第十五章雷暴及其強對流天氣第一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五強對流天氣常以短時強風、強風切變、強降水、雷雨大風、龍卷風、冰雹和颮線等形式出現(xiàn)，它發(fā)生在對流云系或單體對流云塊中，影響范圍小，一般小于200公里，最小時僅有幾公里。這種天氣破壞性強，是災害性天氣的一種。

強對流天氣概況第二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五

氣象上所說的尺度是指天氣系統(tǒng)（如高壓、低壓、冷鋒、雷暴等）在空間占據的范圍和生存的時間長度，通常可把它們劃分為行星尺度系統(tǒng)、大尺度系統(tǒng)、中尺度系統(tǒng)和小尺度系統(tǒng)。

天氣系統(tǒng)的尺度1第三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五天氣系統(tǒng)的尺度2行星尺度系統(tǒng)泛指大型的天氣系統(tǒng)，它們的水平范圍達幾千公里至上萬公里，進退緩慢，維持時間一般為３至１０天或更長時間，氣象臺中常說的“副熱帶高壓”就屬行星尺度系統(tǒng)。

大尺度系統(tǒng)水平范圍在１千公里至３千公里，移動明顯，一般可維持１—３天時間，即天氣預報中常見的高壓、低壓等概念。

中尺度系統(tǒng)的水平范圍為幾十公里至２００多公里，活動時間只有幾十分鐘至十幾小時，如夏天常見的雷暴群、短時間強降水、大風、冰雹等強對流天氣。

小尺度系統(tǒng)的水平范圍在２０公里以下，有的只有幾十米，生命史僅幾分鐘至幾十分鐘，如龍卷風、積雨云等。

需要指出的是，中、小尺度系統(tǒng)環(huán)流強、能量集中，極易導致局部強烈災害性天氣。由于中、小尺度系統(tǒng)引發(fā)的天氣“來去匆匆”，常使人猝不及防，對飛行危害很大。第四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五中小尺度天氣系統(tǒng)特點1

