1、強對流天氣（中尺度）分析強對流天氣的中尺度分析 杜 小 玲2013.10.29主要內容中尺度天氣定義及特征強對流天氣定義中尺度分析技術中尺度對流天氣環境場條件分析中尺度過程分析中尺度分析技術在強對流天氣預報中的應用天氣系統按照空間、時間尺度可以劃分為大尺度、中尺度、小尺度三類天氣系統。氣旋、反氣旋、鋒面、臺風、高空槽（脊）-大尺度天氣系統。水平尺度幾百-幾千km、生命史達一天-幾天。雷暴、強雷暴、龍卷等空間尺度小、生命史較短的天氣系統稱為中小尺度天氣系統。中尺度系統（中系統）的水平范圍大約為十幾km-二三百km，生命史約一小時-十幾個小時。小尺度系統（小系統）的水平范圍大約為幾十米-十幾km，

2、生命史只有幾分鐘-一小時。 Ligda(1951)最早提出“中尺度”概念，根據對降水系統進行雷達探測所積累的經驗指出，有些降水系統太大以至不能由單站觀測全，有些又太小以至即使區域天氣圖上也不能顯現出現。他把具有這種尺度的系統稱為“中尺度”系統。 定義：中尺度是時間尺度和水平空間尺度比常規探空網的時間密度小，但比積云單體的生命史及空間尺度大的一種尺度。即水平尺度幾十公里至幾百公里，時間尺度幾小時到幾十小時。Orlanski（1975）根據時間和空間長度的尺度劃分：小尺度系統：2km以下，如雷暴單體、龍卷、塵卷等大尺度系統：2000km以上、如氣旋、反氣旋、鋒面等中尺度系統：2-2000km、如雷

3、暴群、颮線等中-尺度：200-2000km中-尺度（中系統）：20-200km中-尺度：2-20km中小尺度天氣系統的特征1、尺度 水平尺度：2-2000km。20-200km的中-尺度系統是中尺度系統的核心，具有典型的中尺度系統特征。 垂直尺度：積云高度一般為4-5km以上，強的對流風暴云可達整個對流層厚度7-18km。因而對流風暴的垂直尺度與水平尺度的比例約為1/10。2、生命史 一般象颮線系統生存只有幾小時至十幾個小時，通常不超過24小時，龍卷氣旋也只有幾小時，雷暴單體甚至還不到1小時，雷暴群可存幾個小時。3要素場梯度很大 氣壓梯度可達1-3百帕/公里，溫度梯度可達5/10公里，露點溫度

4、梯度1/公里。4天氣現象劇烈 由于氣象要素場的梯度大，中小尺度系統的天氣現象比較劇烈，暴雨、特大暴雨、冰雹等往往都是與它們聯系在一起，龍卷大風甚至可達每秒100-200米。中小尺度天氣系統的特征5. 垂直運動較強 在雷暴云中上升氣流可達10ms-1，強烈的上升氣流甚至達60ms-1。散度渦度比天氣尺度大一個量級可達10-4 s-1。6不滿足地轉風平衡 天氣尺度系統近于滿足地轉風（或梯度風）平衡，而在中小尺度系統中，由于加速度項同地轉偏向力和氣壓梯度力具有相同量級，所以不滿足地轉風平衡。因此，分析時一般不宜用地轉風原則，且存在風向與等壓線相垂直的現象。7不滿足靜力平衡 在強烈發展的對流云附近，靜

5、力學關系不適用。在云中，特別是上升氣流和下沉氣流強的地方，靜力學關系更不能用。中小尺度天氣系統的特征強對流天氣的定義強對流天氣定義(美國)：直徑1.9cm以上的冰雹、除了水龍卷之外的所有龍卷、陣風25.7m/s以上的雷暴大風; 極端強對流天氣：5cm以上冰雹，F2級以上龍卷，33m/s以上雷暴大風；SWPC強對流天氣業務暫行規定：雷雨大風（17.2m/s）、冰雹、龍卷或短時強降水（20mm/h）天氣現象。強對流（中尺度）天氣分析主觀分析-以天氣型識別為主客觀分析-以動力熱力物理參數診斷為主中尺度分析技術中尺度分析技術中尺度天氣主觀分析:利用各種高空和地面觀測資料、雷達和衛星等遙感探測資料、數值

