第十一讲中小尺度系统发生发展的天气和环流条件ppt第十
中小尺度气象学总结
第一章中尺度天气系统的特征1、中尺度气象学：水平尺度: 10-1000km对象：中尺度环流系统内容：中尺度环流系统的结构、形成和发展演变规律、机制及其分析预报方法意义：①许多灾害性天气（如暴雨、大风、冰雹、龙卷等）都是由中小尺度系统造成的。
②中尺度气象学是甚短期预报和临近预报的理论基础。
（长期>10天，中期3-10天，短期1-3天，甚短期0-12h，临近0-2h）③中尺度环流系统是大气环流重要成员（大尺度背景场依存条件)2、天气系统的尺度划分：（一）经验分类法（经典方法）小尺度系统（雷暴、龙卷）和大尺度系统（锋面、气旋）中尺度系统（飑线、中气旋等）（二）动力学定义可利用罗斯贝数(Ro)和弗劳德(Froude)数(Fr)来描述大气的时空尺度。
Ro = U/fL (惯性力/柯氏力);Fr=U2/gL(△ρ/ρ)(惯性力/浮力）（三）实用（几何）分类3、中尺度大气运动的基本特征（1）尺度：水平尺度在2-2000km之间，时间尺度在几十分钟至几天之间。
范围很宽。
性质不同。
（2）散度、涡度、垂直速度：取V～10m/s,H～10km,对α，β，γ中尺度W分别为10-1m/s, 100m/s和 101m/s，垂直速度、散度、涡度都比大尺度运动大1到几个量级。
（3）地转偏向力和浮力的作用：中尺度运动中，地转偏向力和浮力的作用都必须考虑。
大尺度运动：地转偏向力重要，浮力可略小尺度运动：浮力重要，地转偏向力可略中尺度运动：地转偏向力和浮力都考虑（4）质量场和风场的适应关系：质量场（气压场）适应风场。
大尺度运动: 风场适应质量场（气压场）。
中尺度运动: 质量场（气压场）适应风场。
第二章地形性中尺度环流1、中尺度大气环流系统分为：地形性环流系统、自由大气环流系统2、地形波：一般把气流过山所引起的气流称为地形波。
3、地形波的基本类型：层状气流（山脉波）：山脉上空的平滑浅波 ,风小。
驻涡气流（驻涡）：山脉背风面的半永久性涡旋，山顶以上风速大。
中小尺度复习
中小尺度中尺度带状对流系统由对流单体侧向排列而成的中尺度对流系统一般称为带状对流系统。
结构：飑线作为一个中尺度系统，应包括对流区和非对流(层状云)区两部分。
对流区包含强烈的、垂直延伸的强回波核，而层状区域由一些降水构成均匀（不是绝对均匀）纹理。
概念：为—种带(或线)状中尺度系统,是非锋面性狭窄的活跃的雷暴带(或不稳定线)。
其中有许多雷暴单体（其中包括若干超级单体）侧向排列而形成的，是风向、风速气压、温度等突变的狭窄强对流云带。
为破坏力严重的灾害性天气。
飑线的一般特征○!发生地点：出现在中纬度的某些大陆地区以及主要的热带大陆和热带海洋地区。
温带地区的飑线常发生在春夏之交的过渡季节，有的出现在冷锋前或气旋波的暖区，有的在冷锋后的冷区里，还有在冷暖锋上或切变线(辐合线)附近生成的。
并大致与锋面相平行。
○2尺度：长约几百千米，宽度约50～100km。
飑线由若干“飑段”组成。
每个飑段包含若干大而孤立的相互分离的风暴。
○3时间尺度：几小时至十几小时。
○4飑线的地面要素场的结构：飑线由雷暴单体侧向排列而成，每个单体成熟期都有地面冷丘及水平外流和阵风锋；小冷丘和阵风锋结合起来形成小尺度雷暴高压和阵风锋。
阵风锋又称为飑锋：处在雷暴高压边缘。
具有很强的温度梯度、气压梯度和风速和风向水平切变，它也叫气压涌升线或跳跃线。
○5过境特征：由于飑锋附近是各种气象要素水平梯度很大的地带，因此当飑锋过境时，气象要素将发生急剧的变化。
通常表现为气压涌升、气温急降、风向突变、风速剧增以及强烈降水等。
飑线前低压：飑锋前方一般有中尺度低压。
它的形成可能与飑线前方高层的补偿下沉气流引起的绝热增温有关。
尾流低压：雷暴高压后方的中尺度低压，它的形成与雷暴高压后部的尾流效应相联系。
飑中系统：包括飑线、飑线前低压、雷暴高压以及尾流低压统称为飑中系统。
※飑中系统的全部系统一般只在成熟阶段才同时出现。
不同阶段系统的强度和结构是不同的。
两类比较常见飑线：1、具有前导对流线和尾随层状云区以及具有由前向后和由后向前两支入流的飑线发生在风垂直切变相对小的环境中的飑线飑线的前方有一支由前向后的入流迎着飑锋上升，到高层分裂成向前和向后的两支气流，其后部中层则另有一支由后向前的入流。
中尺度对流系统
发生实例
国家气候中心的统计结果表明，在1954、1969、1980、1991、1996、1998、1999、2003、2007年，我国先 后发生特大暴雨洪涝，给国民经济和人民生命财产造成重大损失；特别是近10年，暴雨洪涝平均每年给我国造成 的经济损失逾千亿元，MCSs在这些典型洪涝年暴雨事件中是主要影响系统。 具体实例如：
