强对流天气的中尺度分析

二、不稳定条件分析
分析目的：分析由温度层结导致的热力不稳定
分析内容：暖脊、冷槽、变温、垂直温度递减率
和冷暖中心
主要分析层次：850、700和500hPa。
分析频次：观测资料在探空观测获取后开始分析，地面和数
值模式分析预报资料可加密到3小时
三、抬升和垂直风切变条件分析
• 分析目的：分析对流的动力触发条件和强对流的动力组织条 件 • 分析内容：辐合（辐散）区、大风速带和标识流线 • 主要分析层次：地面、925、850、700、500和200hPa • 分析频次：观测资料在探空观测获取后开始分析，地面和数 值模式分析预报资料可加密到3小时
•脊在最大湿轴以东,有弱 对流
•脊在最大湿轴重合,有中 等对流 •脊在最大湿轴以西,有强 对流
以2013年3月23日南方强对流天气为例
850hPa湿度场 •等露点线：从6℃开始 •显著湿区：T-Td≤5℃
•湿舌
•干线：相邻两站的露 点温度相差10℃以上时， 沿湿度梯度最大处分析 干线（露点锋）。 低空湿度（露点）
700hPa风场 •最大风速带（急流）
•显著流线
•辐合区（切变）
以2013年3月23日南方强对流天气为例
700hPa温度场 •等温线 •温度脊
•温度槽
•T700-500的高值区 （图中为16℃线）
以2013年3月23日南方强对流天气为例
700hPa湿度场
•干线（露点锋） ：相邻 两站的露点温度相差10℃ 以上时，沿湿度梯度最大 处分析干线
地面气压场分析
24h变压、3h变压分析
△P24消除了日变化影响，在地 形较复杂的地区能较好地反映 出冷暖空气活动的情况。冷锋 后一般有大的24小时正变压， 冷锋前可有小的24小时负变压。
以2013年3月23日南方强对流天气为例
• 在自由大气中地转偏差由三项组成： D=D1+D2+D3
其中D1变压风与加速度有关，D1
• 气旋、反气旋、锋面、台风、高空槽（脊）---大尺度天气 系统。水平尺度几百-几千km、生命史达一天-几天。
• 雷暴、强雷暴、龙卷等空间尺度小、生命史较短的天气系 统称为中小尺度天气系统。 • 中尺度系统（中系统）的水平范围大约为十几km-二三百km， 生命史约一小时-十几个小时。 • 小尺度系统（小系统）的水平范围大约为几十米-十几km， 生命史只有几分钟-一小时。
Ligda(1951)最早提出“中尺度”概念，根据对降水系统
进行雷达探测所积累的经验指出，有些降水系统太大以 至不能由单站观测全，有些又太小以至即使区域天气图 上也不能显现出现。他把具有这种尺度的系统称为“中 尺度”系统。
定义：中尺度是时间尺度和水平空间尺度比常规探空网
的时间密度小，但比积云单体的生命史及空间尺度大的
一般象飑线系统生存只有几小时至十几个小时，通常不超过 24 小 时，龙卷气旋也只有几小时，雷暴单体甚至还不到 1小时，雷暴群可 存几个小时。
中小尺度天气系统的特征
3．要素场梯度很大 气压梯度可达1-3百帕/公里，温度梯度可达5℃/10公里， 露点温度梯度1℃/公里。 4．天气现象剧烈
由于气象要素场的梯度大，中小尺度系统的天气现象比较
高空分析内容
• 在暴雨、强对流等中尺度对流天气可能发 生的重点区域分析。
• 高空分析的要素包括风、温度、湿度、变 温、变高、温差等, 分析主要集中在对流层 低层、对流层中层和对流层高层的特征等 压面。
850hPa（925hPa）分析
风场：切变线（辐合线） 、低空急流、 显著流线 温度场：暖脊（温度脊）、T850-T500大值区 湿度场：干线（露点锋）、湿舌
•dh24
以2013年3月23日南方强对流天气为例
500hPa中尺度分析综合图
以2013年3月23日南方强对流天气为例
200hPa • 高空急流 • 急流核 • 显著流线
以2013年3月23日南方强对流天气为例
地面分析
中尺度抬升条件：
• 地面锋 • 风、温度、气压、湿度、天气区、云覆盖等水平不连续分 布造成的中尺度边界线（辐合线、干线、出流边界等） • 分析物理量场：气压场、变压场、风场、温度场、湿度场、 天气区、云 • 分析间隔：3小时,1小时 • 分析资料：地面观测
