天气学原理大型降水天气过程共99页

㈢江淮梅雨锋结构

梅雨锋结构与一般的冷锋结构有很大的不同， 主要表现在梅雨锋上的水平温度梯度比一般冷锋 小很多，但湿度的水平梯度仍然较大。此外，梅 雨锋上的积云对流也较强。






四、华北与东北雨季降水 ㈠气候概况 由于达雨带气候性的北移，7月中旬至8月下 旬为华北和东北地区雨季时期。华北和东北地 区雨季降水特点与华南和江淮地区有显著不 同，具有自己的特点，概括起来有以下几点。
侯大雨带的南北位移与东亚环流的季节变化有关
系 密切。一般大雨带位于500百帕副热带高压脊线北 侧8～10纬度，100百帕青藏高压的北侧，副热带 西 风急流的南侧。表7.3列出了这三个系统的多年月 平均位臵。由表可见4～8月这三个系统都是逐步 由 南向北推进，8～10月则由北往南退，它与大雨带 的进退时间一致。
㈡环流特征

梅雨期中层（500百帕）环流形势较为稳定。西 太平洋副热带高压呈带状分布，其脊线从日本南 部至我国华南，略呈东北-西南走向，在120°E处 的脊线位臵稳定在22°N左右。在印度东部或孟加 拉湾一带有一稳定低压槽存在。这样就使长江中 下游地区盛行西南风，与北方来的偏西气流之间 构成一范围宽广的气流汇合区，有利于锋生并带 来充沛的水汽。中纬度巴尔卡什湖及东亚东岸 （河套到朝鲜之间）建立了两个稳定的浅槽，而 高纬度则为稳定的阻塞高压活动区。
高压的稳定维持，把大量暖湿空
气输送到华南地区上空，与北方
频繁南下的冷空气相交绥，为华
南暴雨提供了有利的环流条件。
㈢锋前暖区暴雨

锋前暖区暴雨是华南前汛期暴雨的一个重要特 色。1977～1979年华南前汛期暴雨试验期间共观 测到12个暴雨过程，其中就有11个暴雨过程的部 分或大部分为锋前暖区暴雨。就降水量中心看， 暖区降水量一般比锋面降水大3～5倍，但是暖区 暴雨的面积却要比锋面降水小，约占过程降水面 积的1/3～1/4，即暖区暴雨的局地性较强。 锋前暖区暴雨产生的原因,一般认为是受潮湿不 稳定的西南季风气流所控制,只要在边界层内存在 使不稳定能量释放的触发机制,就会在上述环流背 景下产生暴雨,这些触发机制大致可分为三类。

二、水汽条件的诊断分析
从以下几个方面诊断分析水汽的条件： 1、水汽含量及饱和程度 ①各层比湿q和露点(表7、2) ②各层饱和程度(在单站探空曲线及剖面图中分析,图) T-Td ≤2℃或 f≥90% ，称为饱和层 T-Td ≤4-5℃ 称为湿层 ③湿层厚度(在单站探空曲线及剖面图中分析） 湿层（饱和层）越厚、降水量越大
p
即中层的垂直速度，由中层以上整层水平散度之和所决 定。 辐合 p 0 p层有下沉运动 辐散 p 0 p层有上升运动 3）结论： 低层辐合、高层辐散——上升运动 低层辐散、高层辐合——下沉运动
2、低层散度的诊断
①850百帕(700百帕)辐合型的风向风速—上升运动 风速辐合型(a)、风向辐合型(b)


0
1 p0 qv dz，或 qv dp g 0
4、水汽通量散度公式


水汽由源地输送到某地区，必须有水汽在该地区水平辐合， 才能上升冷却凝结成雨。 单位体积水汽水平辐合的大小用水汽通量散度来表示，其公 式表达式为：
( gv ) ( qu) ( qv) y x

3、高层散度的诊断（200—300百帕）
①高层相对涡度平流 简化涡度方程 v v t
f
0
v
1 v ( v v) f t
0
1 v v
f
0
v 0 , v 0 辐散上升 槽前正涡度平流 槽后负涡度平流 v 0, v 0 辐合下沉