中尺度对流系统
造成暴雨、冰雹、雷雨大风和龙卷等灾 害性天气的重要系统
01 定义
目录
0பைடு நூலகம் 特征
03 分类
04 时空分布
05 生成环境条件
06 发生实例
中尺度对流系统，简称MCS(Mesoscale Convective System)，是造成暴雨、冰雹、雷雨大风和龙卷等灾害 性天气的重要系统。中尺度对流系统由对流单体、多单体风暴和超级单体风暴以各种形式组织而成，包括飑线和 中尺度对流辐合体，水平尺度在2-2500 km。
生成环境条件
MCCs
从 MCCs地理位置分布看，国内外研究均表明，MCCs最活跃区域一般位于大山脉下游，特别是高温高湿的低 空急流前方。从气候背景看，我国黄河和长江中下游地区类似于北美中纬度平原地区，都具备MCCs发生的有利条 件。
线状 MCSs
Bluesteint等 对北美地区许多飑线个例的探空观测进行统计分析，总结出中纬度飑线最重要的环境特征： 一是大尺度环境对流层为位势不稳定的，即存在很大的对流有效位能；二是平均风的最大垂直切变在低层，切变 向量在顺时针方向偏离飑线 45°左右。
多数 MαCSs和MβCSs在午后形成(15—17 BST，北京时)，但MαCS在夜间(21—23 BST)还有一更明显的高 峰，而 MβCSs在夜间(01 BST)仅一很小峰值，说明 MαCS的夜发性明显。MβCSs在形成后 2h就可成熟 (面积 达到最大)，而在午后形成的 MαCS要3～4 h后成熟，比 MβCSs需时要长。夜间形成的 MαCS要7～8 h后才成 熟，成熟后的 MαCS和MβCSs一般可维持 2～4h。 MαCS和MβCSs的生命史分别为 7～8、5～6 h，即较大尺度 的 MCSs生命史也较长。
天气系统和天气过程优秀课件
天气过程
寒潮 梅雨
寒潮
定义
中央气象局规定： 由于冷空气的入侵，使气温在24h内下降 10℃以上，最低气温在5℃以下，称为寒潮。近年来又补充规 定：长江流域及其以北地区，48h内降温14℃以上，长江中下 游最低气温达到4℃或以下，并且陆地上有三个大区伴有5—7 级大风，海上有三个海区伴有6—8级大风，也称为寒潮。
(3)过渡季节的气团活动 春秋两季，控制我国的主要 气团是变性西伯利亚气团和热带太平洋气团。
天气系统
➢气团 ➢锋 ➢气旋 ➢反气旋 ➢高空天气系统
锋
• 锋的概念
当冷气团和暖气团相遇时，两气团之间有一交接过渡 区，称它为“锋面”。锋面与地面的交线称锋线，锋线简 称为锋（图6－6）
• 锋的分类和锋面天气 暖锋
气旋的加深与填塞
气旋中心气压变低，称之为气旋加深；反之， 中心气压增加，常称之为气旋减弱或填塞。
气旋的分类
气旋按热力结构来分类，分为锋面气旋和无锋面气旋 两类，其中无锋面气旋包括暖性气旋(热低压、台风)和冷 性气旋(高空冷涡)。
温带气旋
1. 锋面气旋的结构和天气 发展成熟的锋面气旋内部，可分为冷、暖两个区。通
空气有95％都要经过关键区(如图中的阴影区)。
到达关键区后，冷空气可由西北、东、西、东 加西等四路侵入我国：
①西北路 冷空气自关键区经蒙古到达我国 河套附近南下，直达长江中下游地区，冷空气 在长江以北，造成大风、降温天气，在长江以 南，可发展为雨雪天气。
②东路 冷空气东移到我国华北北部后，其主力继续 东移，低层冷空气受长白山阻挡折向西南，经渤海 侵入华北，再从黄河下游向南直达两湖盆地。东路 冷空气,使渤海、黄海、黄河下游一带出现东北大风， 华北、东北出现连阴雨雪。
中尺度天气系统的特征
26
END
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10
1. 早期的经验分类
天气系统——大尺度、中尺度和小尺度 空间尺度分别为：106m、105m和104m 时间尺度对应为：105s、104s和103s
11
2. 依据物理本质对天气系统进行分类
（动力学分类方法）
• Emanuel（1983）依据无量纲数罗斯贝数Ro和拉格朗日
时间尺度T的尺度分类，其中 Ro 2 fT
在西风切变环境中典型涡 管与对流单体相互作用的 示意图
(a) 初始阶段：此时涡管在上 升气流的作用下形成一对涡偶
(b) 分裂阶段：此时分裂的上 升气流使得涡管向下倾斜， 形 成下沉气流，出现两对涡偶。
其中左上角图示为环境风分布、 柱状箭头表示风暴相对气流的 方向，粗实线代表涡线，环状 箭头表示旋转，阴影箭头表示 促使上升气流和下沉气流发展 的外力，垂直方向上的虚线区 为降水区。
