灾害性和强对流天气预报

(1)位势不稳定层结
逆温层对强对流的产生起着重要作用。在逆温层以下的空气通过平
流过程和地面辐射加热变得更暖、更湿，同时对流层中上层可以变得更 冷。只要这种过程继续进行较长的一段时间，可在深厚层次内建立很强
的位势不稳定而不被释放，最后由于某种机制使逆温层破坏或除去，则
会出现爆发性的强对流活动，使层积云或矮小的积云自由地向上渗透形 成高大的积雨云。
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(4)环境干空气的作用
雷暴一般是在干冷的环境中增长或发展起来的，这种干冷的空气通
过两个作用影响雷暴的发展：一是通过补偿的下沉运动；一是通过吸入 作用。
在积云中上升的空气总量在云外要引起向下的补偿质量输送。下沉
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目 录
3.1 3.2
强对流等灾害性天气监测 强对流天气的天气背景分析
3.3
3.4 3.5 3.6 3.7
雷暴发生和演变的短时临近预报
中气旋 强冰雹的短时临近预报 龙卷的短时临近预报 灾害性雷雨大风的短时临近预报
有辐散，有利于新的对流单体在右前侧形成，而在右后侧高空辐合，低 层辐散，不利于新单体形成。
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(3)水汽辐合和湿舌的作用
为了使强对流系统得以发展和维持，必须有丰富的水汽供应，这是
风暴的主要能量来源。在风暴发展的前期经常观测到有明显的湿区或水 汽辐合区。在风暴发展前期，一般水汽供应越充分，风暴的最大强度越
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(2)风垂直切变的作用
一般风的垂直切变对强风暴有四个方面的作用： a. 在切变环境中使上升气流倾斜，这使上升气流中形成的降水质点能够
脱离出上升气流，而不致会因拖带作用减弱上升气流的浮力；
b. 可以增强中层干冷空气的吸入，加强风暴中的下沉气流和低层冷空气 的外流。以后通过强迫抬升使流入的暖湿空气更强烈的上升，从而加
观测是卫星至接收机天线的无线电信号的传播时间，这一传播时间受 大气影响而产生额外延迟，这种延迟主要是电离层和中性大气层对电
磁波折射作用的结果造成定位误差。虽然地基 GPS 气象探测技术不能
得到大气水汽垂直廓线，但气柱水汽总量的探测可以为降水临近预报、 数值预报模式初始场改善和气候研究提供非常有用的帮助，目前此观
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快速资料融合
多传感器数据融合虽然未形成完整的理论体系和有效的融合算法，
但在不少应用领域根据各自的具体应用背景，已经提出了许多成熟并 且有效的融合方法。气象资料的快速融合可以将各种常规、非常规观
测资料利用，在一定准则下加以自动分析、综合，为临近预报提供及
接口性能；与不同技术和方法的协调能力；对信息样本的要求等。一
般情况下，基于非线性的数学方法，如果它具有容错性、自适应性、 联想记忆和并行处理能力，则都可以用来作为融合方法。
鲁棒性：所谓“鲁棒性”，是指控制系统在一定（结构，大小）的参数摄动下，维持其 它某些性能的特性。简单来说就是系统的健壮性。它是在异常和危险情况下系统生存的 关键。比如说，计算机软件在输入错误、磁盘故障、网络过载或有意攻击情况下，能否 不死机、不崩溃，就是该软件的鲁棒性。
是用水汽的平流过程来解释的。在暴雨前期，随着低空西南或偏南气流
加强，出现明显的水汽向北输送，水汽含量增加，结果使暖湿空气带不 断向北伸展。如果其上有逆温层存在，湿空气可在其下向北扩展，尤其 湿低空急流的建立对湿舌的形成和向北发展起着非常重要的作用。随着 湿舌的建立，湿层的厚度也在迅速增加，并且在更高的层次上形成湿舌， 这种情况不能用平流作用解释，这与大尺度上升运动区和中尺度上升区 有关。
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(4)环境干空气的作用
内蒸发而变冷，使云内外温差减小，相应云中浮力减小，上升气流的动
能减小，云所达到的高度降低，从而使云的发展受到影响。
吸入对雷暴中的下沉气流也有重要影响。下沉气流中包含有凝结的 水分，它是按湿绝热下沉增暖的。从中间层吸入的干冷未饱和空气与饱
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(3)水汽辐合和湿舌的作用
由于低层水汽辐合经常可造成一条明显的湿舌，这在中低层天气图
分析中常常看到。湿舌实际上是在对流层下部的一条狭窄的暖湿空气带。 也是一条高静力能量舌，在850hPa和700hPa尤其明显。湿舌的形成一般
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(1)位势不稳定层结
雷暴或强风暴系统是一种热对流现象，而对流运动的主要作用是浮
力。浮力越强产生的上升运动越强，雷暴的垂直发展越高。空气上升的 浮力主要产生在卫视不稳定的层结中。因而要形成雷暴或强风暴系统必
时、重要的参考。
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强对流等灾害性天气监测 强对流天气的天气背景分析
3.3
3.4 3.5 3.6 3.7
雷暴发生和演变的短时临近预报
中气旋 强冰雹的短时临近预报 龙卷的短时临近预报 灾害性雷雨大风的短时临近预报
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强对流等灾害性天气监测 强对流天气的天气背景分析
3.3
3.4 3.5 3.6 3.7
雷暴发生和演变的短时临近预报
中气旋 强冰雹的短时临近预报 龙卷的短时临近预报 灾害性雷雨大风的短时临近预报
3.8
3.9 3.10
短历时暴雨和暴洪的临近预报与预警
强对流天气短时临近预报和预警步骤 客观临近预报系统
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快速资料融合