强对流天气（中尺度）分析 —强对流天气的中尺度分析
杜小玲 2013.10.29
主要内容
• 中尺度天气定义及特征 • 强对流天气定义
• 中尺度分析技术
• 中尺度对流天气环境场条件分析
• 中尺度过程分析
• 中尺度分析技术在强对流天气预报中的应用
• 天气系统按照空间、时间尺度可以划分为大尺度、中尺度、 小尺度三类天气系统。
7．不满足静力平衡
在强烈发展的对流云附近，静力学关系不适用。在云中，特别是上升 气流和下沉气流强的地方，静力学关系更不能用。
强对流天气的定义
强对流天气定义(美国)：
直径1.9cm以上的冰雹、除了水龙卷之外的所有龙卷、
阵风25.7m/s以上的雷暴大风;
极端强对流天气：5cm以上冰雹，F2级以上龙卷，
天 中短期预报
望
警
戒
警
告
小时 短时预报
分钟 临近预报
中 尺 度 天 气 分 析
分析环境场条件
天气型识别
天气图 (主观)
分析中尺度过程
识别中尺度对流系统
根据其组织类型、结构推测其移 动和发展、以及产生的天气类型
动力热力条件诊断
物理量诊断 (客观) 探空图分析 (主客观)
卫星图像识别
雷达图像识别
中尺度环境场分析
• 适用于6小时以上的短时和短期预报业务
一、水汽条件分析
分析目的：分析气团的水汽含量和饱和程度，以及它们的边 界 分析内容：显著湿区、干舌、干线（露点锋）。
主要分析层次：850、700和500hPa。
分析频次：观测资料在探空观测获取后开始分析，地面和数 值模式分析预报资料可加密到3小时
1 f 2
在地面天气图上分析3h变压线，3 h变压分析对未来 气压系统的变化和移动有指示作用。
•地面风场及气压场分析
等压线
地面锋区（辐合线）
以2013年3月23日南方强对流天气为例
地面湿度场分析 地面露点锋（干线）和显 著湿区
以2013年3月23日南方强对流天气为例
地面天气区分析
• 天气区的分析是为了监视已 经或正在发生的对流或强对流 天气, 进而判断中尺度对流系 统的发生和发展。 • 当出现雷暴、大风、冰雹、 短时强降水等强对流天气时, 标注天气区。 • 当出现成片的天气时, 将发 生区域用相应的阴影覆盖, 并 在阴影区中心标注天气符号。
33m/s以上雷暴大风；
SWPC强对流天气业务暂行规定：
雷雨大风（≥17.2m/s）、冰雹、龙卷或短时强降水 （≥20mm/h）天气现象。
中尺度分析技术
强对流（中尺度） 天气分析
主观分析
---以天气型识别为主
客观分析
---以动力热力物理 参数诊断为主
中尺度分析技术
中尺度天气主观分析:利用各种高空和地面观测资料、
以2013年3月23日南方强对流天气为例
2013年3月23日08时中尺度综合分析
强对流天气预报 展
天 中短期预报
望
警
戒
警
告
小时 短时预报
分钟 临近预报
产生强对流天气的系统：中尺度对流系统 强对流天气预报包括 （１）中尺度对流系统的发生发展环境场条件分析 （２）中尺度对流系统的发生发展过程分析
强对流天气预报 展
剧烈，暴雨、特大暴雨、冰雹等往往都是与它们联系在一起，
龙卷大风甚至可达每秒100-200米。
中小尺度天气系统的特征
5. 垂直运动较强 在雷暴云中上升气流可达10m•s-1，强烈的上升气流甚至达 60m•s-1。散度涡度比天气尺度大一个量级可达10-4 s-1。
6．不满足地转风平衡
天气尺度系统近于满足地转风（或梯度风）平衡，而在中小尺度系统 中，由于加速度项同地转偏向力和气压梯度力具有相同量级，所以不满 足地转风平衡。因此，分析时一般不宜用地转风原则，且存在风向与等 压线相垂直的现象。
•≤8℃,有弱对流
以2013年3月23日南方强对流天气为例
•9-12℃,有中等对流 •＞12℃,有强对流
850hPa中尺度分析综合图
以2013年3月23日南方强对流天气为例
700hPa分析
风场：低空急流、 切变线（辐合线）、 显著流线 温度场：暖脊（温度脊）、冷槽（温度槽）、 24(12)h 变温、T700-T500大值区 湿度场：干线（露点锋）、 干舌