1) 空间尺度范围广，生命周期跨度大； 2) 气象要素梯度大； 3) 散度、涡度与垂直速度； 4) 非地转平衡和非静力平衡； 5) 质量场和风场的适应； 6) 小概率和频谱宽、大振幅事件
16
中尺度大气运动的基本特征
1）空间尺度范围广，生命周期跨度大 按照Orlanski的划分标准，中尺度系统的水
平尺度在2km～2000km之间，时间尺度为几十分钟 至几天之间。
着重要作用。
23
§1.4 中尺度运动方程组
du 1 p fv
dt x
•
运动方程：
dv 1 p fu
dt y
dw 1 p g
dt z
Hale Waihona Puke 忽略湍流扩散的 大气动力学和热 力学基本方程组
• 连续方程： d ( u v w) 0
高天11讲 中尺度对流系统(MCC与MCS)和暴雨
1、 暴雨的形成
在我国暴雨的发生受三个大尺度方面的因子影响。第一是来 自印度洋和西太平洋的夏季风，中国大范围的雨季一般开始 于夏季风的爆发（华南要更早一些），而结束于夏季风的撤 退，降雨强度和变化与夏季风脉动密切相关。我国暴雨出现 的频率年际变化很大，这也与夏季风状况的年际变率密切有 关。第二，西太平洋和青藏高原副热带高压的位置决定了中 国主要雨季的季节移动。暴雨常出现在100hPa高压和120ºE 处副高比常年更偏北的位置上，如1962。1965，1968，1969 和1970年，如果100hPa高压位置比常年偏南，则长江流域一 般出现干旱。
中尺度对流复合体的特征
物理特征 尺度 A——小于－32℃的红外温度的云区面积必须大于106km2 B——小于－52℃温度的内部冷云区的面积≥5×104km2
开始时
尺度定义A和B首先满足
生命期
最大范 围 外形 结束时
满足尺度定义A和B的时期≥6小时
连续的冷云区（红外温度≤－32℃）达到最大尺度 椭圆形，在最大范围时刻偏心率≤0.7 尺度定义A和B不再满足
中尺度对流系统（MCSs）是有组织完好的，中— 尺度（200-2000Km）的对流系统，它的外形近于 呈椭圆形，边缘平滑。MCSs在中国经常出现。如 在华南前汛期和梅雨期间。下图是MCSs的全球分 布（引自Richad Johson 的图，WMO季风会文集）
MCC locations based on 1980s satellite data for JJA in the northern hemisphere and DJF in the southern hemisphere. Outgoing longwave radiation (OLR) values are shaded. From Laing and Fritsch (1997).
中小尺度气象学总结
第一章中尺度天气系统的特征1、中尺度气象学：水平尺度: 10-1000km对象：中尺度环流系统内容：中尺度环流系统的结构、形成和发展演变规律、机制及其分析预报方法意义：①许多灾害性天气（如暴雨、大风、冰雹、龙卷等）都是由中小尺度系统造成的。
②中尺度气象学是甚短期预报和临近预报的理论基础。
（长期>10天，中期3-10天，短期1-3天，甚短期0-12h，临近0-2h）③中尺度环流系统是大气环流重要成员（大尺度背景场依存条件)2、天气系统的尺度划分：（一）经验分类法（经典方法）小尺度系统（雷暴、龙卷）和大尺度系统（锋面、气旋）中尺度系统（飑线、中气旋等）（二）动力学定义可利用罗斯贝数(Ro)和弗劳德(Froude)数(Fr)来描述大气的时空尺度。
Ro = U/fL (惯性力/柯氏力);Fr=U2/gL(△ρ/ρ)(惯性力/浮力）（三）实用（几何）分类3、中尺度大气运动的基本特征（1）尺度：水平尺度在2-2000km之间，时间尺度在几十分钟至几天之间。
范围很宽。
性质不同。
（2）散度、涡度、垂直速度：取V～10m/s,H～10km,对α，β，γ中尺度W分别为10-1m/s, 100m/s和101m/s，垂直速度、散度、涡度都比大尺度运动大1到几个量级。
（3）地转偏向力和浮力的作用：中尺度运动中，地转偏向力和浮力的作用都必须考虑。
大尺度运动：地转偏向力重要，浮力可略小尺度运动：浮力重要，地转偏向力可略中尺度运动：地转偏向力和浮力都考虑（4）质量场和风场的适应关系：质量场（气压场）适应风场。
大尺度运动: 风场适应质量场（气压场）。
中尺度运动: 质量场（气压场）适应风场。
第二章地形性中尺度环流1、中尺度大气环流系统分为：地形性环流系统、自由大气环流系统2、地形波：一般把气流过山所引起的气流称为地形波。