单位面积的整层大气柱中水汽的水平辐合量为 -D，表达式为： 1 ( qv )dz (qv )dp D

天⽓学原理和⽅法--第7章--刘强--整理模板第七章第⼀节降⽔的形成与诊断⼀、降⽔形成过程(⼀)⼀般降⽔的形成过程（有三个条件）1、⽔汽条件：⽔汽由源地⽔平输送到降⽔地区2、垂直运动条件：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3、云滴增长条件：云滴增长变为⾬滴⽽下降前两个条件决定于天⽓学条件，是降⽔的宏观过程，第三个条件主要决定于云物理条件，是降⽔的微观过程。

云滴增长的条件主要决定于云层厚度，⽽云层厚度，由决定于⽔汽和垂直运动的条件，所以在降⽔预报中，通常只要分析⽔汽条件和垂直运动条件即可。

⼀般任务云滴增长的过程有两种：⼀种是“冰晶效应”可促使云滴迅速增长⽽产⽣降⽔，在中⾼纬度，这种过程起着重要作⽤；另⼀种是云滴的碰撞合并作⽤，尤其是云层发展较厚时，这种过程更明显。

（⼆）暴⾬的形成条件凡是⽇降⽔量达到和超过50.0毫⽶的降⽔称为暴⾬。

有三个普遍的主要条件，分别是充分的⽔汽供应、强烈的上升运动、较长的持续时间，另外还有⼀个地形条件，就是有利的地形条件。

1、充分的⽔汽供应暴⾬是在⼤⽓饱和⽐湿达到相当⼤的数值以上才形成的，700hpa上⽐湿≥8克/千克（对北京来说，⽐湿≥5克/千克），是出现⼤、暴⾬的必要条件；有了相当⾼的饱和⽐湿条件，还必须有充分的⽔汽供应，因为只靠某⼀地区⼤⽓柱中所含的⽔汽凝结下降量很⼩，因此必须研究⽔汽供应的环流形势。

2、强烈的上升运动强烈的上升运动只有在不稳定能量释放时，才能形成，因此暴⾬预报必须分析不稳定能量的储存和释放问题，研究形成暴⾬的中、⼩尺度系统。

⼆、⽔汽⽅程和降⽔率（⼀）⽔汽⽅程⽔汽⽅程是表⽰⽔汽输送和变化的基本⽅程。

单位时间内通过某⼀单位⾯积的⽔汽量，称为⽔汽通量。

⽔汽⽅程表达式：此式说明，⼀个运动的单位质量湿空⽓块，其⽐湿的变化等于凝结率及湍流扩散率之和。

单位时间内，某⼀体积所含⽔汽的变化量主要有四个⽅⾯的因素决定：⽔平⽅向上⽔汽的净流⼊量，垂直⽅向上⽔汽的净流⼊量，凝结量，湍流扩散。

（1）降水和暴雨形成机制 （2）我国大型降水过程的环流特征 （3）低空急流对暴雨形成的作用 本章难点：
华南前汛期降水、江淮梅雨、华北与东北雨 季降水环流特征及其产生暴雨的关键系统解 释
概述
1 含义 大型降水主要是指范围广大的降水，降
水区可达天气尺度大小，包括连续性和 阵性的大范围雨雪及夏季暴雨。
2 降水的分级
2 可降水量
（1）定义：将一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。
（2） 表达式：
qdz 0 1
g 0 qdp
3 水汽通量
速（V1）相定垂义直：的单单位位时面间积通的过水与汽水量平. 风
（2）表达式:

qV
底边为单位长度，高为单位百帕的水汽通
p 0
p u (

v )dp
0 x y
p ( u v )dp 0 x y
讨论：
பைடு நூலகம்
p u ( 0 x

v )dp y

0, p
0
p ( u
0 x

v y
)dp

0,
p
0
（3）补偿原理（整层积分）
p0 ( u
0 x
24小时雨 <0.1 0.1~10 10~25 25~50 50~100 100~200 >200 量（mm)
等级
微量 小雨 中雨 大雨 暴雨 大暴雨 特大 暴雨
3 降水的影响 利弊
4 我国各地降水气候概况 （1）各地雨量
年雨量分布极不均匀，从东南沿海向西 北内陆减少 （2）雨季：即连阴雨期，夏季水汽充沛， 降水量多，故夏季的连阴雨期一般称为雨 季。我国绝大多数雨量集中在夏季，有明 显的雨季、干季之分