利用多个传感器所获取的关于对象和环境全面、完整信息，主要 体现在融合算法上。因此，多传感器系统的核心问题是选择合适的融
合算法。对于多传感器系统来说，信息具有多样性和复杂性，因此，
对信息融合方法的基本要求是具有鲁棒性和并行处理能力。此外，还 有方法的运算速度和精度；与前续预处理系统和后续信息识别系统的
非常规观测系统
快速资料融合
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GPS/MET水汽观测系统
全球定位系统是美国从20世纪70年代开始发展的全球卫星定位系 统。其要目的是为移动目标定位和导航。由于它具有很高的定位精度，
已被广泛地用于许多军用和民用目的。 GPS 高精度测记中，最基本的
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，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。
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短历时暴雨和暴洪的临近预报与预警
强对流天气短时临近预报和预警步骤 客观临近预报系统
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3.2 强对流天气的天气背景分析
中小尺度强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和演变过程；而且还可影响对流系统内部的 结构、强度、运动和组织程度。雷暴发生的三要素，即丰富的水汽、条
测资料在城市的精细天气预报中发挥了重要的作用。
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气象应急移动(车载)服务系统
移动气象观测系统以汽车、火车、船舶、飞机、气球、飞艇等各 种地面和空中的移动载体为观测平台，具有很强的机动性，还可以根 据气象业务服务的需要配置多种气象观测仪器设备，及时赶赴观测现 场，开展气象应急观测服务业务。气象应急移动(车载)服务系统是气 象灾害监测预警和应急工作的有机组成部分，在出现重大灾情和突发 公共安全事件时，能作为固定系统的有效延伸，在时空尺度下进行加 密监测并针对关键部位进行精确观测，以迅速采集和传输现场声像实 况及各种气象要素观测数据，以保障固定服务中心对现场的监控和服 务，实时掌控现场状况，实现高效、快速的现场服务决策。
a. 通过低层暖湿平流的输送产生位势不稳定层结；
b. 在急流最大风速中心的前方有明显的水汽辐合和质量辐合或强上升运 动，这对强对流活动的连续发展是有利的； c. 在急流轴之左前方是正切变涡度区，有利于对流活动发生。根据日本 梅雨暴雨发生频率与急流关系的统计，暴雨主要发生在急流轴左侧 200 km 之内的地区。
和空气混合后使其中水分蒸发而造成冷却，这样到达地面的空气温度低，
成为冷的流出气流。另一方面，进入下沉气流的环境空气具有中层环境 的较高动量，这使下沉气流能穿过风暴向前流动，并与前方暖空气辐合，
由此造成的抬升能不断使上升气流再生，延长风暴环流生命期。
因此，吸入有两种作用。一方面使得上升气流减弱，积云不能达到 由气块理论所给出的高度；另一方面能使下沉气流变得更冷，增强下沉
须有明显的位势不稳定层结。
在强对流爆发前中低层常常有 逆温层或稳定层存在。它暂时把低 空湿层与对流层上部的干层分开， 这样能使风暴发展所需的高静力能 量得以累积。因而强对流爆发前典 型探空的特征是，低层是湿层，其 上为逆温层，再上为干空气层。
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3.9 3.10
短历时暴雨和暴洪的临近预报与预警
强对流天气短时临近预报和预警步骤 客观临近预报系统
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3.1 强对流等灾害性天气监测 常规观测系统
人工地面常规观测、地面加密气象站观测、天气 雷达、风廓线雷达等 闪电定位仪、地基微波辐射计、声雷达、激光雷 达、各种大气成分观测仪、地基GPS水汽总量探测 与城市移动观测等 常规观测系统与非常规观测系统各种资料的质量 控制、分析处理
气流，以有利于新的云系在前方形成，这两种作用综合的效果是使云体
更快地更替。
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(5)低空急流的作用
出现在对流层下部的急流叫低空急流。它表示在低层动量有明显的
集中。在850hPa或700hPa低空急流最明显，一般最大风速可达15-25 m/s。 低空急流有三个方面的作用：
强。
根据水分收支方程，风暴的降水主要由水汽辐合造成。
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因为q的局地变率、蒸发项在陆地上都不太大。根据许多暴雨和强风暴系 统个例的研究表明，水汽的辐合主要由低层水汽通量符合造成，尤其是 800hPa以下的边界层中占有很大的比重，可以达到1/2以上。随着风暴的 发展，辐合层上升。因而边界层中水汽输送对风暴的发展有十分重要的 意义。
空气是按干绝热下沉压缩增暖的，这减少了云内外的温差和云空气的浮 力。另外云外的下沉气流也可产生拖带作用阻碍云中的垂直加速度。 吸入是指从对流云环境中吸入空气，并且与云中上升气流或下沉气 流的饱和空气相混合，影响云中气流的热力特征及垂直动量过程。云在 上升过程中，由于混合有大量云外空气卷入云内，云外的空气是未饱和 干冷空气。云中空气通过与云外空气的显热混合和云中水分在吸入空气
强对流；
c. 造成一定的散度分布，有利于风暴在顺切变处不断再生，使雷暴向前 传播；
d. 能产生流体力学压力，在风暴右侧有利于新的对流单体增长。
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(2)风垂直切变的作用
当风随高度顺时针旋转时，在雷暴前进方向右侧低空有辐合，高空