3、地形波的基本类型：层状气流（山脉波）：山脉上空的平滑浅波,风小。
驻涡气流（驻涡）：山脉背风面的半永久性涡旋，山顶以上风速大。
高中地理必修一 常见天气系统 课件(共3张PPT)[优秀课件][优秀课件]
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（1）图中E、F、G、H四地中， 目前在冷气团控制下的
是 F G 。在暖气团控制下 的是 E H 。
（２）此时E、F两地各吹什么
方向的风？
F吹西北风
D
E吹西南风
暖（３）E、F、G、H四地中。目
锋前 是最F有可G能发。生降水的
（４）未来一段时间内，E、G
暖气团
两地的天气将发生什么样的变
化？
E地出现阴天、下雨、大风、降温等天气。
北半球：逆时针由四周向中心辐合 南半球：顺时针由四周向中心辐合
水平气压梯度力 风向
地面
上升气流——阴雨天气
气象案例—台风（课本44页，学案41页）
（1）概念和分布：在西北太平洋，中心附近风力在 12级以上的热带气旋。 （2）形成条件及危害： （3）防御措施：加强气象卫星的监测和预报
台 风 眼： 风和日丽 ，天气晴朗 旋涡风雨区： 出现最大风速和最强风暴 外围大风区 ： 存在不同程度的狂风暴雨
探究：试比较分析暖锋与冷锋之间有何异同？
冷锋
暖锋
暖气团 冷气团
暖气团
冷气团
如何判别冷锋、暖锋？（难点、重点 学案37页）
（1）根据冷气团移动的方向：冷锋的冷气团 移动箭头直指锋面,而暖锋的冷气团移动箭头 在锋面附近回旋后退。
（2）根据雨区的位置：冷锋主要在锋后，暖 锋在锋前。
（3）根据冷暖锋符号判断。冷锋用线和三角 表示，三角在暖气团一侧，暖锋用线和半圆组 成，半圆在冷气团一侧。
天气变化 名称 定义 过境前 过境时 过境后 影响
冷锋
冷空气 主动向 暖空气 移动
单一暖气 团控制, 温暖晴朗
阴、雨 （雪）、 刮风、降 水（多在 锋后）
降温 气压升高 晴朗
中小尺度天气动力学课件 第一章
中尺度气象学
水平尺度: 10-1000km
绪论
中尺度气象学的研究对象、内 容和学习该课程的意义
lightning
hails
2003年7月8日安徽龙卷
7月8日23时20分至23时30分， 安徽省无为县两个乡镇、六个 行政村、十个自然村遭遇强对 流天气，两个乡镇在整个过程 中共死亡16人，共有166人受 伤。
1、美国宾西法尼亚大学Penn State Uni./NCAR （the National Center for Atmospheric Research美国大气科学研究 中心） MM2-MM4(90年代早期，静力平衡模式)-MM5 （90年代后期，非静力平衡模式）
2、WRF（Weather Research and Forecast）模 式
主要研究对象
1、由大气内部过程综合作用为主衍生的系 统：
中低压、中气旋、雷暴群、对流风暴、MCC
2、由地形中不均匀的下垫面引起强迫作用 导致的海陆风、山谷风、热岛效应、下坡 风等
主要内容
中尺度天气系统的特征 地形性中尺度环流 自由大气中的非对流性中尺度环流 中尺度对流系统 锋面气旋及台风附近的中尺度雨带 影响中尺度系统发生发展的因子
NEXRAD View of the Moore, Oklahoma Tornado on 3 May 1999 (Reflectivity)
意义2：中尺度气象学是甚短期预报和临近预 报的理论基础。（长期 >10天，中期3-10天， 短期1-3天，甚短期0-12h,临近0-2h. 意义3：中尺度环流系统是大气环流重要成员 （大尺度背景场 依存条件)
中尺度系统（飑线、中气旋等）
中小尺度动力气象学
中小尺度天气动力学第一章中尺度天气系统的特征1、中尺度天气系统：时间尺度和空间尺度比常规探测站网小，但比积云单体的生命周期及空间尺度大得多的一种尺度。
即水平尺度为几公里到几百公里，时间尺度由1小时到十几小时。
2、划分依据及分类：1）早期的经验分类天气系统一一大尺度、中尺度和小尺度空间尺度分别为：106m、105m和104m时间尺度对应为：105s、104s和103s2）依据物理本质对天气系统进行分类（动力学分类方法）依据无量纲数罗斯贝数Ro和拉格朗日时间尺度T的尺度分类行星尺度、气旋尺度、中尺度、积云尺度、小尺度3）Orlanski的综合分类（观测与理论分类）大尺度（a、①中尺度（a、3、2小尺度3、中尺度大气运动的基本特征1）空间尺度范围广，生命周期跨度大；2）气象要素梯度大；3）散度、涡度与垂直速度；4）非地转平衡和非静力平衡；5）质量场和风场的适应；6）小概率和频谱宽、大振幅事件第二章地形性中尺度环流1、中尺度大气环流系统的分类：地形性环流系统、自由大气环流系统2、地形波的基本类型主要依赖风的不同类型（1）层状气流小风、层状气流。
