天气学原理第⑦章.docVIP

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第七章大型降水天气过程

第一节降水的形成与诊断

一、降水形成过程

1、一般降水的形成过程

①水汽条件：水汽由源地水平输送到降水地区；

②垂直运动的条件：水汽在降水地区辐合上升，在上升中绝热膨胀冷却凝结成云；

大气与降水有关的垂直上升运动有：

锋面抬升作用引起的大范围斜压性上升运动

低层辐合、高层辐散引起的大范围动力性上升运动：包括锋面、气旋、低涡、切变线、高空槽、台风、ITCZ、东风波、低空急流、气流汇合带以及热带云团等系统

中尺度系统引起的强烈上升运动：飑线、重力波、中尺度对流辐合体（MCC）、中尺度辐合线

小尺度局地对流活动引起的上升运动

地形引起的上升运动

③云滴增长的条件：云滴增长变为雨滴而下降。一般认为云滴增长的过程有两种：

冰晶效应：云中冰晶和过冷水滴并存，在同一温度下（-10到-20℃最有利），由于冰晶的饱和水汽压小于水滴的饱和水汽压，致使水滴蒸发并向冰晶上凝华，即冰晶效应

云滴的碰撞合并作用：当云层较厚，云中含水量较大并有一定的扰动时，有利于云滴的碰撞合并使云滴增大形成降水。

云滴增长的条件主要决定于云层的厚度，而云层的厚度，又决定于水汽和垂直运动的条件。

2、暴雨的形成条件

①充分的水汽供应：l大气中水汽的含量（T-Td5oC）l水汽的输送和累积（700百帕比湿≥8g/kg__850百帕附近比湿≥14g/kg

②强热的上升运动：大尺度天气系统的作用并不是直接造成暴雨的原因，因为垂直速度很小，在水汽充沛的条件下，造成的降水只有1-2mm/小时或24-48毫米/天。天气系统在暴雨形成中的作用是制约造成暴雨的中尺度系统的活动和造成水汽的集中。而暴雨通常是集中在较短的时间内降落的，所以降水时的垂直运动很大，如此大的垂直运动，只有在不稳定能量释放时才能形成。为此必须研究形成暴雨的中、小尺度系统。

地面饱和比湿为14g/kg时，50mm降水持续的时间所对应的最大上升速度

降雨持续时间

一天

5小时

1小时

最大上升速度

10.8cm

54cm/s

260cm/s

③较长的持续时间：降雨天气系统移动缓慢甚至停滞不动；多次重复出现降雨天气系统。

二、水汽方程和降水率

以连续方程代入得水汽方程的另一种形式为：（一个运动的单位质量湿空气快，其比湿的变化等于凝结率和湍流扩散率之和）

在不考虑湍流扩散影响时，单位体积湿空气的凝结率为：

单位时间内降落到地面单位面积上的总降水量（降水率/降水强度）由垂直速度和水汽含量的饱和程度决定。

降水率：其中为凝结函数

某一时段内的降水量为：

三、水汽条件的诊断分析

1、水汽含量

由降水率公式可知，一地降水的强度除决定于垂直速度外还决定于该地上空整个大气的水汽含量和饱和程度。这就需要分析以下几个湿度项目：

①各层比湿和露点。

②各层饱和程度：通常取为饱和区，为湿区。

③湿层厚度:湿层指饱和层，通常取相对湿度≥90％的空气层作为饱和层。

2、可降水量：

，单位面积地区上空整层大气的水汽全部凝结并降至地面的降水量称为该地区的可降水量。大气高层水汽含量很少，绝大部分集中于中低对流层。

3、水汽通量：

，源地的水汽，主要是通过大规模的水平气流被输送到降水区的。其输送量的大小用水汽通量表示。

4、水汽通量散度：水汽水平辐合的大小可用水平水汽通量散度来表示。

，厚度为单位百帕、水平为单位面积的体积内水平水汽通量散度。

水汽通量散度由水汽平流和风的散度两部分组成。

当风从比湿高的地区吹向比湿低的地区时，水汽平流项小于零，称为湿平流，对水汽通量辐合有正的贡献；反之，称为干平流，对水汽通量辐合有负的贡献。

实际计算表明，在降水区中水汽通量辐合主要由风的辐合所造成，特别是在低层空气里水平辐合最为重要，而水汽平流项对水汽的贡献很小。

整层水汽水平辐合的大小近似地等于降水率。

5、水汽的局地变化

水汽方程展开得：，某地水汽的变化（局地变化）取决于以下四项：

比湿平流：某地在降水前，由水汽平流所引起的其低层的比湿有明显的增加。因此分析低层的水汽平流是降水预报中的一个重要内容。

比湿垂直输送：当垂直方向上比湿分布不匀时（通常低层湿度大于高层），由于垂直运动而引起的水汽垂直输送，会导致水汽的局地变化。

凝结、蒸发:凝结时使局地比湿减小，蒸发时使局地比湿增加。

湍流扩散：湍流扩散在垂直方向主要使水面和下垫面蒸发的水汽向上输送到高层大气中去。在水平方向使湿舌或湿中心的比湿减小，使干舌或干中心的比湿增加。此项在孤立的对流云中较为重要，一般在大型降水中则不考虑。

四、垂直运动条件的诊断分析

目前主要是通过分析水平风场(连续方程)和温压场(ω方程)来进行大气中垂直运动的诊断分析。

1、用连续方程诊断垂直运动

层的垂直速度，由层以下整层的水平散度之和所决定，当水平散度之和为辐合时，层有上