强对流天气

分类: 气象
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强对流天气发生突然、移动迅速、天气剧烈、破坏力极大,是仅次于热带气旋、地震、洪涝的具有重大杀伤性的灾害性天气。强对流天气发生的空间尺度小,一般水平范围大约在十几公里至二三百公里,有的水平范围只有几十米至十几公里,其生命史短暂并带有明显的突发性,约为一小时至十几小时,较短的仅有几分钟至一小时。

成因

先解释一下”大气对流”。大气对流是大气中的一团空气在热力或动力作用下的垂直上升运动。白天,地面不断吸收太阳发出的短波辐射,温度上升,并且放出长波辐射加热大气。当近地面的空气从地球表面接受到足够的热量,就会膨胀,密度减小,在浮力作用下上升,又随着高度上升而逐渐冷却,密度也就增加。因为它不能从下面上升的空气里下沉,所以只好移动到热空气的侧面下沉。当它到达地表时又被加热,重新回到热空气流中。这就是热力作用下的大气对流的基本原理。动力作用下的大气对流主要是指在气流水平辐合或地形抬升条件下产成的上升运动。

明白了”大气对流”,大气的强对流也就很好理解了,就是空气强烈的垂直运动。近地面热空气和高空冷空气的温差越大,对流就越强。这就可以解释为什么强对流天气经常发生在春夏季节。因为春夏季节日照强度更大,白天近地面空气温度上升快而且温度高,与高空冷空气的温差比秋冬季大多了。

理论铺垫好了,现在可以说说强对流天气现象的形成过程了。大气对流时,上升的不仅有热空气,还有水蒸气。这种混合了热空气和水蒸气的湿热空气流上升到一定高度时,由于气温下降(在对流层高度每上升1000米,气温下降6.5℃),水蒸气就会凝结成水滴。凝结释放了热量,加热了空气温度,因此暖空气还会继续上升,再遇冷,水蒸汽继续凝结,如此往复,上升气流从低空可以伸展到万米高空。到了更高的高度,气温低于0℃时,就出现冰晶,小水滴和冰晶就形成了积雨云。当云中的冰晶相互碰撞合并,有些水蒸气直接凝华附着在冰晶表面,小冰晶就会长大,当上升气流无法托住它的时候,在重力作用下它会下落,形成各种形态的降水(雨、雪、冰雹等)。下降过程中,低空温度高,冰晶融化,就成为降雨。有些小冰晶变成了比较大的冰晶时,会直接下落形成冰雹,下落时还会继续相互碰撞合并,长成比较大的冰雹,就跟滚元宵一个道理。另外,云中的冰晶相互碰撞的过程中,还会摩擦起电,当正负电荷累积到一定程度,就会击穿空气,形成雷电。

当然,各类强对流天气形成的物理过程是不完全相同的,这与下垫面的动力和热力作用的影响有很大的关系。而且强对流天气是以大尺度天气系统为背景,大尺度天气系统影响或决定着中小尺度天气系统的生成、发展和移动过程。比如说梅雨期间,大范围的冷暖空气交汇形成梅雨锋雨带,如果配合上地形等有利条件就会在局部地区产生暴雨。

预报和预警

强对流天气在所有的天气类型中是最难预报的。它属于小尺度天气系统或者小概率事件,发展比较快,消散得也快,其时间、空间随机性较强,目前绝大多数的气象探测设备和探测系统都无法有效监测、追踪它的发生发展,而且强对流天气越是极端,预报难度越大。

基于现有技术条件,目前各国通行的做法是预报和预警相结合,先划定未来一段相对较长时间强对流天气的大致落区,然后提前几分钟、几十分钟或几小时发布预警信息。

以我国中央气象台为例,预报分为三个阶段:

第一阶段:48-72小时预报:每天晚上8点发布一次。这一时段的预报主要参考数值模式产品以及地面/高空观测资料。根据数值预报做出的风场、温度场以及湿度场的配置预测未来某些地方会出现强对流。如某地高低空如若温差较大就表示强对流容易”莅临”此地。

第二阶段:6到24小时预报。这一阶段,预报员将参考数值预报和卫星数据,更为仔细地分析受影响区域以及上游的天气”配置”状况,预测强对流天气的具体类型。例如,上冷下暖的配置有利于强对流的产生,在此前提下,如果加上上干下湿的层结,则更可能出现大风或冰雹等剧烈天气。如若中层和低层湿度都比较高,短时强降水发生的可能性会较大。此外,在地面到6公里的范围内,若垂直风切变较大,冰雹出现的概率较大,在地面到3公里的范围内,若垂直风切变较强,则可能出现雷暴大风;在地面到1公里的范围内,若垂直风切变较强,则要关注龙卷出现的可能。

第三阶段:6小时之内临近预报。在6小时时效内,中央气象台一般会密切关注雷达的变化,并结合云图、自动站观测或数值预报中的中层气流方向进行预报。短时临近预报的方法有两种,一种是”最原始”的外推方法,即从过去的实况推论出预报的走向;另一种方法将外推法进行了科学的”升级处理”。如在雷达上看到雷暴云回波是东北西南走向,数值预报中500百帕的风向为偏西风,便可判断此系统将向东移动。另一个雷暴身体中的”秘密”是,多数雷暴群中雷暴单体都是不断生消的,左侧往往会不断消减,右侧单体不断繁衍增多,结合这一过程,预报员就能够更准确做出雷暴移动方位的预测。临近预报的准确性、精细化程度会远远高于其他两个阶段的预报,是公众最值得关注的预报。

来源:中央气象台网站。浅绿色部分表明有可能有降雨,深绿色地区则一定有降雨。亮黄色区域一般对应有10毫米/小时左右的降雨,暖红色雷达回波一般对应有20毫米/小时左右的降雨,并且有可能出现短时雷雨大风、冰雹等强对流天气。

一般来说,在24小时内,如果4个省市连片出现强对流天气,中央气象台便会发布预警,在6小时内,各省市气象台会在中央气象台指导下或参照雷达自行发布预警。

参考:

强对流天气的成因及其类型,中国天气网,
http://www.cma.gov.cn/2011qxfw/2011qqxkp/2011qkpdt/201204/t20120419_170025.html

“对流”词条,百度百科,
http://baike.baidu.com/view/790.htm

“对流”词条,维基百科,
https://zh.wikipedia.org/zh/%E5%B0%8D%E6%B5%81

强对流为何总出现在“局部”?果壳网,
http://www.guokr.com/article/440270/

强对流天气预报仍是难题,北京日报,
http://bjrb.bjd.com.cn/html/2015-06/10/content_286668.htm

强对流天气预报预警是怎样制作的,中国气象报,
http://www.cma.gov.cn/kppd/kppdsytj/201404/t20140407_242669.html

 

题图:

风云-2G静止气象卫星强对流判识图像2015年6月3日08:30(北京时)


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