平滑浅波，波动只发生在山脉上空的浅层，向上很快消失山脉波（mountainwave）（2）驻涡气流：在山顶高度以上风速较大时，可能在山脉背风坡形成半永久性的涡动，上面则有气流的平滑浅波驻涡（standingeddy）（3）波动气流当风速随高度增大时，在背风坡出现波动气流背风波（leewave）。
背风波可以伸展到对流层上层和平流层。
（4）转子气流：在背风波出现时，当垂直方向有风速极大值出现时，则会形成转子气流（rotor streaming）。
驻涡和转子是背风波的特殊形式！3、背风波的形成、特征及大气条件背风波是地形波的一种类型，由于障碍物引起空气垂直振荡而造成的。
特征：波长：1.8〜70km之间，多为5〜20km左右。
波长一般随高度而变，高层较长，低层较短。
随风速而变，风速愈大，波长愈大。
中小尺度气象学总结
第一章中尺度天气系统的特征1、中尺度气象学：水平尺度: 10-1000km对象：中尺度环流系统内容：中尺度环流系统的结构、形成和发展演变规律、机制及其分析预报方法意义：①许多灾害性天气（如暴雨、大风、冰雹、龙卷等）都是由中小尺度系统造成的。
②中尺度气象学是甚短期预报和临近预报的理论基础。
（长期>10天，中期3-10天，短期1-3天，甚短期0-12h，临近0-2h）③中尺度环流系统是大气环流重要成员（大尺度背景场依存条件)2、天气系统的尺度划分：（一）经验分类法（经典方法）小尺度系统（雷暴、龙卷）和大尺度系统（锋面、气旋）中尺度系统（飑线、中气旋等）（二）动力学定义可利用罗斯贝数(Ro)和弗劳德(Froude)数(Fr)来描述大气的时空尺度。
Ro = U/fL (惯性力/柯氏力);Fr=U2/gL(△ρ/ρ)(惯性力/浮力）（三）实用（几何）分类3、中尺度大气运动的基本特征（1）尺度：水平尺度在2-2000km之间，时间尺度在几十分钟至几天之间。
范围很宽。
性质不同。
（2）散度、涡度、垂直速度：取V～10m/s,H～10km,对α，β，γ中尺度W分别为10-1m/s, 100m/s和101m/s，垂直速度、散度、涡度都比大尺度运动大1到几个量级。
（3）地转偏向力和浮力的作用：中尺度运动中，地转偏向力和浮力的作用都必须考虑。
大尺度运动：地转偏向力重要，浮力可略小尺度运动：浮力重要，地转偏向力可略中尺度运动：地转偏向力和浮力都考虑（4）质量场和风场的适应关系：质量场（气压场）适应风场。
大尺度运动: 风场适应质量场（气压场）。
中尺度运动: 质量场（气压场）适应风场。
第二章地形性中尺度环流1、中尺度大气环流系统分为：地形性环流系统、自由大气环流系统2、地形波：一般把气流过山所引起的气流称为地形波。
3、地形波的基本类型：层状气流（山脉波）：山脉上空的平滑浅波,风小。
驻涡气流（驻涡）：山脉背风面的半永久性涡旋，山顶以上风速大。
第十一讲中小尺度系统发生发展的天气和环流条件课件
中小尺度系统可以分为锋面、雷 暴、飑线、龙卷、冰雹等不同类 型。
特性与影响
特性
中小尺度系统的生命史短、发展迅速、移动速度快、空间尺度小，但能量密度 大。
影响
中小尺度系统对天气和气候的影响非常大，如雷暴、冰雹、龙卷等灾害性天气 都与中小尺度系统有关。它们可以引发短时强降水、大风、冰雹等极端天气现 象，对人类生产生活和自然环境造成严重危害。
和发展的方向。
城市热岛效应对中小尺度天气系统的影响
城市热岛效应概述：介绍城市热岛效应的形成机 制、表现形式及其对城市气象的影响。
中小尺度天气系统特征：描述中小尺度天气系统 的类型、结构、运动特征等基本属性。
城市热岛效应对中小尺度天气系统的影响：分析 城市热岛效应对中小尺度天气系统的生成、发展 和消亡过程的影响，如对降水、雷电、大风等天 气现象的影响。
加强对中小尺度系统形成和演变的物 理机制研究，提高对其的认识和理解
。
数据同化技术的改进
改进数据同化技术，提高观测数据的 处理和融合能力，为中小尺度预报提 供更准确的数据基础。
多模式集成方法的探索
发展有效的多模式集成方法，综合利 用不同模式的优势，提高中小尺度预 报的准确性。
05
实际案例分析
某地区暴雨过程分析
应对城市热岛效应的措施：提出减轻城市热岛效 应对中小尺度天气系统影响的措施和方法，如城 市绿化、通风 tower等。
THANKS
感谢观看
会影响系统的生命史和移动路径。
03
中小尺度系统发生发展的典型天 气和环流条件分析