6、預報產品等資料，分析產生中尺度對流天氣的中尺度對流系統及其發生發展的環境場條件。中尺度分析技術天氣圖分析。利用高空、地面、自動站觀測資料的分析，尋找中尺度天氣系統發生發展的各種環境場條件探空分析。側重對中尺度系統發生發展的局地垂直環境場特征進行分析中尺度系統分析。利用雷達和衛星資料判斷中尺度天氣發生的確定區域和確定時間中尺度天氣主觀分析 該分析是在常規天氣圖分析的基礎上，針對產生中尺度對流性天氣的主要條件（水汽、不穩定、抬升和垂直風切變條件），分析各等壓面上相關大氣的各種特征系統和特征線，最后形成中尺度對流性天氣發生、發展大氣環境場“潛勢條件”的高空和地面綜合分析圖。 基于觀測資料的中尺度環境

7、場分析、物理量場分析-短時臨近預報基于數值預報產品的中尺度環境場分析、物理量場分析-中短期預報中尺度天氣分析平臺中尺度天氣分析技術規范在高空強調風、溫度、濕度場、變溫、變高等的分析在地面強調氣壓、溫度、濕度的細致分析，以及上述要素及風、濕度、云、天氣現象等要素的不連續線分析通過特征系統和特征線的分析，識別中尺度強對流系統發生發展的必要條件：水汽不穩定抬升垂直風切變高空分析內容在暴雨、強對流等中尺度對流天氣可能發生的重點區域分析。高空分析的要素包括風、溫度、濕度、變溫、變高、溫差等, 分析主要集中在對流層低層、對流層中層和對流層高層的特征等壓面。850hPa（925hPa）分析風場：切變線（輻合

8、線） 、低空急流、 顯著流線溫度場：暖脊（溫度脊）、T850-T500大值區濕度場：干線（露點鋒）、濕舌850hPa風場最大風速帶（急流）輻合區（切變）低空急流（LLJ）12-13m/s,有弱對流13-17m/s,有中等對流18m/s以上,有強對流以2013年3月23日南方強對流天氣為例850hPa溫度場等溫線溫度脊T850-500的高值區（圖中為25線）溫度脊和最大濕軸脊在最大濕軸以東,有弱對流脊在最大濕軸重合,有中等對流脊在最大濕軸以西,有強對流以2013年3月23日南方強對流天氣為例850hPa濕度場等露點線：從6開始顯著濕區：T-Td5濕舌干線：相鄰兩站的露點溫度相差10以上時，沿濕度

9、梯度最大處分析干線（露點鋒）。 低空濕度（露點）8,有弱對流9-12,有中等對流12,有強對流以2013年3月23日南方強對流天氣為例850hPa中尺度分析綜合圖以2013年3月23日南方強對流天氣為例700hPa分析風場：低空急流、 切變線（輻合線）、顯著流線溫度場：暖脊（溫度脊）、冷槽（溫度槽）、24(12)h 變溫、T700-T500大值區濕度場：干線（露點鋒）、 干舌700hPa風場最大風速帶（急流）顯著流線輻合區（切變）以2013年3月23日南方強對流天氣為例700hPa溫度場等溫線溫度脊溫度槽T700-500的高值區（圖中為16線）以2013年3月23日南方強對流天氣為例700hP

10、a濕度場干線（露點鋒） ：相鄰兩站的露點溫度相差10以上時，沿濕度梯度最大處分析干線顯著濕區：T-Td5，從1開始干舌 以2013年3月23日南方強對流天氣為例700hPa中尺度分析綜合圖以2013年3月23日南方強對流天氣為例500hPa分析風場：中空急流、切變線（輻合線）、顯著流線溫度場：冷槽（溫度槽）、冷堆、24(12)h 變溫濕度場：干舌高度場：變高500hPa風場最大風速帶（中空急流）顯著流線輻合區（槽線、切變）以2013年3月23日南方強對流天氣為例500hPa溫度場等溫線溫度槽以2013年3月23日南方強對流天氣為例500hPa濕度場干舌：t-td15以2013年3月23日南方強

