本地的蒸发量一天顶多5mm,10 多天蒸发的水汽仅供下1小时。 在夏季,100、200、300mm的降水是很多 见的。
3 水汽与温度、气压关系的实质
这就解释了为什么 R低纬>R高纬 R夏季>R冬季 R高地>R低地 所以有经验的预报员做暴雨预报时首先要考 虑大气转暖程度、低压、倒槽等天气形 势,这实质上是在考虑大气中的水汽含 量多寡,所以,气温、气压也是认识水 汽的重要物理量。
4 表示水汽的物理量
饱和差:反应了大气的饱和程度。 高温、低压反应了大气中能够容纳的水汽较多,但 是否已经容纳了足够的水汽了呢?这要看饱和差的 大小了。夏季气温很高、气压低,大气可以容纳很 多的水汽,所以,夏季降水要比冬季多。但盛夏气 温最高,气压也低,大气中可以容纳很多的水汽, 但是露点温度与气温相差很大的时候,空气无法达 到饱和,照样无雨。因此,我们不仅要看给的容器 的大小,还要看里面盛着多少水。饱和差正是可以 给出容器的大小和里面盛有多少水的物理量。
4 表示水汽的物理量
24小时 606mm 9天 1033.9mm 3天 1631mm 1天 1060mm 水汽是从哪里来得呢?靠水汽输送。所以 水汽输送在暴雨预报中是非常重要的。一般来 说,我国的水汽来源主要有3条路线,一条随 东风来自西太平洋,一条随偏南风来自南海, 另一条是随西南风来自孟加拉湾。 98.7 武汉鹦鹉洲 63.8 邯郸 75.8 河南
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中国是多暴雨的国家之一
中国幅员辽阔,每年夏季,随副热带高压 的北上,自南向北都依次有多次暴雨过程发 生: 华南前汛期暴雨 长江流域梅雨期暴雨 中国北方暴雨 台风暴雨 所以,中国属于多暴雨的国家,暴雨预报 历来都是我国各级气象台站和气象工作者研 究的重点。
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暴雨灾害居多种自然灾害之首
3 暴雨研究的现状
暴雨预报没有取得突破性的进展重要 的原因:
气象资料密度不够的问题
为什么?请看:
为了解决暴雨资料密度不足的问题,采 取了很多的措施: 比如,数值预报加密网格; 气象部门和水文部门互通信息、 交换资料; 各省都建设很都得地面自动观测 站等等。 但还没有突破暴雨预报所需要的基本 资料密度。
二、暴雨发生、发展条件
(一)降水量公式
我们知道,在降水过程中,大气密度变化得比较迟 钝,Fra Baidu bibliotek值变化一般不大,降水量就主要是由三个要 素所决定的: • 大气的低层水汽 • 大气的平均垂直速度 • 大气的降水生命期
大气的低层水汽、大气的平均垂直速度、大气的降 水生命期是和降水量成正比的。那么,这个公式说 明了什么呢?也就是说,我们从这个公式里,得到 什么样的启示呢?
4 加强暴雨预报服务的必要性
比如: 1982年6月19日,武汉市降水298.5mm, 1983年7月3—4日,武汉市降水155.8mm, 市区积水长达8天,经济损失十分严重。
1998年7月20-21日,武汉市降水456.8mm, 由于我们提前与市排水部门联系,预先预排,腾 空大型箱涵、明渠、湖库3/4的库容,暴雨发生后 又加强抢排,2天市内交通恢复正常,市区积水时 间缩短4—6天。 所以,暴雨预报和服务紧密结合,尤其是得到职 能部门的支持,是当前减少暴雨损失关键。
(一)降水量公式
其实,这个公式告诉我们,大气实际上就像是一 个造雨的机器。 大气的低层水汽就是这个机器的原料,原料越充 分,其产量就越大,降水就越强; 大气的平均垂直运动可以把它理解为这个机器设 备的生产能力,大尺度系统的上升运动小,生产 力落后,而中小尺度上升运动强烈,设备先进, 效率就高,所以,中小尺度系统有利于暴雨发生; 大气的降水生命期可以比作机器的运转时间,当 然,机器运转时间越长,产量就越高。
(二)水汽
直观印象告诉我们: 降水是和气温高低成正比, 和气压高低成反比的。 我们做暴雨的预报的时候,是不是首先要 考虑和认识一下气温和气压这两个物理量 呢?他们到底和水汽有什么关系、与暴雨 又有是个什么联系呢? 下面我就讲一下水汽与温度和气压的关系。