台风与飓风
台风与飓风是热带气旋的一种，通常 在温暖的海面上生成，并伴随着强风 和大雨。
台风与飓等。
台风与飓风的生成和发展受到多种天 气和环流条件的影响，如海温、风切 变、对流层顶的垂直风切变等。
中小尺度天气学
第一章1. （选填）简述Orlanski分类法对屮尺度的分类？Meso: a中尺度200—2000km ; 3 中尺度20—200km ; 丫屮尺度2—20km2. （选简）简述屮尺度天气系统的基本特征？（按时空细分）①空间尺度小，生命期短。
②气象要素梯度大。
③非地转平衡和非静力平衡及强的垂直运动。
④小概率和频谱宽、大振幅事件。
第二章1 什么是〃对流近似” ？只有与重力联系的项屮保留了密度扰动，而在气压梯度力项屮，则略去了密度扰动的影响，这样的近似称为对流近似。
2 什么是“对称不稳定” ？判断用气块法所谓对称不稳定，从物理上看就是大气运动在垂直方向上是对流稳定的和水平方向上是惯性稳定的情况下，作倾斜上升运动时仍然可能发生的一种不稳定大气现象。
第三章1 （★反复记忆）简述强风暴发生的天气学必要条件？①位势不稳定层结，并常有逆温层存在②低层有水汽辐合③有不稳定的释放的机制④强的风垂直切变⑤低空急流⑥中空干冷空气等。
2 （★）什么是条件不稳定、对流不稳定？其适用条件各是什么？①条件不稳定：丫m<Y <Y d,对于未饱和大气是静力稳定的，而对饱和湿空气来说是静力不稳定，这种大气层结称为“条件不稳定”层结。
适用于气块②对流性不稳定：对流性天气一般发生在条件性不稳定层结的情况下，但有时在上干下湿的条件性稳定层结下，如果有较大的抬升运动，特别是发生整层大气得到抬升时，原先的条件性稳定层结变成不稳定的了，这种不稳定层结称为对流性不稳定。
适用于气层3 逆温层和干暖盖的作用是什么？在强对流爆发前，屮低层常常有逆温层和稳定层，它相当于一个阻挡层，暂时把低空湿层与对流层上部的干层分开，阻碍了对流的发展，这样使风暴发展所需要的高静力能量得以积累，当大气低层出现阻挡层时，一般称为干暖盖。
具有稳定层结的干暖盖抑制对流的作用是十分清楚的，另一方面它对于大气低层不稳定能量又有储存和积累作用。
4 普通积云的云外下沉气流与强风暴屮尺度环流的下沉运动对对流运动各起什么作用？①普通积云对流的云外下沉运动的出现，使对流运动的发展受到不利的影响。
中小尺度天气动力学课件 第一章
下午16:00-16:30，义和镇兴业村小学教 室多次遭受雷电闪击，并伴有球形雷的发 生，当雷电直接击中教室金属窗时，由于 该金属窗未做接地处理，雷电流无处泄放， 靠近窗户的学生就成了雷电流泄放入地的 通道，雷电流的热效应和机械效应导致学 生出现伤亡。
Windstorm 30%
Slides 7%
Wild Fires 2%
1980-2005年亚洲各种灾害的比例数
(Kuniyuki SHIDA ,2006)
1993-2003中国气象灾害直接经济损失高达 RMB 21,146亿
2012年7月21日北京遭遇61年最强暴雨
遇难人数79人
2012年7月21日，市气象台连发五个预警，暴 雨级别最高上升到橙色。截至22日2时，全市 平均降雨量164毫米，为61年以来最大。其中， 最大降雨点房山区河北镇达到460毫米。暴雨 引发房山地区山洪暴发，拒马河上游洪峰下泄。 截至22日17时，暴雨洪涝灾害造成房山、通州、 石景山等11区（县）12.4万人受灾，4.3万人 紧急转移安置。全市受灾人口190万人，其中 房山区80万人。23日，全市经济损失近百亿元。
暴雨云团
2008年7月22日13时，槽前云系影响中东 部，云带狭长，呈东北－西南走向，西 南端处于孟加拉湾，水汽输送充足，影 响我国的范围广。
22日晚上20点低涡切变逐渐东移
15：00
• 15 • 16
15：24
15：12 15：36
中尺度对流复合体（MCC）
舟曲泥石流
2010年8月7日22时许，甘南藏族自治州舟 曲县突降强降雨，县城北面的罗家峪、三 眼峪泥石流下泄，由北向南冲向县城，造 成沿河房屋被冲毁，泥石流阻断白龙江、 形成堰塞湖。据中国舟曲灾区指挥部消息 ，到28日，舟曲特大山洪泥石流灾害造成 1463人遇难，失踪302人，受伤住院人数72 人。
自然地理专题之天气系统PPT课件
偏南风，多云雨天 偏北风，多降温、大风或风沙天气 气
偏北风，多降温、 大风天气
偏南风，多升温、云雨天气
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[点拨]
（1）无论是北半球还是南半球，气旋均为辐合 ★（气2流）。应注意南、北半球气旋和反气旋的区别，主要根据
