天气学基础课件——对流性天气过程
天气学原理与方法——对流性天气过程
天气学原理与方法——对流性天气过程天气是大气系统中的一种自然现象，是指其中一地区在一段时间内的气象状况。
天气的变化是由大气的物理过程所引起的，而天气学就是研究天气变化的科学。
其中，对流性天气过程是天气学中的一个重要方面。
对流性天气过程是指在大气中形成对流环流的过程，其中包括强烈的上升气流和下沉气流，以及它们所带来的降水、云、雷电等现象。
对流性天气过程通常发生在较为暖湿的气团中，由于气团内部的不稳定性和外界的刺激，导致上升气流的形成。
对流性天气过程的形成需要满足以下条件：首先，需要有一个热源，例如太阳辐射可以加热地面，地面再通过对流将热量传递给大气。
其次，需要有一定的湿度，水汽的蒸发可以提供上升气流所需要的热量。
最后，需要有一种上升的机制，例如地形的隆起或强大的热对流可以促使空气上升。
在大气中，由于地表的不规则性和地形的差异，气团的稳定性也会不同，从而引发对流性天气过程。
当较为湿热的气团受到地表的加热，气团内部的温度会上升，使得气团变得不稳定。
随着气团的上升，地面上方的冷空气会下沉，形成一个闭合的环流系统。
而上升气流在达到饱和后会形成云和降水，降水过程中释放的潜热又会进一步加强气团的上升。
对流性天气过程的研究可以通过多种方法来进行。
其中，观测是最直接的方法，通过观测云型、降水量、气温等气象要素的变化，可以获得对流性天气过程的一些基本信息。
此外，气象雷达和卫星遥感技术也可以提供对流性天气过程的相关数据，例如雷达可以观测到降水的分布和强度，卫星可以观测到云的形态和发展。
除了观测外，天气模式是研究对流性天气过程的重要工具。
天气模式可以通过复杂的数学方程描述大气的运动和热力过程，从而预测未来几天的天气情况。
通过对模式的数据输出进行分析和诊断，可以了解对流性天气过程的发展和变化趋势。
在对流性天气过程的研究中，还需要考虑到不同尺度上的变化。
对于较小尺度的对流系统，如雷暴和阵雨，通常采用雷达和卫星观测的数据进行研究；而对于较大尺度的对流系统，如台风和冷锋，需要借助于气象观测站的数据和天气模式的模拟。
天气学原理与方法-对流性天气过程
02
湿度逆层
当低层湿度高于高层时，形成湿度逆层，导致水汽在低层累积，为对流提供水汽条件。
大气不稳定性的原理
抬升条件的原理
抬升机制
抬升是形成对流天气的重要条件之一，如山脉抬升、锋面抬升等。
抬升强度
抬升的强度和持续时间会影响对流的强度和持续时间。
水汽是形成降水的重要物质，主要来源于海洋、湖泊等。
水汽来源
天气学原理与方法-对流性天气过程
目录
对流性天气概述 对流性天气形成的原理 对流性天气的观测与预测方法 对流性天气的防御与应对措施 对流性天气研究的未来展望
01
CHAPTER
对流性天气概述
对流天气是指由于地表加热导致的大气垂直运动而产生的天气现象，包括雷暴、阵雨、冰雹、龙卷风等。
定义
根据对流强度和影响范围，可分为一般对流天气和强对流天气。
数值预报在预报对流性天气中的应用
04
CHAPTER
对流性天气的防御与应对措施
预防为主
综合减灾
分级负责
社会参与
防灾减灾的基本原则
01
02
03
04
预防是减轻灾害损失的关键，应采取有效的措施减少灾害发生的可能性。
综合运用工程和非工程措施，降低灾害风险和减轻灾害损失。
各级政府和有关部门应按照职责分工，分别承担防灾减灾的主体责任。
人工智能技术如深度学习、机器学习等在天气预报中已开始应用，能够处理海量数据、提高预报精度和效率。
应用
随着人工智能技术的不断发展，其在天气预报中的应用将更加广泛和深入，有望实现对流性天气的精准预报和预警。
前景
THANKS
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制定统一的预警信息发布标准，规范预警信息的发布和管理。
对流性天气过程讲课20页文档
对流性天气过程讲课
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
天气学原理和方法 第八章 对流性天气过程