华南沿海 长江流域 云贵高原 华北，东北
4月开始，10月中旬结束 6月上旬开始，9月初结束 5月下旬开始，10月下旬结束 7月中旬开始，8月底结束
2、我国各地年雨量集中于雨季 南方雨季中有相对干旱期─伏旱 华南沿海 6月下旬至7月下旬 长江流域 7月中旬至8月中旬
3、我国东部气候大雨带每年有规律的南北位移
③关键系统—日本海副热带高压稳定
作用: 阻挡上游低值系统东移 。 西南涡停滞在副高的西侧，形成强一辐合区。 输送海上的暖湿空气。 形成: 大陆的高压与副高合并而成。 副高在台风作用下加强北抬。
五、长江中下游春季连阴雨
春季低温连阴雨、 降水量小、 温度低的降水天气过程。 看图7.31 1、环流形式 ①南北长波系统稳定 ②青藏高原对气流的分流作用，使南北西风急流槽脊位相不同， 在长江中下游形成冷暖交汇 ③700百帕为江淮切变线，以南为准静止锋
四、华北与东北雨季降水
③降水时段集中：华北年降水量的80—90%集中在7到8月。 东北年降水量的60%集中在7到8月。

“63．8”、“75．8”、“77．8”等特大暴雨皆发生在8月上旬。
四、华北与东北雨季降水
④暴雨和地形的关系密切，在迎风坡和山区平原交界处暴雨多。

燕山南藏 太行山东麓和南部 伏牛山东麓以 沂蒙山区都是暴雨最多的地区
似乎雨区发生于锋 前暖区。
b地形作用较强 山脉的走向与暖湿气流垂直——抬升运动
1978年5月26日广西蒙山暴雨
c海陆风作用 海陆风产生风场辐合线使降水加强产生暴雨 陆风—形成沿海夜雨 海风—形成内陆白天暴雨
华南End
三、江淮梅雨 （6—7月）
1、梅雨发生的时间和地区 地区：长江中下游—日本南部 宜昌以东：28—340N之间 入梅时间： 6月中旬 出梅时间： 7月上旬 梅雨期 20—24天 梅雨：夏初长江中下游的连阴雨，是温度高的阵雨、暴雨。 类型划分：典型梅雨 —6月中旬 ~7月上旬 ，出梅后，天气入 夏。 早梅雨（迎梅雨）——早于5月的梅雨 空梅，没有出现梅雨

降水是怎样形成的降水是指空气中的水汽冷凝并降落到地表的现象，它包括两部分，一是大气中水汽直接在地面或地物表面及低空的凝结物，如霜、露、雾和雾淞，又称为水平降水;另一部分是由空中降落到地面上的水汽凝结物，如雨、雪、霰雹和雨淞等，又称为垂直降水。

