5卫星气象学_第五章

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第五章 天气尺度云系特征分析
• 用卫星云图分析高空槽脊、锋面、急流、 • 气旋,以及热带气旋等影响我国的主要 天气系统是非常重要的,只有正确的分 析,才能做出准确的预报。
第一节中纬度地区大尺度云系分析
• • • • • • 由卫星云图可以获得云的大范围分布状 况。云的大范围分布表现为一定的结构型 式,这些特定的结构型式与一定的天气系统 和大气物理过程相联系。因此,识别云的大 范围分布有助于对天气系统的分析预报和大 气物理过程的理解。
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1.带状云系 指一条大体上连续、具有明显长轴、长宽之 比至少为4:1的云系。 云区:云系的长宽比小于4:1时。
• 云带一种相对宽而连续的带状云型称为云带。 • 它具有清晰的弯曲或不弯曲的长轴,其长宽 • 之比至少为4:1,而且宽度大于1个纬距。
• 云带属天气尺度云系,常由多层云系组成, • 云种有卷状云,也有积状云和层状云。锋面、 • 赤道辐合带都表现为带状云系。
• 螺旋状表示与云团相联系的扰动在流场上已 • 出现闭合环流。西南季风中的云团呈纺锤状。 • • • • • 云团的水平尺度达几十至几百千米,按 尺度划分,它们可以分成中尺度和中间尺度 两种。其生命史在1d左右,但也有云团生命 史可超过1d。按照云团造成的天气,则可以 分成暴雨云团和雷暴云团两种。
• 斜压叶状云系云型与高空流型和风场特征
云型a 出现在大振幅槽底或槽前,高空急流呈 气旋性弯曲,急流轴位于云系上游一端尖端处。
云型b 出现在一个小振幅槽中,纬向气流或长 波槽的后部,云系上游的急流为平直宽广区。
• 云型c: 出现在长波浅脊中,或在一条地面 • 锋带被卷入中层脊迅速变宽时。 • • • • • • • 云型d: 为新月型(左边)和气旋式带状火把 型(右边)两种。它们出现在闭合低压的斜压 带中,在冷的一侧没有反转点或凸起部分。 虽然它们与其他斜压叶云系有相当不同,但 它们与锋生、降水增长以及风场特征均有相 同的关系。它们形成在闭合低压周围最大风 的左前象限。
两种主要逗点状云型模型图
小尺度涡度逗点云(中层系统,图a),大尺度逗点云系(中高层系统,图b)
Biblioteka Baidu
逗点云系的大小可以从雷暴单体到大尺度的中 纬度气旋。它们均与最强的正涡度平流(PVA) 有关。
逗点云系的组成
初生的逗点云 系S形的后边界 头部(H) 尾部(B) 干舌区(F)
• 影响逗点云系形状的因子:非均匀旋转及其 变化;水汽的有效性;与云发展和消散有关 的垂直运动;云系的不同高度;稳定度。
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2)中宽脊 中等宽度脊的云型是一个前边界 不太清楚的宽云带,这是由于这类脊垂直运 动符号是逐渐改变的,以致部分云系能超过 脊线而不突然消失,往往要向下游伸展几个 经度。下图给出中等幅度脊的云型模型。
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5、逗点云系 形如逗点的云系称之为逗点云系。是涡 旋云系的一种它的形成和发展受到大气的非 均匀旋转,也就是由于大气绕着一个中心旋 转使云块变形造成的。 可以解释为大气闭合环流叠加于一云区 逗点云系的结构,从尺度上分有小尺度 涡度逗点云(中层系统)和大尺度逗点云系(中 高层系统)。
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图给出这种情况的模型图,槽线西侧的下沉 运动使云的形成受抑制;槽线东侧的低层辐 合、对流及向外漫流等产生云;图中D处锋面 云带平行于槽线尾部,使锋面波动发展的机 会增多。
• 4)由大片中高云云区定槽线位置 • 从高空槽线到下游脊线之间是大范围上升运动 • 区,在这区域中出现大片中高云区.而槽后为 下沉运动区。
• 有时涡旋云系表现为一片密蔽的圆形云区,涡 旋中心就是云区的几何中心。
台 风
台 风 眼
东 北 锢 囚 气 旋
华 北 冷 涡