龙卷风产生于强烈不稳定的积雨云中。它 的形成与暖湿空气强烈上升、冷空气南下、 地形作用等有关。它的生命史短暂，一般 维持十几分钟到一二小时，但其破坏力惊 人，能把大树连根拔起，建筑物吹倒，或 把部分地面物卷至空中。江苏省每年几乎 都有龙卷风发生，但发生的地点没有明显 规律。出现的时间，一般在六七月间，有 时也发生在8月上、中旬。
2．生命史：每个阶段持续十几分钟至半小 时左右。 ３．水平尺度：约十几公里至中γ尺度。 ４．垂直运动：(垂直速度ωmax﹤15m/s) ５．垂直运动在对流层中层最强（300hpa500hpa）
６．降水分布：云中物态特征 0℃等温线 至-20℃等温线之间的区域主要由过冷水滴、 雪花、及冰晶组成，而冰晶是从-10℃附近 开始出现，并随高度逐渐增多。到冻结高 度，云顶突然向上发展，至对流层顶附近 后形成云砧。
1 雷电 雷电是由积雨云中冰晶“温差起电” 以及其它起电作用所造成的云与地之间 或云与云之间的放电现象。一般当云顶 发展到-20℃等温线高度以上时，云中便 有了足够多的冰晶，因此，就会出现闪 电和雷鸣。
2 阵雨 在雷暴云中上升气流最强区附近，一般 有一大水滴累积区，当累积量超过上升气 流承托能力时，便开始降雨。由于累积区 中的水倾盆而下，因而造成阵雨或暴雨。 阵雨持续时间为几分钟到一小时不等，视 雷暴云的强弱及含水量多少而定。
飑线发生之前多属晴好天气，气温较高， 风力微弱，风向很乱或多偏南风，空气湿 度较大，天气闷热，具备雷雨条件。
我国飑线的地理分布：飑线多发生在长江 流域以北地区，其中内蒙、河北、山西、 山东、河南、安徽、江苏和沿海等地每年 均有发生。
飑线常出现在气团内部或冷锋前，破 坏性很大，1982年2月28日至3月1日广 西壮族自治区发生的一次飑线，大风 风速达10.8-24.0m/s，并伴有大暴雨 和冰雹，在20个县造成影响，致使一 客轮翻船沉没，147人丧生，经济损失 达千万元以上。
第八章对流性天气过程
第八章对流性天气过程一、填空1、雷暴一般伴有阵雨，有时则伴有（大风）、（冰雹）、（龙卷）等天气现象，通常把只伴有阵雨的雷暴称为（一般雷暴），而把伴有雷暴、大风、（冰雹）、（龙卷）等严重的灾害性天气现象之一的雷暴叫做（强雷暴）。
2、产生雷暴的积雨云叫（雷暴云），一个雷暴云叫做一个雷暴单体，多个雷暴单体成群成带地聚集在一起叫（雷暴群或雷暴带）。
每个雷暴单体的生命史大致可分为（发展）、（成熟）、（消亡）三个阶段。
3、雷电是由积雨云中冰晶（温差起电）以及其他作用所造成的。
一般云顶高度到达（-20℃等温线高度以上）是才产生雷电。
P4034、雷暴云中放电强度和频繁程度与雷暴云的（高度）和（强度）有关。
P4035、在雷暴云下形成一个近乎饱和的冷空气堆，因其密度较大而气压较高，这个高压叫（雷暴高压），当雷暴云向前移动经过测站时，使该站产生气温（下降）、气压（涌升）、相对湿度（上升）、露点或绝对湿度（下降）等气象要素的显著变化。
P4036、以严重降雹为主的雷暴叫（雹暴），以强烈阵风为主的叫（飑暴），强雷暴和一般雷暴的区别是（系统中的垂直气流的强度）、（垂直气流的有组织程度）和（不对称性）。
P4047、超级单体是具有单一的特大垂直环流的巨大强风暴云。
P4048、超级单体风暴中的下沉气流是由三种作用综合造成的：一种是降水物的拖曳作用；第二种是在中层云外围绕流的干冷空气被卷入后，在云体前部逐渐下沉；第三种是在中层从云后部直接进入云中的干空气，降水物通过这种干空气时强烈蒸发冷却，因为形成很冷的下沉气流。
8、强雷暴按其结构特征划分不同的类型，常分为（超级单体风暴）、（多单体风暴）、（飑线）。
9、风暴的运动方向一般偏向于对流云中层的风的（右侧），所以这类风暴也叫（右移强风暴）。
10、由许多雷暴单体侧向排列而形成的强对流云带叫做（飑线）。
P40711、当强雷暴云来临的瞬间，风向（突变），风力（猛增），由静风突然加强到大风以上的强风。
《对流性天气过程》PPT课件
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雹暴的结构