1.空間尺度小，生存時間短。一般把水平范圍在幾百米到幾十公里，生命期只有幾十分鐘至二、三小時的天氣系統(tǒng)，稱為小尺度天氣系統(tǒng)，例如積雨云、等；水平范圍為幾十至二、三百公里，生命期約一到十幾小時的天氣系統(tǒng)，稱為中尺度天氣系統(tǒng)，如、高壓、中尺度低壓等。對中小尺度天氣系統(tǒng)的研究，是在分析暴雨、冰雹、龍卷等強對流天氣中發(fā)展起來的，研究成果對預報上述災害性天氣具有重要的意義。此外，、等局地環(huán)流，由于水平范圍在一二百公里以內，有明顯的晝夜變化，同中尺度天氣系統(tǒng)的時空尺度相當，也可劃分在中尺度天氣系統(tǒng)范圍內。但其性質與上述的中尺度天氣系統(tǒng)有本質上的區(qū)別。第五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五中小尺度天氣系統(tǒng)特點22.最主要的特點是的水平變化很大，因此所產生的天氣遠比鋒面（見）、等天氣尺度系統(tǒng)劇烈。如颮線過境時，瞬時氣壓變化每分鐘幾乎可達1百帕，氣壓梯度可達1-3百帕/公里；溫度變化每15分鐘可達10℃，5℃/10公里；風速可大到幾十米每秒。而天氣尺度以上天氣系統(tǒng)，每百公里氣壓變化幾個百帕，溫度變化幾度，風速10米/秒以下。3.垂直運動速度大，鉛直速度一般可達1～10米/秒,甚至曾觀測到50米/秒以上的情況（大尺度天氣系統(tǒng)一般為幾厘米每秒）。4.不滿足地轉平衡，水平加速度和水平地轉偏向力、水平氣壓梯度力同量級，造成風和等壓線不平行。第六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五中小尺度天氣系統(tǒng)特點34.不滿足靜力平衡，水平地轉偏向力和水平氣壓梯度力也不平衡，大尺度運動是準靜力平衡的，較大的中尺度系統(tǒng)也具有準靜力平衡特性，但在強風暴類的對流性中尺度系統(tǒng)中，空氣運動是非靜力的，浮力可以使氣塊產生較強的垂直加速度，導致猛烈天氣生成。5.局地氣象要素隨時間變化劇烈，中尺度系統(tǒng)所伴隨的天氣通常較強烈，常帶來大風、暴雨、冰雹，甚至出現(xiàn)龍卷和下?lián)舯┝鞯让土抑聻奶鞖?，且具有突發(fā)性和急劇變化的特征。而大尺度所伴隨的天氣則弱得多，且較持續(xù)，變化也較緩慢。第七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五雷暴的形成和發(fā)展雷暴的形成：雷暴的形成始于溫暖和潮濕的空氣上升。當潮濕空氣上升時，空氣中的水分便會遇冷凝結而成為云。隨著氣流繼續(xù)上升，云層亦發(fā)展得越來越高，云中的水珠也會不斷增長。達到高空時溫度會很低，冰粒也會在云中形成。當云頂達到十至二十公里時便形成積雨云，而雷暴是由積雨云生成的。第八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五雷暴形成條件1.大量的正值不穩(wěn)定能量。2.充沛的水汽。3.足夠的對流沖擊力。第九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五雷暴按強度分級雷暴按強度可以劃分為普通單體雷暴和強雷暴兩種，其中強雷暴又分為超級單體雷暴和多單體雷暴。第十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五單體雷暴單體雷暴通常由一個或幾個雷暴云單體所組成。雷暴云單體是一個對流單元。早在20世紀40年代,人們就已概括出雷暴云單體的生命史模式(即對流云的發(fā)展模式)，它經歷發(fā)展、成熟、消散三個階段(見云動力學)。雷暴伴隨的天氣現(xiàn)象主要發(fā)生在成熟階段，這時，不僅出現(xiàn)閃電、雷鳴、陣風、陣雨，而且地面的氣壓、溫度、濕度等氣象要素的變化也比較劇烈。在成熟階段，由于下沉氣流內的雨滴蒸發(fā)而冷卻，在單體下方地面附近形成了淺薄的冷空氣堆，它的密度大、氣壓高，稱雷暴高壓，風從高壓中心向外吹，風向同等壓線近于垂直。因此在這冷性高壓的前沿有一條溫度、氣壓和風速的不連續(xù)線，在高壓的后部，則有雷暴低壓，也稱尾流低壓。雷暴高壓隨氣流前進時，它的前部能迫使周圍的暖濕空氣抬升，生成新的單體，因此雷暴云單體的水平尺度雖只有幾公里，生命史大約只有30分鐘，但是這種新陳代謝過程，可使雷暴延續(xù)幾小時。第十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五強雷暴強雷暴又稱強風暴，當出現(xiàn)嚴重降雹時也稱雹暴。其形成條件為：①對流層的中、下部出現(xiàn)逆溫層，它把低空潮濕空氣和對流層的中、上部較干燥的空氣分隔開，形成位勢不穩(wěn)定條件，積蓄了大量能量。②有較強的風的鉛直切變。③云體中部有干冷空氣供應，以維持云中的強下沉氣流。④有能夠破壞逆溫層以使大量位勢不穩(wěn)定能量釋放的觸發(fā)機制。強風暴主要可分為超級單體風暴和多單體風暴兩大類型：

①超級單體風暴：為單一的強大環(huán)流系統(tǒng)，它在成熟階段形成了有組織的持續(xù)的上升氣流和下沉氣流。它的上升氣流來自低空暖濕空氣，從風暴云柱右前下方流入,然后向風暴后方傾斜上升，按逆時針方向旋進,到高空后，一部分穿過大氣對流層頂，伸展到平流層的下部，大部分則在強切變影響下扭轉方向，順著高空風向流動，從云柱前上方流出，形成云砧。這支傾斜上升的氣流,稱為斜升氣流。其上升速度一般為10～30米/秒。風暴后部為一支自中層流入的干冷下沉氣流，它插入上升氣流下面，在低層從風暴后部流出。超級單體風暴的云柱有不對稱的外形和天氣分布，云頂為一光滑的圓頂。在雷達觀測中常觀測到的弱回波穹窿區(qū)和鉤（指）狀回波,是可能產生龍卷的區(qū)域（圖1一個強烈的超級單體風暴鉛直剖面示意圖）。超級單體風暴是非常強烈的風暴，不常出現(xiàn)。