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3、云团 云团是产生暴雨和强对流的一种中尺度 系统。通常,云团由多个积雨云、混合性云 或积云与层云相镶出现的云簇等组成,并与 卷云砧连成一片,表现为一片白亮的密实云 区。 云团的形状与大尺度环流背景以及产生 云团的扰动强度等因素有关,其形状有圆形、 准圆形、椭圆形、螺旋状等。
D:急流轴(粗箭头) 在叶状云的南部风 速减小, X:500hPa涡度中心 P:反转点 F:切变涡度轴线 (又称切变涡度瓣) E:平流涡度轴线 (平流涡度瓣)
最高云顶常位于斜压叶东半部上方,东半部末端将变成逗点头; 云顶向西逐渐降低,并在“V”型缺口处北边界西端有中层云 顶出现,而南边界(H处)由低云组成。地面冷锋沿着斜压叶的 南边缘,冷锋的东端位于斜压叶状云系的深厚部分的下方,有 时也可能为静止锋。
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未闭合细胞状云系的细胞形状呈指环状 或“u”字型,细胞的中心部分无云或少云,边 缘上主要为浓积云。它们出现在气温和下垫 面温度相差很大的地方,而且低空气流呈气 旋性弯曲,表明这里的冷空气受下垫面强烈 增温,对流旺盛。 闭合细胞状云系则呈球型,中央部分为 层积云,四周则少云或无云。它们通常出现 在冷高压的东南象限,低空气流呈反气旋性 弯曲。因低层对流活动层的上面有逆温层存 在,其对流活动受下垫面加热或云顶辐射冷 却所致,所以对流活动较弱。
• 涡度逗点云系(b):它是逗点云系中的中低层 • 云系,具有较强对流,降水多为阵性,常与 • 冷锋和锢囚锋相联系;
• 变形带云系(c):它是逗点云系中的卷云层顶 • 部,但比斜压带卷云低,降水为连续性,并 • 与锢囚锋相联系。
• 6、斜压叶状云系 • • • • • • 斜压叶状云系是以它的外形似植物叶片 状而名。这种云系与高空西风气流中的锋生 相联系。通常,斜压叶状云系在垂直方向深 厚,地面上伴有锋生现象,并可能有地面气 旋生成。它由多层云系组成,在可见光和红 外图上都很容易看见它。
• 斜压叶状云系
斜压叶状云系 通常为一条较 宽的云带,它 的两侧边界清 晰。极地一侧 边界略呈“S” 型
上游尾部呈气旋性弯曲,而下游尾部呈反气 旋性弯曲(T处),尾部的“V”形缺口(W处)是 由 于急流(图中箭头串)侵入云系的西边界造成 的。“V”字型缺口常是逗点云将发展的信号。
• 斜压叶状云与高空和地面流场的关系
红外云图上云系的大尺度分布
A是西太平洋上 的热带低压云 系,D是我国江 淮地区的温带气 旋云系,C是我 国青藏高原上的 涡旋云系。B-F 是位于我国南方 地区的锋面云带。 同时,在图中白 色的卷云线清晰 可见,它的走向 与高空风的方向 基本一致。
可见光云图上云系的大尺度分布 (2008.7.21.13时)
可见光云图上云系的大尺度分布 (2008.7.21.13时)
• 4、细胞状云系 • 云图上形似细胞状的云称为细胞状云系。 • 它的直径约40~80 km。
• • • • • • • 细胞状云系是冷空气受到下垫面加热, 并在水汽较充分的条件下形成的。因此,秋 冬我国北方海面冷锋后部常常出现细胞状云 系。另外,夏秋华北冷涡和东北低压后部也 会出现细胞状云系。 细胞状云系按生成的环境差异又分成开 口(又称未闭合)和闭口两种。
我国 东 部地 区 的逗 点 云系 与 500hP a 槽线
我 国 青 藏 高 原 北 侧 高 空 槽 云 带
• 3)卷云纹线 • • • • • • • 在可见光图上,尤其在高纬地 区常有卷云纹线。由于卷云纹线的走向代表 高空风方向,据此可以确定槽线位置。 上述槽线鉴别的形势主要是对南北向的 竖槽。然而,常有东北一西南走向的倾斜 槽,并有相应的云型伴随。由于槽线与锋面 云带不相交,云特征的强度变化则不明显。
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(2)高空脊云型 根据高空脊云型的宽度、走 向及其边界特征可用于确定脊的振幅。 通常可以分为三类:狭脊(大振幅)、中 宽脊(中等振幅)和浅脊(小振幅)。在脊区的 确定中,也可以对前面槽线的确定方法起到 订正和补充。