以严重降雹为主的强雷暴，通常称为雹暴。 雹暴的结构与一般超级单体风暴不同的是， 其伸向前方的悬垂回波已经下垂围成一半 圆形的弱回波区，这种前悬回波包围的弱 回波区称为有界弱回波区，这是特别强烈 风暴的一种特征。
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雹暴的结构
雹暴结构的第二个明显特点是弱回波后部 的回波墙不是垂直的而是倾斜的，这是强 烈的上升气流所造成的。
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雹云的特点
1） 斜升气流强度较大，最大在15m/s。 2） 最大上升速度及水分累积区的高度一般在0℃
层以上，因此水分累积区中的水滴都是过冷水滴。 形成“冰雹生长区” 3）水分累积区的含水量较为丰富，一般不小于 15-20g/m3。干增长和湿增长。 4） 有宜于形成“雹胚”的环境。雹胚可以是尘 埃或云中的小冰晶等。在弱回波区与悬垂回波交 界处为“胚胎帘” 5） 云内0℃层的高度适当。
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围的空气会被降落的水滴拖曳而下，形成下沉气 流。下沉气流中有雨滴的蒸发降温，更加速下沉， 此阶段的主要特点是上升气流和下沉气流并存。 在下沉气流上方，上升气流仍贯穿云体，但以中 层为最大，风速基本上在15m/s以下 3、消散阶段：下沉气流占据了云体的主要部分。
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当雷暴单体 在成熟阶段 时会出现雷 雨、大风、 气压涌升、 温度骤降等 天气现象。
第三个特点是云顶表现为庞大而光滑的圆 顶状高达15.5km这是活跃强风暴的特征，说 明其上升气流几乎不随时间变化。
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多单体风暴
由许多较小的雷暴单体组成，但有一个统 一的垂直环流的风暴。
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雷暴云：指产生雷暴的积雨云（cb）。 一般雷暴：通常把只伴有阵雨的雷暴称
为“一般雷暴”。 强雷暴：伴有雷雨、大风、冰雹、龙卷
等严重的灾害性天气现象之一 的雷暴称为强雷暴。
积雨云
鬃积雨云
§8.1 雷暴的结构及雷 暴天气的成因
一般雷暴的结构 雷暴群或带 一般雷暴天气的成因 “稳定状态”的强雷暴的结 构 强雷暴天气的成因
暴雨、冰雹、龙卷、雷暴大风等 中尺度强风暴天气能形成严重自然 灾害，给国民经济建设和军事活动 带来重大损失。世界各国频数较高 的自然灾害是气象原因造成的，而 由中尺度天气造成的重大灾害占有 很大比例。
几个例子
1）1962年6月8日，在山东、江苏、安徽等省范围内有二 三十个县下了大冰雹。 2）1974年6月17日在北起山东半岛，经山东、江苏、安 徽等省，南至浙北、赣北及鄂东等广大地区上，自北向 南先后发生了8－12级大风或冰雹等严重灾害天气。 3）2005年4月8日中午至傍晚，四川、重庆25个县市出现 强对流天气，导致大风、暴雨、冰雹等灾害，造成至少 18人死亡，直接经济损失超过1.4亿元 4）1974年4月3日晚至4日有100多个龙卷袭击了美国12个 州及加拿大部分地区。
在弱的垂直风切变中 的孤立雷暴模型
四、“稳定状态”的强雷暴的结构
强雷暴：是指伴有大风、冰雹、龙卷等严重 灾害性天气现象的雷暴。 飑暴：以强烈阵风为主的强雷暴 雹暴：以严重降雹为主的强雷暴 生命史：较长，几小时--十几小时在强垂直 切变环境下发展起来的
超级单体风暴、多单体风暴、龙卷风暴、飑 线是常见的强风暴
一、一般雷暴的结构
雷暴云：指产生雷暴的积雨云（Cb）。一个 雷暴云叫做一个雷暴单体，其水平尺度约十 几公里。每个雷暴单体的生命史大致可分为 发展、成熟和消散三个阶段，每个阶段持续 十几分钟到半个小时左右。
在不同的阶段中雷暴云的结构有不同的特征 ① 积云阶段（发展阶段）：上升气流贯穿 于整个云体 。
