天气学原理和方法第七章大型降水天气过程

g 0 dt
W 1 t2 p0 dqs dpdt
g t1 0 dt
2 凝结函数
qs
0.622 E p
ln qs ln 0.622 ln E ln p
1 dqs 1 dE 1 dp
qs dt
E dt p dt
1 dqs 1 dE
qs dt
E dt
p
1 E
dE dt
L RwT 2
t
在不考虑液态水和固态水向体积内输送的情 况下，水分质量守恒可知水汽变化量决定于 四个因子：水平、垂直方向净流入，蒸发凝 结和湍流扩散
（1）水平方向上水汽的净流入量
y方向：
qvxz
qvxz
y
(
qv)xyz
(qv)xyz
y
同理，x方向： (qu)xyz
x
因此：水平方向水汽净流入量为
x
dt
这表示空气质块的比湿保持不变
讨论: a. 蒸发 c<0 dq 0 增加
dt
b. 凝结 c>0
dq 0 dt
减少
2 降水率 设I是单位时间内降落在地面单位面积上
的总降水量，称为降水强度或降水率。
I dqdz
0
dt
dq dt
0, q
qs
I dqs dz
0
dt
I 1 p0 dqs dp
因此要研究环流形势 连续暴雨的必要前提：副高脊，长波槽，切
变线、静止锋、大型冷涡等长期稳定 天气尺度系统：短波槽、低涡、气旋等
二、水汽方程和降水率
1 水汽方程： 表示水汽输送和变化的基 本方程
比湿 q 体积 δxδyδz 所含水汽质量 ρqδxδyδz 单位时间内该体积所含水汽的变化量为
(qxyz)
24小时雨 <0.1 0.1~10 10~25 25~50 50~100 100~200 >200 量（mm)
等级
微量 小雨 中雨 大雨 暴雨 大暴雨 特大 暴雨
3 降水的影响 利弊
4 我国各地降水气候概况 （1）各地雨量
年雨量分布极不均匀，从东南沿海向西 北内陆减少 （2）雨季：即连阴雨期，夏季水汽充沛， 降水量多，故夏季的连阴雨期一般称为雨 季。我国绝大多数雨量集中在夏季，有明 显的雨季、干季之分
第七章 大型降水天气过程
本章主要分析降水特别是暴雨形成的物理过 程及其诊断方法，影响我国大范围降水的环 流形势及天气过程，形成暴雨的各种天气尺 度系统等
大型降水天气过程
1.降水的形成与诊断 2.大范围降水的环流特征 3.降水的天气尺度系统 4.暴雨中尺度系统 5.不同高度急流对暴雨生成的作用
本章重点：
•暴雨极值与地形有关，多发于暖季
§7.1降水的形成与诊断
一、降水形成过程
1 一般降水的形成过程
水汽条件 垂直运动条件
宏观过程
云滴增长条件 微观过程
冰晶效应 碰撞合并
云滴增长取决于云层厚度，云层厚度
取决于水汽条件和垂直运动条件，因 此降水分析就是对水汽条件和垂直运 动条件进行分析
2 暴雨形成条件 充分的水汽供应 强烈的上升运动 较长的持续时间
全球年降水量分布
云贵高原 5月下旬~10月下旬 青藏高原北部 6月中旬~10月下旬 华南沿海雨季 4月中~10月中旬 长江流域 6月上旬~9月初 华北、东北雨季 7月中旬~8月底 特点：
雨季一般出现在夏半年，降水分布不均匀，
东南部雨季出现早，结束晚，雨季中有相对 干期
5 东亚环流的季节变化与我国雨带活动 雨带：一次降水过程中，降水量相对集中的 地带 ； 侯（旬）内平均降水量相对集中的 地区
华南进入后汛期 8月下旬—10月上旬 雨带从北往南移 9月中—10月上旬 淮河秋雨期，雨量小20ºN 两次北跳三次停滞
（2）中国暴雨的分布特征
•不仅发生在沿海，而且出现在内陆;
•华南沿海和东南沿海的降水量极值多数由台 风引起;
•长江中下游和淮河流域暴雨主要由6－7月梅 雨锋上西南涡所引起;
•黄河中下游和海河流域的暴雨主要是四川移 出的西南涡和青海移出的西北涡造成
(qu)
y
(qv)xyz
其中, (qu) (qv)
x
y
为水汽通量散度.
（2）垂直方向上水汽的净流入量为
（3） 凝结量
(qw)xyz
z
单位时间内，单位质量空气凝结率为C， 则在单位时间内，体积δxδyδz中的凝结量 为ρcδxδyδz.
此值凝结时为正，蒸发时为负.
（4） 湍流扩散
湍流扩散率：单位时间，单位质量空气 块由湍流扩散引起的水汽输送量d，则单 位时间内体积δxδyδz内湍流扩散所引起 的水汽输送量为ρdδxδyδz
（1）雨带活动： 西太平洋副热带高压脊线（北侧8-10纬度） 100hPa青藏高压（北侧） 副热带西风急流（南侧） 东亚季风季节变化
5月中旬-8月下旬，雨带从南往北移 5月中旬-6月上旬 华南前汛期 15ºN 6月中旬-7月上旬 江淮梅雨 20-25ºN 7月中旬—8月下旬 华北东北雨季 30ºN
(qxyz) (qu)xyz (qv)xyz
t
x
y
z
(qw)xyz
cxyz
Kq
2q z 2
xyz
水汽方程
பைடு நூலகம்
t
( q)
x
( qu)
y
( qv)
z
( qw)
c
K q
2q z 2
以连续方程代入
d
divV
0
dt
则得水汽方程的另一形式 :
dq dt
c
Kq
2q z 2
如果没有凝结或蒸发，且湍流扩散也很小， 可以忽略不计，则 dq 0
（1）降水和暴雨形成机制 （2）我国大型降水过程的环流特征 （3）低空急流对暴雨形成的作用 本章难点：
华南前汛期降水、江淮梅雨、华北与东北雨 季降水环流特征及其产生暴雨的关键系统解 释
概述
1 含义 大型降水主要是指范围广大的降水，降
水区可达天气尺度大小，包括连续性和 阵性的大范围雨雪及夏季暴雨。
2 降水的分级
对凝结函数的讨论
（1）F>0 （2）F 是由温度，饱和比湿和气压等常规 资料组成，可以观测得到
不足：
（1）忽略了乱流的影响，使计算量偏大 （2）云不会全部凝结，使计算量偏大 （3）垂直速度的计算有误差
三、水汽条件的诊断分析
dT dt
1 dqs L dT
qs dt RwT 2 dt p
L dqs dt
cp
dT dt
RT
p
dqs dt
qsT p
(
c
LR p RwT
c
2
p RwT qs L2
)
F qsT ( LR cp RwT ) p c p RwT 2 qs L2
dqs F
dt
F为凝结函数 F>0 当有上升运动时有凝结