优·第六章对流风暴的结构.docVIP

第六章 对流性风暴的结构、演变 及其雷达回波特征 本章目的： 明确对风暴组织影响最大的两个大气参数。 在给定风暴承载层上风暴的运动和环境平均风场特征的前提条件下，确定有利于新的上升气流发展的风暴区域。 定义顺流线方向的涡度，阐明它对风暴种类和演变的重要性。 明确风暴相对螺旋度的确切表述及其对风暴种类和演变的重要性。 给出风暴的运动和速度矢图，要能绘出风暴相对风矢量及风暴相对螺旋度区。 给出速度矢图和各种风暴运动矢量，要能明确哪种风暴运动对超级单体发展产生最大的潜在作用。 明确弱超级单体风暴回波区的三维雷达反射率因子的特征。 明确超级单体风暴回波区的三维雷达反射率因子的特征。 明确中气旋的定义。 能够描述中气旋核生命史中三阶段的风暴相对速度的三维特征。 明确强（或剧烈）龙卷的中气旋的特征。 明确龙卷涡旋特征的定义。 明确产生强冰雹、大风和龙卷的潜在大气特征。 明确强冰雹、大风和龙卷的雷达回波结构（包括径向速度和反射率因子）。 明确弓形回波雷达反射率因子和径向速度的特征。 6.1风暴的特征和分类 6.1.1 目的 明确影响风暴组织最明显的两个大气参数。 在给定风暴承载层上风暴的运动和环境平均风场特征的条件下，明确有利于新生上升气流发展的风暴区域。 6.1.2 引言 对于优秀雷达操作员而言，明确对流性风暴的特征极其关键，优秀雷达操作员必须能够预报风暴，而不是仅仅对天气报告的简单反应。因此，必须具备各种有关对流性风暴环境、结构和演变的扎实背景知识，只有这样才能最有效地为公众提供风暴的警报服务。 6.1.3 风暴单体的结构和演变 风暴通常由一个或多个对流单体组成，风暴单体具有强烈的垂直运动并足以激发深对流的产生。对流天气中的对流单体，其尺度可从1～2km的积云塔，到几十km甚至几百km的积雨云系。对流单体发展的强弱及其移向移速和周围环境热力和动力的关系较密切。根据积云中盛行的垂直速度的大小和方向，风暴单体通常包括三个阶段：塔状积云阶段、成熟阶段和消亡阶段，下面分别加以说明： 6.1.3.1 塔状积云阶段 10 图6-1 短生命史对流单体的塔状积云阶段示意图 塔状积云阶段由上升气流所控制，上升速度一般随高度增加，这种上升气流主要由局地暖空气的正浮力或者由低层辐合引起的，上升速度一般为5～10m/s，个别达到25m/s。风暴单体的生长与湿空气上升时的降水微粒形成有关。初始回波的水平尺度为1km左右，垂直尺度略大于水平尺度，初始回波顶通常在-40C～-160C之间的高度上，回波底在00C高度附近。初始回波形成后，随着水滴和雪花等水成物不断生成和增长，回波向上向下同时增长，但是，回波不及地，此时回波强度最强一般在云体的中上部。在塔状积云的后期，降水能够激发下沉气流。 6.1.3.2 成熟阶段 风暴成熟阶段实际上是上升气流和下沉气流共存的阶段，成熟阶段开始于雨最初从云底降落之时。此阶段的降水通常降落到地面，所以，可认为雷达回波及地是对流单体成熟阶段的开始。此时，云中上升气流达到最大，随着降水过程的开始，由于降水粒子所产生的拖曳作用，形成了下沉气流。然后，这种下沉气流在垂直和水平方向上扩展，如图6.2所示。这种冷性下沉气流作为一股冷空气，在近地面的低层出向外扩散，与单体运动前方的低层暖湿空气交汇而形成飑锋，又称阵风锋。 成熟阶段的对流单体的中上部，仍为上升气流和过冷水滴及冰晶等水成物。当云顶伸张到对流层顶附近时，不再向上发展，而向该处的环境风下风方向扩展，出现水平伸展的云砧 。云砧内的水成物仍能产生足够强的雷达回波，在雷达距离高度显示器（RHI）上，云砧回波可达到几十公里至上百公里，而实际水平尺度可达100～200km。 10 图6-2 短生命史对流单体的成熟阶段示意图 6.1.3.2 消亡阶段 风暴单体的消亡阶段为下沉气流所控制，此时降水发展到整个对流云体。实际上，当下沉气流扩展到整个单体，暖湿空气源被扩展的冷池切断时，风暴单体出现消亡。 从雷达回波上看，回波强中心由较高高度迅速下降到地面附近，回波垂直高度迅速降低，回波强度减弱，并且分裂消失。 总之，一个典型的对流单体的三个阶段约各经历15～20分钟，其整个生命史约为45分钟～1小时。事实上，自然界往往不是孤立的对流单体。有时，一个单体达到成熟阶段，而另一个单体还处于新生发展阶段。所以，从宏观看，整个积雨云系包含了几个单体，其生命史可维持数小时之久。 11 图6-3对流单体消亡阶段示意图 6.1.4 影响风暴结构和种类的环境因子 观测