11、對流天氣為例500hPa變高場dh24以2013年3月23日南方強對流天氣為例500hPa中尺度分析綜合圖以2013年3月23日南方強對流天氣為例200hPa高空急流急流核顯著流線以2013年3月23日南方強對流天氣為例地面分析中尺度抬升條件：地面鋒風、溫度、氣壓、濕度、天氣區、云覆蓋等水平不連續分布造成的中尺度邊界線（輻合線、干線、出流邊界等）分析物理量場：氣壓場、變壓場、風場、溫度場、濕度場、天氣區、云分析間隔：3小時,1小時分析資料：地面觀測地面氣壓場分析24h變壓、3h變壓分析P24消除了日變化影響，在地形較復雜的地區能較好地反映出冷暖空氣活動的情況。冷鋒后一般有大的24小時正變壓，冷

12、鋒前可有小的24小時負變壓。以2013年3月23日南方強對流天氣為例在自由大氣中地轉偏差由三項組成：D=D1+D2+D3其中D1變壓風與加速度有關，由于地轉風關系建立了風場和氣壓場的關系，可用地轉近似以Vg代替V。而因而 在地面天氣圖上分析3h變壓線，3 h變壓分析對未來氣壓系統的變化和移動有指示作用。地面風場及氣壓場分析等壓線地面鋒區（輻合線）以2013年3月23日南方強對流天氣為例地面濕度場分析地面露點鋒（干線）和顯著濕區以2013年3月23日南方強對流天氣為例以2013年3月23日南方強對流天氣為例地面天氣區分析 天氣區的分析是為了監視已經或正在發生的對流或強對流天氣, 進而判斷中尺度對

13、流系統的發生和發展。 當出現雷暴、大風、冰雹、短時強降水等強對流天氣時, 標注天氣區。 當出現成片的天氣時, 將發生區域用相應的陰影覆蓋, 并在陰影區中心標注天氣符號。2013年3月23日08時中尺度綜合分析強對流天氣預報天中短期預報小時短時預報分鐘臨近預報展望警戒警告產生強對流天氣的系統：中尺度對流系統強對流天氣預報包括（）中尺度對流系統的發生發展環境場條件分析（）中尺度對流系統的發生發展過程分析強對流天氣預報天中短期預報小時短時預報分鐘臨近預報展望警戒警告中尺度天氣分析分析環境場條件分析中尺度過程識別中尺度對流系統根據其組織類型、結構推測其移動和發展、以及產生的天氣類型天氣型識別動力熱力條

14、件診斷天氣圖(主觀)物理量診斷(客觀)探空圖分析(主客觀)衛星圖像識別雷達圖像識別中尺度環境場分析AWS、RUC、LAPS中尺度對流天氣環境場條件分析分析內容： 中尺度對流性天氣和強對流發生發展的水汽、不穩定、抬升和垂直風切變條件分析，制作各等壓面上相關的各種特征系統和特征線，形成中尺度對流性天氣發生、發展大氣環境場“潛勢條件”的綜合分析圖。分析資料： 地面、高空觀測資料和數值預報資料適用于6小時以上的短時和短期預報業務一、水汽條件分析分析目的：分析氣團的水汽含量和飽和程度，以及它們的邊界分析內容：顯著濕區、干舌、干線（露點鋒）。主要分析層次：850、700和500hPa。分析頻次：觀測資料在

15、探空觀測獲取后開始分析，地面和數值模式分析預報資料可加密到3小時二、不穩定條件分析分析目的：分析由溫度層結導致的熱力不穩定分析內容：暖脊、冷槽、變溫、垂直溫度遞減率 和冷暖中心主要分析層次：850、700和500hPa。分析頻次：觀測資料在探空觀測獲取后開始分析，地面和數值模式分析預報資料可加密到3小時三、抬升和垂直風切變條件分析分析目的：分析對流的動力觸發條件和強對流的動力組織條件分析內容：輻合（輻散）區、大風速帶和標識流線主要分析層次：地面、925、850、700、500和200hPa分析頻次：觀測資料在探空觀測獲取后開始分析，地面和數值模式分析預報資料可加密到3小時四、特征物理量分析分析

16、目的：診斷反映水汽、不穩定和動力條件的特征物理量，分析超過特征物理量閾值的范圍，以輔助定量判斷對流發生發展的水汽、不穩定、抬升和垂直風切變條件分析內容：水汽、不穩定特征物理量分析頻次：觀測資料在探空觀測獲取后開始分析，地面和數值模式分析預報資料可加密到3小時五、綜合圖制作前提條件：當在某區域至少分析有水汽、不穩定和抬升觸發條件中的兩個以上條件存在時制作綜合圖制作原則：包括各層主要的、或最具代表性的天氣系統和特征線，同時兼顧圖形簡單和美觀的原則。制作方式：將選定的特征系統和特征線放在一張圖上（綜合圖）。例：2010年5月5日08時-水汽條件分析1、分析低層水汽850hPa露點大于12區域分析顯著