2 水汽与温度和气压的关系
无论是干空气,还是湿空气,其凝结函数都和 气温成正比,而和气压成反比。 也就是说,在绝热的情况下,凝结的水汽都与 温度和气压有关。它是随温度的升高而增大,随 气压的升高而减小。 这个结论就清楚地反应出大气在一定气温和气 压的状态下,所能够容纳的水汽量的问题。 它的实质:反应了大气中的水容量的问题 高温低气压 空气中能含纳的水汽就多 低温高气压 空气中含纳的水汽就少
这就是我讲的前言的四个内容:
• 中国是多暴雨的国家之一; • 暴雨灾害居多种自然灾害之首; • 暴雨研究的现状:取得了很多可喜的成果,但还 未取得突破性的进展; • 加强服务,争取职能部门的支持,可以尽量避免 暴雨灾害所造成的损失; 既然我国暴雨这么多,灾害这么重,而且又有这 么多的问题,尤其是其机理、结构,还没有很好 的解决,因此,我们要尽可能地掌握暴雨的发生 和发展的条件,以便提高我们的预报能力。 下面讲正题:暴雨发生、发展条件
4 表示水汽的物理量
这种类型的水汽辐和引发的暴雨,在我国长江流 域及以南地区并不多见,但在我国华北,北面是燕 山山脉,西面是太行山山脉,冷空气从贝加尔湖南 下,越过燕山后在地面层堆积往往形成高压,高压 的底部出现较强的偏东风,将渤海、黄海的水汽向 陆地输送,遇到太行山的阻挡上升与上层(850700hpa)依然是以偏西风的暖湿气流合并,再向 东输送,形成回流,引发暴雨,是一种典型的北方 暴雨天气类型。这种类型的暴雨过程的特征比较明 显,因为低层超低空急流和上层的暖湿急流的结合 点正是水汽辐和中心,同时水汽的辐和上升释放潜 热,会使低层降高,生成低压,也是风场水汽辐和 中心,只要抓住水汽辐和中心(低涡)的移动就可 以预报下游的暴雨过程。
4 表示水汽的物理量
暴雨过程水汽的输送和水汽辐和特征:
水汽回流型 西南急流型 低涡上旋 低涡下旋 切变线
下面我们看几个例子
4 表示水汽的物理量
回流暴雨的发生,必须具备近地层(1000 米以下的冷空气内)有一支超低空急流,另 外,在冷空气上面一定也有一支强的西南风 暖湿急流存在,否则,超低空急流在稳定的 空气中仅仅靠地形强迫抬升,不足以造成很 强的潜热释放形成风场水汽辐和的,只有触 动冷空气上方不稳定的暖湿空气后,才能出 现强烈的潜热释放,低层得以降高,形成风 场水汽辐和,也得到由南向北水汽平流辐和 的补充,暴雨才可能发生。
3 暴雨研究的现状
• 国际暴雨预报研究主要是从50 年代开始, 我国系统的暴雨预报研究是从河南75.8暴 雨开始,比国际上要晚20年,但我国目前 的暴雨预报水平,居国际先进水平之列。 • 随着计算机的应用,数值天气预报蓬勃发 展及多种预报方法的应用,暴雨预报的研 究取得了很多的研究成果。这些成果主要 表现在暴雨过程预报方面。我想我们大家 都有体会,对暴雨过程而言,其预报成功 率很高,而失误率却较低,这在80年代前 是办不到的。
(一)降水量公式
这个降水量公式给我们提示了一条做暴雨 分析和预报的一个思路: 1 要分析大气的水汽状态,尤其大气低层 的水汽特征; 2 要分析大气的垂直运动状态; 3 要分析各种天气系统的表现,看其是否 稳定,能否使降水天气维持。
(一)降水量公式:
水汽、垂直运动、降水生命期是暴雨发生 不可少的三个因素,就是我们常说的暴雨 三要素。 有的教科书和论文把水汽、垂直运动和大 气稳定度作为暴雨三要素是不妥的。因为 大气稳定度严格的讲是属于上升运动的范 畴的物理量,因为大气不稳定有利于上升 运动的发生。在降水强度不变的情况下, 忽视降水时间长短是不对的。 下面就让我们对这3要素逐一地进行讨论。
4 表示水汽的物理量
水汽通量是风速和比湿的乘积,是与 风有直接关系的,也是个矢量。因此, 水汽通量一般与风场相对应,其大值轴 与急流轴基本一致。我们在做暴雨预报 时,要特别注意低空急流的生产和发展, 尤其是来自南海的南风急流,距离近、 无阻挡,有时来得又快又猛,24小时内 就有可能引发暴雨。
4 表示水汽的物理量