今天我们就一起看看怎么降水吧。

降水形成的原因：主要过程产生降水的主要过程有：①天气系统的发展，暖而湿的空气与冷空气交汇，促使暖湿空气被冷空气强迫抬升，或由暖湿空气沿锋面斜坡爬升。

②夏日的地方性热力对流，使暖湿空气随强对流上升形成小型积雨云和雷阵雨。

③地形的起伏，使其迎风坡产生强迫抬升，但这是一个比较次要的因素。

多数情况下，它和前两种过程结合影响降水量的地理分布。

条件形成降水的条件有3个：一是要有充足的水汽;二是要使气块能够抬升并冷却凝结;三是要有较多的凝结核。

影响降水的因素1,海陆位置2.地形3.大气环流降水的分类：锋面雨在锋面上空气缓慢上升(以每秒厘米的速度计算)，在冷气团一侧形成层状降水。

对流雨如果下垫面高温潮湿，近地面空气强烈受热，引起空气的对流运动，湿热空气在上升过程中，随气温的下降，形成对流云而降水，比如积雨云和浓积云，条件一定时即可降水。

特点是强度大，历时短，范围小，还常伴有暴风，雷电，故又称热雷雨。

在热带雨林气候区和夏季的亚热带季风气候区多见。

地形雨暖湿气流在运行的过程中，遇到地形的阻挡，被迫沿着山坡爬行上升，从而引起水汽凝结而形成降水，称为地形雨。

地形雨一般只发生在山地迎风破，背风坡气流存在下沉或者下滑，温度不断增高，形成雨影区，不易形成地形雨。

气旋雨气旋中心附近气流上升，引起水汽凝结而形成降水，称为气旋雨。

常见的有热带气旋和温带气旋带来的降水。

降水的分布：全年多雨区——赤道附近地带，降水多，如新加坡全年少雨区——干旱的沙漠地区，两极地区，如开罗夏季多雨区——南、北纬30°～40°附近的大陆东岸，夏季多雨，如北京冬季多雨区——南、北纬30°～40°附近的大陆西岸，冬季多雨，如罗马常年湿润区——南、北纬40°～60°附近的大陆西岸，常年湿润，如伦敦。

解放军理工大学气象海洋学院
三、持续时间
雨带呈东北-西南走向与太行山的西南偏南风 大致平行，另外在太行山的东坡具有抬升作 用，不断有中尺度对流单体形成
解放军理工大学气象海洋学院
三、持续时间
地面冷锋由于收到山西地形和西太副高阻挡 移动相当缓慢
解放军理工大学气象海洋学院
D
21日08时
中尺度低涡的东移是造成此次暴 21日20时 700hPa 高度场（实线，单位：gpm）和风场（向量） 雨的直接中尺度系统。
（3）中尺度系统引起的强烈上升运动。
（4）小尺度局地对流活动引起的上升运动 。 （5）地形引起的上升运动。
三、 暴雨形成的条件
（三）较长的持续时间
（1）降水天气系统移动缓慢甚至停滞不动 （2）多次重复出现降水天气系统
连续暴雨的必要前提： 副高脊，长波槽，切变线、静止锋、大型冷涡等长期稳定 天气尺度系统：短波槽、低涡、气旋等
三、 暴雨形成的条件
（四）有利的地形
1．强迫抬升 2. 地形辐合
迎风坡多雨，背风坡少雨。
一 大型降水的定义 二 一般降水形成条件
三 暴雨形成的条件 四 案例分析
四、 案例分析---721北京特大暴雨
受灾面积 16000平方公 里
受灾人口 190万人
伤亡人数 79人
经济损失 116.4亿元
2012年7月21日08时至227月21日08时至22日08时24h累积实况降水图（单位：mm）
100mm以上。 2012年北京绝大部分地区降水量在 7月21日08时至22日08时24h累积实况降水图（单位： mm）
一、水汽充沛
第8号台风韦森还未登陆，与副高形成巨大的气压梯度， 导致华北地区的东南风低空急流加强， 为华北地区输送了大量的水汽

第四章 降 水
1
主要内容
HHU
1 降水要素及其时空变化表示方法 2 降雨类型及其影响因素 3 区域（流域）平均降雨量计算方法 4 降雨资料的检验
2
§1 降水要素及其时空变化表示方法 H H U
降水的定义 降雨的基本要素 降雨时间变化的表示方法 降雨空间变化的表示方法 降雨要素的综合曲线
3
§1 降水要素及其时空变化表示方法 H H U
1 降水的定义：
大气中的液态水滴或固态冰雪颗粒，在重力作用下，克服 空气阻力，从空中降落到地面的现象称为降水。
雪
雹
雨
露
霜
4
§1 降水要素及其时空变化表示方法 H H U
2 降雨的基本要素
降雨量（深）：指一定时段内降落在某一点或某一面积上的总
雨量，用深度表示，以mm计。
降雨历时：降雨从某时刻到另一时刻所经历的时间称为降雨历时；
2)对每个三角形各边作垂直平分线，再用这些垂直平分
线构成以每个测站为核心的多边形；
3)量取每个多边形的面积fi。
计算公式： P 1
F
n
Pi fi
i 1
适用条件：雨量站分布不均
缺点：
1）没有考虑地形影响，假定雨量呈线性变化； 2）权重系数是固定的，不能反映降雨空间分布复杂多变 的特点。
28
29
§3 区域（流域）平均降雨量计算方法 H H U
3 降雨时间变化的表示
(1)时段降雨量柱状图：时段降雨量与相应时段之间的关
系图称为时段降雨量柱状图。
时间 13:42 14:00 14:30 15:34 17:00 18:10 19:00
时段降雨 0
11.5 33.5 31.9 1.6 2.2