水平方向上气流流向来判断。
★（3）在闭合的等压线上画风向，一般与气压梯度力偏45º为 宜。 （4）补充：借鉴物理学科中的“左右手定则”判断气旋、反气旋
4.在我国东南沿海登陆的台风， 形成的天气系统是（A） （1）热带低压 （2）热带气旋 （3）热带高压 （4）热带反气旋 A（1）（2） B（2）（3）C（3）（4） D（1）（4）
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[思考]
“秋高气爽、天高云淡”的天气现象与什么天气系统的影响有关呢? 长江中下游地区7~8月份的天气如何？这又与什么天气系统有关呢？
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二、大气的水平运动-----风（以北半球为例）
1、水平气压梯度力对风的影响
（1）气压梯度 单位距离内的气压差
（百帕）
1002 1004 1006 1008 1010
（2）水平气压梯度力
促使大气由高压区流向低压区的力 是形成风的直接原因
水平气压梯度力
方向：垂直等压线，由高压指向低压
气团
气团
敌
昆明准静止锋
移动
移动
——江淮准静止
锋
移动方向
移动方向
移动方向
锋后 锋前
锋后 锋前
冷气团
暖气团
冷气团 暖气团 暖气团 冷气团
锋线
锋线
锋线
暖气团运动状况 暖气团被迫抬升 暖气团主动爬升 暖气团在锋面上缓慢爬升
第十一讲中小尺度系统发生发展的天气和环流条件课件
高压区域常常伴随着下沉气流，不利 于水汽凝结和降水过程的发生，但能 够影响天气系统的移动路径和强度。
垂直环流形式
01
对流
02
上升运动
03
下沉运动
04
中小尺度系统与大尺度系Байду номын сангаас的关系
相互作用
第十一讲中小尺度系 统发生发展的天气和 环流条件课件
目 录
• 中小尺度系统的定义与特性 • 中小尺度系统发生发展的天气条件 • 中小尺度系统发生发展的环流条件 • 中小尺度系统与大尺度系统的关系 • 中小尺度系统预报的挑战与展望
contents
01
中小尺度系统的定义与特性
定义与分类
定义 分类
特性与影响
特性
影响
中小尺度系统对天气和气候变化有重 要影响，特别是在降水、雷暴、龙卷 风等强对流天气事件中起着关键作用。
02
中小尺度系统发生发展的天气条件
温湿条件
温度
湿度
风场条件
水平风速 垂直风切变
水汽条件
水汽来源
水汽是中小尺度系统形成和发展的关键因素之一。水汽的来源、含量、分布和传 输对于中小尺度系统的发生发展具有重要影响。
大尺度环流的变化也会受到中小尺度 系统的影响，如台风、暴雨等中小尺 度天气现象可以改变大尺度环流的状 态。
05
中小尺度系统预报的挑战与展望
预报的挑战
时间尺度问题
空间尺度问题
物理机制复杂
资料同化难度大
展望与未来研究方向
改进数值预报模式
通过改进数值预报模式的物理过程参数化方案，提高对中小尺度系统 的预报能力。
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地形作用 地形抬升 热力强迫 障碍作用 地表作用 感热/潜热通量 不连续性
平流条件
辐合线 冷锋 阵风锋 海风、湖风 干线
边界交波 边界层水平对流滚 轴云
（Johnson与Mapes，2003）
表11.3 产生风暴的中尺度作用
中小尺度对流系统与其环境条件有密切的关系。 大尺度环境条件不但制约了对流系统的种类与演 变过程；而且还可影响对流系统内部的结构、强 度、运动和组织程度。例如，一般的气团雷暴是 发生在比较少变的天气形势和弱的风垂直切变， 各层水汽含量较大的湿润环境中。而强风暴（如 飑线）则是出现在强的风垂直切变，对流层中层 干、下层湿润的环境中。其结果是内部气流的结 构，对流的强度和传播情况等都有很大的差别。 因而大尺度环境条件对中尺度对流系统起着明显 的制约作用。在这种情况下，有组织的对流系统 在大尺度环境中不是随机发生和分布的，而是发 生在一定的地区和时间内。
11.1 大尺度和中尺度条件的概述
关于强对流系统发生的大尺度天气学条件人们已归 纳很多。早在40年代中期就提出了雷暴发生的三要 素，即丰富的水汽，条件不稳定层结和抬升气块到 凝结高度的启动机制。但这只是一般雷暴发生的条 件。以后在大量研究的基础上，进一步归纳出强风 暴系统发生的天气条件，这可包括：（1）位势不稳 定层结，并常有逆温层存在；（2）低层有湿舌或强 水汽辐合；（3）有使不稳定释放的机制（如低空辐 合区、重力波、密度流、地形等）；（4）常有低空 急流存在；（5）强的风垂直切变；（6）中层有干 冷空气等。上述条件都只是必要条件，即在强风暴 发生发展时往往可以看到这种情况。因而在作预报 时，即使出现这些条件强风暴也不一定发生。