17、濕區2、分析850hPa是否存在干線例：2010年5月5日08時-水汽條件分析分析700hPa的干舌，即溫度露點差大于15的區域例：2010年5月5日08時-層結穩定度分析1、分析850hPa的暖脊2、分析T850-500的溫差的大值區例：2010年5月5日08時-層結穩定度分析1、分析500hPa的冷槽，冷槽略偏北，川渝間不明顯2、分析400hPa的冷槽，有階梯冷槽例：2010年5月5日08時-層結穩定度分析分析700hPa的24h變溫，發現西北地區東部有明顯的負變溫，蘭州降幅達-11例：2010年5月5日08時-動力抬升條件分析1、分析500hPa、700hPa、850hPa的系統，均有系

18、統存在2、700hPa在西北地區存在一支12-20m/sde 西北風急流例：2010年5月5日08時-觸發抬升條件分析分析逐6h的地面圖：08時：西南部地區為熱低壓控制，秦嶺附近有一冷鋒14時：冷鋒西段基本維持，重慶出現地面輻合線20時：冷鋒西段進入川北，地面輻合線西段南壓，貴州西北部出現雷電，輻合線開始鋒生例：2010年5月5日08時-觸發抬升條件分析分析200hPa：重慶處于高空急流核附近的有后側例：2010年5月5日08時-中尺度綜合分析2012年4月12日午后-傍晚降雹實況貴陽市：清鎮、花溪安順市：西秀、普定畢節市：織金黔東南州：鎮遠、劍河、天柱、臺江、凱里市、錦屏、從江黔南州：都勻、

19、龍里、貴定、長順、三都共17個縣(市、區)境內均出現雷雨冰雹天氣，最大冰雹出現在錦屏縣，直徑為50毫米。大風：臺江、劍河、錦屏（17：10-17：瞬時風力30m/s）出現10級左右大風 大風、冰雹4月12日08時-13日08時降水、雷電4月12日08時-13日08時降水、雷電中尺度環境場分析：500hPa-4.12.08-20高原槽、南支波動中尺度環境場分析：700hPa-4.12.08-2008時：切變北側北風急流16-20m/s、冷平流顯著-有利于地面鋒區南壓的信號中層不穩定，t7516Q=6g/kg中尺度環境場分析：850hPa-4.12.08-2008時，低空急流12-18m/s暖脊、

20、不穩定層結、t85=26Q=13g/kg切變線：貴州北部，北側冷平流20時，切變線南壓，北風增強、冷平流進入貴州急流南撤，高濕不穩定區進入華南，省的東南部處于輻合區中4月12日08-20時地面鋒區分析08時：冷鋒進入四川盆地、貴州北部輻合線冷高壓中心105E以西，軸系呈南北向P蘭州-貴陽=22.3hPaP鄭州-貴陽=9.8hPa正北路徑影響為主冷鋒、輻合線14-20時：冷鋒南下、輻合線鋒生14時：冷鋒南壓、輻合線鋒生P宜賓-貴陽=11.5hPa 近距離氣壓梯度大-偏北大風信號17時：P宜賓-貴陽=10.1hPa20時：P宜賓-貴陽=9.8hPa23時：P宜賓-貴陽=10hPa 偏北大風持續 中

21、尺度輻合線的移動中尺度對流云團4月12日13時-13日00時紅外動畫地面輻合線與雷達組合反射率因子演變初始階段：12日11時-13時50分，沿地面輻合線上有對流云團生成，強度小于45dbz發展階段：13時55分-，畢節南部和兩州間的對流團出現冰雹云回波，強度大于50dbz。兩州間的回波最強60dbz、頂高超過10km，14時25分接近15km。對流性回波發展。11.20：0層高度：600hPa-20 層高度：400hPaCape=745.9Cin=102.3垂直風切變近地面擾動逆溫干絕熱-溫度遞減率大上干下濕12.08：Cape=764.3Cin=10.1垂直風切變T-LnP:貴陽500hPa