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1)狭脊 表现为一条南北向的窄云带。在脊 线附近垂直运动符号的改变,使得云带的前 边界在脊线上突然消失(图a)。另外,狭脊云 型也与阻塞系统相联系。由于下沉运动强 烈,脊线在云区前面几个经度处(图b),对于 这种情况用云图确定脊线较为困难。
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当冬季洋面冷锋后面的冷空气从大陆进入海 面,受到暖的海面加热,在海面与气温相差 大的地区,形成开口(未闭合)细胞状云系, 在海面温度相差较小的地区形成闭合细胞状 云系。这种细胞状云系的直径为40~80km, 由于尺度较大,一般不易在地面上观测到。 凡是出现细胞状云系的地区,风速垂直切变 都较小,如果风的垂直切变较大,细胞状云 系也就被破坏。
东 部 逗 点 云 系 与 500 h Pa 槽 线 青 藏 高 原 北 侧 高 空 槽 云 带
横贯 我国 大陆 上的 高空 槽云 系
南支槽带状云系
南支槽片状卷云系
青藏高原南侧和东侧的切变性云系
青藏高原上空为高压控制,呈现大片无云区,其南侧云系A~B为暖高压南侧 的切变性云系,东侧云系C~D是两高压间的切变线云系。
• 在适当的条件下,斜压叶状云系常常演变成 • 一个逗点云系。
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斜压叶状云系演变成逗点云系的实例 12UTC(a),逗点云系发展的信号是斜压叶西部边缘(R处)向 极地一侧的“S”形结构的“V”形凹口。 15UTC(b),上游边界的气旋性部分(S处)开始消失,而反气 旋式部分(T处)仍维持轮廓分明,地面锋生正沿着南部边界 的西半部分(u处)发生。 18UTC(c),大部分气旋式北边界(S处)已消失, 留下了形成 中的逗点云系尾部的较破碎边界;随着它向逗点状转换期间 尾部变窄和狭口形成,地面低压开始加深,反气旋式部分(T 处)的云型开始呈现出逗点状。
发展成熟的逗点云系包括三部分云区
斜压带云系
涡度逗点云系
变形带云系
• 成熟的逗点云系
• •涡度逗点云系(对流性中低云,阵性降 水、 • 在斜压叶状云下面) • •斜压叶状云系(层状云、顶部卷层云) • •变形云带(在逗点云系头部、卷云为主)
• 斜压带云系(a):逗点云系的最高层卷云顶, • 通常是层状云,除雷暴之外的降水呈连续 • 性,并常与冷锋、锢囚锋和暖锋相连系;
• 21UTC(d),随着“V”形凹口(干狭孔,R处)伸 入该云系的较宽部分而变得更加显著。 • 00UTV(e),逗点云系形成,并随着它继续加强, 地面锋面系统变得有完好组织。
第二节槽线脊线特征分析
• • • • • • • • • 对流层中层的槽脊系统,由于环境条件 的不同所伴随的天气现象可相差甚远。而云 图上的云型与天气现象联系较为紧密。所 以,用云图上云型识别槽脊系统,就能追踪 它们的变化、移动及其相伴随的天气现象。 (1)高空槽云型 高空槽线前后,大气垂直运动和气流方 向有明显改变,反映在云系分布上有明显的 不同。可根据以下特征确定500hPa槽线位置。
• • • • • • • 云线宽度小于l个纬距的带状云系。长为 30至数百千米不等。它可以出现在中高纬地 区冷锋附近,也可以出现在热带洋面上。 云线有积云线和卷云线两种,积云线由积云、 浓积云组成,在可见光的图上表现清楚,能 指示低空风向;卷云线在红外云图上清楚, 作为高空风的良好指标。
• 另外,弧状云线是中尺度对流系统中的重要 • 成员,是雷暴外流的前边界。 • • • • • • • • 2、涡旋云系 涡旋云系由一条或多条不同云量和云类 的螺旋云带朝着同一个中心辐合形成的,与 大气中的气旋性(正)涡度相联系。其水平尺 度为600~1500 km。有组织的螺旋线或积云 汇合线,它与气旋性相对涡度相联系,常称 为涡度中心。例如,热带气旋、高空冷涡云 系等都是涡旋云系。
• 1)锋面云带断裂 由于高空槽后是下沉运 动区,使得锋面云带与槽线相交的地方 云系变稀薄或消散,槽线可以定在锋面 云带的断裂(D)处或云系变稀薄的地方
• 2)逗点云或积云变稠密区 由于逗点云或 • 积云变稠密区均与500hPa正涡度平流区 或正涡度中心相对应。因此,槽线定在 逗点云系的后边界附近或积云变稠密区 靠后的地方。
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