目前在大尺度条件上，虽然有了较多的了解，
但对大尺度条件与中尺度风暴的发展在物理上究竟 有什么联系还不十分清楚，对于两者之间的因果关 系还没有完全弄清楚。例如在强风暴低层出现的辐 合区和风暴上空出现的强风速区有时认为是对流活 动的结果，有时认为是强对流发生发展的原因。
近十几年来，对强对流天气有重要作用的中尺度过 程研究取得了明显的进展。最近Johnson与Mapes 对强天气发生的中尺度前提条件与触发过程进行了 总结。由表11.1，11.2，11.3可见，许多中尺度过 程与强天气有密切关系，从前期的环境条件到触发 因子以及对流对环境的反馈作用都涉及到中尺度过 程，也就是说，大尺度流场主要是建立有利于强天 气的环境条件，而中尺度过程则直接启动强对流系 统，影响它们的演变并通过反馈过程可进一步影响 风暴所处的环境。但应该指出，强风暴系统与大尺 度条件之间的关系在风暴发展的不同阶段其相互依 赖和相互作用的程度是不同的。在风暴发生和初期 发展时期，主要决定于大尺度环境的作用。但是一 旦强风暴组织起来后，对流风暴发展到很高的能量 密度时，大尺度环境条件不但失去了对其制约作用， 反而会受到对流风暴的影响。
局地条件
平流条件
动力条件
辐射
粒子平流下落和相变
微物理
下降气流产生
下降气流，冷空气堆 逆尺度增长
产生
微尺度暴流产生
产生融化的中层辐合
闪电产生
重力流，重力波 影响单体/MCS增长 影响临近对流
冷空气堆过程 单体生成 MCS演变
中尺度气压场
浮力作用 动力作用（风暴分 裂，传播）
动量输送/坡风 强地面风
斜压涡度产生 阵风锋的水平涡度
表11.1 强天气发生的中尺度前提条件
局地条件
边界过程 混合层高度增加 湿层高度增加 沿干线的辐合 夜间逆温，低空急流 形成
地形作用 产生辐合区 发展坡风 风矢端迹改变
地表作用 蒸发、加热 地表不连续性 —土壤湿度 —粗糙度
平流条件
动力条件
平流差异
次级环流
产生逆温
地转调整
失稳
急流
形成深厚干PBL（导致下
击暴流）
辐合线 锋面 干线 海/陆/湖风 山谷风
水汽平流 增加CAPE，降低LFC 局地积云增温
重力流、重力波 冷空气抬升 局地减少条件不稳定 改变垂直切变
中尺度不稳定边界层过程 水平对流滚轴云 惯性振荡（低空急流）
（Johnson与Mapes，2003）
表11.2 强天气的中尺度触发过程
局地条件
涡旋倾斜/伸长
涡旋崩溃
垂直涡度产生
中气旋
（超级单体，MCS中涡旋） 龙卷
（Johnson与Mapes，2003）
11.2 风垂直切变的作用
在1940年代，一般认为风垂直切变阻碍雷暴或积雨 云发展的，因为在切变作用下垂直发展的云向下风 方倾斜，而不能直立。在这种情况下由于对流上升 的路径加长，环境空气混合入对流空气的作用增强。 另外相继的对流空气不容易走相同的路径以形成有 利于以后对流上升的环境。因而通过这些作用使对 流受到抑制。这种看法曾由一些云的观测和雷达回 波观测所证实，所以风垂直切变当时被看作是对积 云的一种“破坏力”，从理论上也得到类似的结果。 郭晓岚根据线性理论研究了迭加在层结流体中切变 气流上的扰动特征，也指出垂直切变对雷暴有抑制 作用。浅井通过数值试验得到，在平行于具有切变 的风的垂直剖面中，对流发展会受到抑制。 Kuettner把“云街”的成因归于风的垂直剖面的曲 率对对流的产生造成动力阻碍作用的结果。
高等天气学系列讲座 单元四：对流和降水天气系统
第十一讲 中小尺度系统发生发 展的天气和环流条件
丁一汇 国家气候中心
对流和降水活动是大气中的主要气象现象之一，它 们是在大尺度条件影响下，主要由中小尺度天气系 统造成的。因而属于中尺度气象学的内容。中尺度 气象学主要是研究25~50km水平尺度的天气现象和 天气系统（又称中-系统）。它介于大尺度（或中尺度，即250~2500km）和小尺度（或中-尺度，即 2.5~25km）系统之间。主要是指强风暴等有组织的 雷暴或对流系统。而对于其中个别雷暴积云单体或 一些孤立的小雷暴则属于小尺度天气系统。中尺度 气象学还包括其它一些天气现象或天气系统的研究， 如山脉背风波、海陆风、锋面中的中尺度结构，强 斜压区，高低空急流中的风速中心，热岛效应和严 重空气污染区等。这些问题也很重要，近年来日益 引起人们的注意。本章只讨论与降水和对流有关的 中尺度天气现象和天气系统。