22、渦度平流-4.12.08南支槽前有正的渦度平流850hPa溫度平流-4.12.0820SI指數K指數假相當位溫8500度層高度有利于冰雹發生的高度12日08時、14時地面cape14時貴州東南部cape=800-1400J/kg在春季有利的0層高度下，貴州東南部易觸發強對流發生2012.04.12強對流中尺度綜合分析及南部強對流概念模型上干下濕：Q8=13g/kgQ7=7g/kgQ5=2g/kg垂直風切變： wind4-8=16m/s層結不穩定： K=38 Si=-4 t85=25高能區： cape=800J/kg se850=64-680層高度:4200m觸發條件: 冷空氣南下、地面輻合線鋒

23、生中尺度分析步驟第一步：了解大尺度環流背景中尺度分析步驟第二步：分析500hPa、700hPa、850hPa及地面的主要影響系統高空槽、中低層切變線、地面鋒區、低空急流是否存在。如有，進行完整分析確定主要影響系統中尺度分析步驟第三步：水汽條件分析對于暴雨，分析700hPa、850hPa的比濕南方地區q85012g/kg、q70010g/kg分析T-Td8502特征線中尺度分析步驟第三步：水汽條件分析對于暴雨，分析850hPa的水汽通量散度（qfdiv850）南方地區強降水特征線qfdiv850-10010-8gcm-2hPa-1中尺度分析步驟第四步：穩定度分析分析850hPa的假相當位溫（se

24、850），夏季特征線76分析K指數（特征線36）分析SI指數（特征線0）分析CAPE中尺度分析步驟第五步：抬升觸發條件分析分析地面鋒區分析500hPa垂直速度分析200hPa高空急流和分流區中尺度分析步驟第六步：綜合分析中尺度對流天氣環境場條件分析物理量診斷 中尺度分析中尺度對流過程分析建立以中尺度強對流系統發生發展的必要條件（水汽、不穩定、抬升和垂直風切變）的“配料法”（Ingredients-based Methodology）強對流天氣預報理念發展強對流天氣預報的科學支撐技術國內中尺度分析現狀-國家氣象中心 2 0 0 9 年4 -9 月, 國家氣象中心在強對流天氣預報業務中, 開展了中

25、尺度天氣的天氣圖分析業務試驗, 建立了以中尺度天氣的天氣圖分析和客觀物理量診斷分析為基礎的短時和短期強對流天氣潛勢預報業務流程。強對流分類概率預報及監測冰雹概率預報雷暴大風概率預報短時強降水概率預報國內中尺度分析現狀-國家氣象中心國內中尺度分析現狀-國家氣象中心國內中尺度分析現狀-國家氣象中心國內中尺度分析現狀-國家氣象中心1.收集整理資料，制定湖北省中尺度暴雨、冰雹大風標準中尺度暴雨1站以上3小時雨量50mm，且其中1小時雨量30mm；冰雹直徑2mm；雷雨大風瞬時風速17m/s。 2、制定了LAPS、地面圖、衛星云圖、雷達回波等資料中尺度天氣分析規范，包括分析對象、標準、標識。國內中尺度分析

26、現狀-湖北省臺分析說明溫度槽線：幫助預報員了解對流層中層冷空氣活動。如果溫度槽發展，對流層低層有溫度脊配合，則說明該區域從低層到高層溫度直減率增加，層結不穩定也相應增加，更易發生強對流天氣。500hPa國內中尺度分析現狀-湖北省臺分析說明副熱帶高壓特征線（夏季）：在對流層低層，副熱帶高壓西北部空氣比較暖濕，常常儲存大量的不穩定能量。當副熱帶高壓明顯東退時，可能引起不穩定能量釋放而造成局地性強降水。當副熱帶高壓西北部有鋒面、低壓、高空槽、切變線、低渦等系統逼近時，會出現范圍較廣的強降水。588位勢什米特征線的變化，能告訴預報員主要雨帶的分布。500hPa國內中尺度分析現狀-湖北省臺物理量分析標準強天氣威脅指數：270特征線0-500hPa垂直風切變：15m/s特征線T850-500：25特征線0層高度：4Km特征線-20層高度：7Km特征線CAPE 3小時變量：570J/Kg特征線CIN 3小時變量：-35J/Kg特征線濕度垂直分布型：數值為1區域濕度垂直分布型：數值為2區域