对流性天气的特征： ㈠ 对流性天气都是对流旺盛的积雨云（cb）
的产物 ㈡ 对流性天气具有范围小，发展快的特点。 ㈢ 对流性天气发展剧烈，易形成灾害。
雷暴：积雨云中所发生的雷电交作的激 烈放电现象，同时指产生这种天气现象的天 气系统。雷暴是由旺盛积雨云所引起的伴有 闪电、雷鸣和强阵雨的局地风暴。
没有降水的闪电、雷鸣现象，称干雷暴 雷暴过境时，气象要素和天气现象会发 生剧烈变化，如气压猛升，风向急转，风速 大增，气温突降，随后倾盆大雨。强烈的雷 暴甚至带来冰雹、龙卷等严重灾害。
二、雷暴群或带
１．含义：有许多雷暴单体随机聚集成群 或带（各单体处于不同阶段），每个单体 都具有独立的云内环流，都经历发展阶段、 成熟阶段和消散阶段，并处于不断新生和 消失的新陈代谢过程中。
2．生命史：几个小时个单体处于不同的发展阶段。
一个典型的多单体雷暴群的平面图
有一大水滴累积区，当累积量超过上升气流 承托能力时，便开始降雨。由于累积区中的 水倾盆而下，因而造成阵雨或暴雨。阵雨持 续时间为几分钟到一小时不等，视雷暴云的 强弱及含水量多少而定。
3 阵风
在雷暴云的成熟阶段，云中产生的下 沉气流冲到地表面向四周散开造成阵风。 阵风发生前风力较弱，多偏南风。阵风发 生时，风向常呈气旋式旋转，然后又呈反 气旋式旋转。移动缓慢的雷暴，云下的流 出气流几乎是径向（即向四面八方铺开） 的。然而多数情况下，在雷暴移向的下风 方的风速要大于上风方。
具有以下共同特征： 有一支倾斜的上升气流； 有一支下沉气流从中层进入风暴，从低 层流出，下沉气流与入流气流辐合，使 上升运动更强； 上升气流和下沉气流构成不对称环流和 天气系统。
强雷暴与一般雷暴的主要区别：
① 特定环流场，强的垂直切变和强的不稳定。 ② 特定的铅直环流稳定状态：当强雷暴发展 到一定阶段时，会出现一个可以维持数小时之 久的近乎稳定的 较强较大，以及高度有组 织 和不对称垂直环流。
三、一般雷暴天气的成因
1、雷电 雷电是由积雨云中冰晶“温差起电”以及
其它起电作用所造成的云与地之间或云与云 之间的放电现象。一般当云顶发展到-20℃等 温线高度以上时，云中便有了足够多的冰晶， 因此，就会出现闪电和雷鸣。所以，第一次 闻雷表明云顶已达-20℃等温线高度附近。
2、 阵雨 在雷暴云中上升气流最强区附近，一般
4 压、温、湿的变化
由于下沉气流中水滴蒸发，使下沉气流 几乎保持饱和状态，因此在雷暴云下形成一 个近乎饱和的冷空气堆，因其密度较大所以 气压较高，这个高压叫“雷暴高压”。当雷 暴云向前移动时，云下的雷暴高压也随之向 前移动，使得测站气压先下降、后上升，温 度下降（冷空气堆），相对湿度上升，绝对 湿度下降（与温度有关，近与饱和）。
第八章 对流性天气过程
在暖季，当大气层结处于不稳定状态、空 中有充沛水汽、并有足够对流冲击力的条件下， 大气中对流运动得到强劲发展，其所形成的天 气系统称对流性天气系统，如雷暴、龙卷、飑 线、冰雹等。这些天气系统不仅尺度小、生命 期短，而且气象要素水平梯度很大、天气现象 剧烈，具有很大破坏力，往往是一种灾害性天 气系统。
② 成熟阶段 ：开始产生降水，并且由于降 水物的拖曳作用产生下沉气流。但在下沉气 流的上方，上升气流仍贯穿云体。
③ 消散阶段： 下沉气流占据了云体的主要 部分。
成熟期 积云期
雷雨胞生命史，显示胞内垂 消散期 直气流和凝结物的分布
降水分布：云中物态特征 0℃等温线至20℃等温线之间的区域主要由过冷水滴、 雪花、及冰晶组成，而冰晶是从-10℃附近 开始出现，并随高度逐渐增多。到冻结高 度，云顶突然向上发展，至对流层顶附近 后形成云砧。
本章重点：
• 雷暴系统的结构特征和活动规律 • 强雷暴云发生发展有利条件 • 雷暴和冰雹天气过程的诊断分析和 预报思路
本章难点：
• 强雷暴云结构特征 • 对流天气预报的物理基础
➢概 述 ➢雷暴的结构及雷暴天气的成因 ➢中小尺度天气系统 ➢对流性天气预报的物理基础 ➢对流性天气的预报方法
概述
对流性天气：由大气中的对流不稳定层结造 成的，并伴有阵雨、大风、冰雹、龙卷等天 气现象。