②多單體風暴：它由許多處于不同發(fā)展階段的單體所組成，這些單體不像一般雷暴中許多單體那樣隨機發(fā)生，相互干擾，而是呈有組織的排列。它們不斷地在風暴復合體的右側發(fā)生,在左側消亡,使風暴整體偏向環(huán)境風的右側移動。多單體風暴中各不同階段第十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五普通雷暴單體的生命史11.發(fā)展階段:大約30分鐘,云外氣流輻合進入云體。第十三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五普通雷暴單體的生命史22.成熟階段:持續(xù)大約幾分鐘到十幾分鐘，云外有氣流向云內輻合，同時云內有氣流向外輻散。有最劇烈的雷電現(xiàn)象和狂風暴雨。第十四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五普通雷暴單體的生命史33.消散階段:輻合氣流全部被切斷，云內大量氣流向外輻散。第十五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五雷暴分類按對流沖擊力的不同可以把雷暴分為三類：1.熱雷暴；2.地形雷暴；3.天氣系統(tǒng)雷暴，其又可分為鋒面雷暴、冷渦雷暴、空中槽切變線雷暴、臺風倒槽雷暴和副熱帶高壓西部雷暴。第十六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五雷暴過境氣象要素變化過境前過境時過境后1.氣溫:氣溫高濕度大氣溫驟降恢復正常2.氣壓:下降涌升恢復正常3.風:地面風弱風速驟增風向突變恢復正常4.天氣：微弱降水狂風暴雨雷電冰雹雨過天晴第十七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五雷暴母云的移動雷暴主要以兩種方式移動：1.漂移：雷暴大致隨500百帕氣流方向移動。2.傳播：雷暴以此消彼生的方式向前移動。第十八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五與雷暴相關的天氣現(xiàn)象颮線：颮線是由許多雷暴單體排列成帶狀的狹窄云帶，寬度約20－50公里，長度為幾十至幾百公里，維持時間為4－18小時。颮線過境處風向急轉，風速劇增，氣壓陡升，氣溫驟降，常伴有雷暴、暴雨、大風、冰雹和龍卷等劇烈天氣現(xiàn)象。第十九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五冰雹形成在雷暴云中的冰粒、冰丸、冰球固體水成物。會對飛行中的飛機飛行安全構成巨大的威脅。第二十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五龍卷風龍卷風是一種伴隨著高速旋轉的漏斗狀云柱的強風渦旋，產生于強烈不穩(wěn)定的積雨云中。其中心附近風速可達100m/s～200m/s，最大300m/s，比臺風（產生于海上）近中心最大風速大好幾倍。中心氣壓很低，一般可低至400hPa，最低可達200hPa。它具有很大的吸吮作用，可把海(湖)水吸離海(湖)面，形成水柱，然后同云相接，俗稱“龍取水”。由于龍卷風內部空氣極為稀薄，導致溫度急劇降低，促使水汽迅速凝結，這是形成漏斗云柱的重要原因。漏斗云柱的直徑，平均只有250m左右。第二十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五龍卷風圖片第二十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五習題1.中小尺度天氣系統(tǒng)的主要特點有哪些？2.普通雷暴的形成條件有哪些？各起什么作用？3.普通雷暴單體的發(fā)展過程分為哪幾個階段？各階段的主要特征是什么？4.強雷暴的形成需要具備哪些條件？強雷暴分為哪幾種類型？它和普通雷暴的主要區(qū)別是什么？5.什么叫颮線？它有哪些特征？什么叫颮鋒？颮鋒和冷鋒的區(qū)別是什么？6