该分析是在常规天气图分析的基础上，针对
产生中尺度对流性天气的主要条件（水汽、不稳
定、抬升和垂直风切变条件），分析各等压面上
相关大气的各种特征系统和特征线，最后形成中
尺度对流性天气发生、发展大气环境场“潜势条
件”的高空和地面综合分析图。
• 基于观测资料的中尺度环境场分析、物理 量场分析---短时临近预报 • 基于数值预报产品的中尺度环境场分析、 物理量场分析---中短期预报
•显著湿区：T-Td≤5℃， 从1℃开始
•干舌
以2013年3月23日南方强对流天气为例
700hPa中尺度分析综合图
以2013年3月23日南方强对流天气为例
500hPa分析
风场：中空急流、切变线（辐合线）、显著流线 温度场：冷槽（温度槽）、冷堆、24(12)h 变温 湿度场：干舌 高度场：变高
AWS、RUC、LAPS
中尺度对流天气环境场条件分析
• 分析内容： 中尺度对流性天气和强对流发生发展的水汽、不稳定、 抬升和垂直风切变条件分析，制作各等压面上相关的各种 特征系统和特征线，形成中尺度对流性天气发生、发展大 气环境场“潜势条件”的综合分析图。 • 分析资料：
地面、高空观测资料和数值预报资料
850hPa风场 •最大风速带（急流） •辐合区（切变）
低空急流（LLJ）
•12-13m/s,有弱对流 •13-17m/s,有中等对流 •18m/s以上,有强对流
以2013年3月23日南方强对流天气为例
850hPa温度场 •等温线 Байду номын сангаас温度脊 •T850-500的高值区 （图中为25℃线）
温度脊和最大湿轴
500hPa风场 •最大风速带（中空急流） •显著流线 •辐合区（槽线、切变）
以2013年3月23日南方强对流天气为例
500hPa温度场 •等温线
•温度槽
以2013年3月23日南方强对流天气为例
500hPa湿度场
•干舌：t-td≥15℃
以2013年3月23日南方强对流天气为例
500hPa变高场
1 V k f t
• 由于地转风关系建立了风场和气压场的关系，可用地转 近似以Vg代替V。而
Vg 1 1 9.8 h P k p k pH k f f f
h ( p 9.8 H ) 2 h ( ) t t f
• 因而
D1
中尺度天气分析平台
中尺度天气分析技术规范
在高空强调风、温度、 湿度场、变温、变高等的分 析
在地面强调气压、温度、 湿度的细致分析，以及上述 要素及风、湿度、云、天气 现象等要素的不连续线分析

通过特征系统和特征线的分析， 识别中尺度强对流系统发生发展 的必要条件： 水汽 不稳定
抬升
垂直风切变
雷达和卫星等遥感探测资料、数值预报产品等资料，
分析产生中尺度对流天气的中尺度对流系统及其发
生发展的环境场条件。
中尺度分析技术
中 尺 度 天 气 主 观 分 析
• 天气图分析。利用高空、地面、自动站观测 资料的分析，寻找中尺度天气系统发生发展 的各种环境场条件 • 探空分析。侧重对中尺度系统发生发展的局 地垂直环境场特征进行分析 • 中尺度系统分析。利用雷达和卫星资料判断 中尺度天气发生的确定区域和确定时间
中小尺度天气系统的特征
1、尺度
水平尺度： 2-2000km。20-200km 的中 -β 尺度系统是中尺度系统的 核心，具有典型的中尺度系统特征。 垂直尺度：积云高度一般为 4-5km 以上，强的对流风暴云可达整个 对流层厚度7-18km。因而对流风暴的垂直尺度与水平尺度的比例约为 1/10。
2、生命史
一种尺度。即水平尺度几十公里至几百公里，时间尺度
几小时到几十小时。
Orlanski（1975）根据时间和空间长度的尺度划分：
小尺度系统：2km以下，如雷暴单体、龙卷、尘卷等
大尺度系统：2000km以上、如气旋、反气旋、锋面等 中尺度系统：2-2000km、如雷暴群、飑线等 • 中-α尺度：200-2000km • 中-β尺度（中系统）：20-200km • 中-γ尺度：2-20km