2 降水的分级
24小时雨 量（mm)
等级
<0.1
0.1~10
10~25
25~50
50~100
100~200
>200 特大 暴雨
微量
小雨
中雨
大雨
暴雨
大暴雨
暴雨的定义：
凡日降水量达到或超过50毫米的降水称为暴 雨，其中又分为暴雨、大暴雨、特大暴雨三个 量级。
3 降水的影响 利弊 4 我国各地降水气候概况 （1）各地雨量 年雨量分布极不均匀，从东南沿海向西 北内陆减少 （2）雨季：即连阴雨期，夏季水汽充沛， 降水量多，故夏季的连阴雨期一般称为雨 季。我国绝大多数雨量集中在夏季，有明 显的雨季、干季之分
大型降水天气过程
根据降水范围的大小、降水维持时间的长 短可分为两种降水过程：
（1）大型降水天气过程
连续性或阵性的大范围雨雪及夏季暴雨。
（2）局地性降水天气过程
范围较小的局地性暴雨、冰雪等。
概述
1 含义
大型降水主要是指范围广大的降水，降 水区可达天气尺度大小，包括连续性和阵 性的大范围雨雪及夏季暴雨。
1 一般特征 （1） 4-6月为华南前汛期，降水主要发生在 副高北侧的西风带中，5月中旬雨量迅速增大 进入盛期
（2） 5月中旬以前，大雨带位于华南北部， 主要是锋面降水
（3） 5月中旬以后，受季风影响，大雨带移 至华南沿海，降水量增大，主要为暖区降水
2 华南前汛期降水特点 （1）降水有两个大值带：武夷山到南岭南麓， 沿海 （2）多暴雨，以6月最多
二、江淮梅雨
1 概念及特点 含义：每年初夏，在湖北宜昌以东28°34°N之间的江淮流域到日本南部这以狭 长区域常会出现连阴雨天气，雨量很大。 由于这一时期正是江南梅子的黄熟季节， 故称为 “梅雨”。又因此时空气湿度大， 温度高，百物极易获潮霉烂，因而又有“ 霉雨”之称。

第七章第一节降水的形成与诊断一、降水形成过程(一)一般降水的形成过程（有三个条件）1、水汽条件：水汽由源地水平输送到降水地区2、垂直运动条件：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3、云滴增长条件：云滴增长变为雨滴而下降前两个条件决定于天气学条件，是降水的宏观过程，第三个条件主要决定于云物理条件，是降水的微观过程。

云滴增长的条件主要决定于云层厚度，而云层厚度，由决定于水汽和垂直运动的条件，所以在降水预报中，通常只要分析水汽条件和垂直运动条件即可。

一般任务云滴增长的过程有两种：一种是“冰晶效应”可促使云滴迅速增长而产生降水，在中高纬度，这种过程起着重要作用；另一种是云滴的碰撞合并作用，尤其是云层发展较厚时，这种过程更明显。

（二）暴雨的形成条件凡是日降水量达到和超过50.0毫米的降水称为暴雨。

有三个普遍的主要条件，分别是充分的水汽供应、强烈的上升运动、较长的持续时间，另外还有一个地形条件，就是有利的地形条件。

1、充分的水汽供应暴雨是在大气饱和比湿达到相当大的数值以上才形成的，700hpa上比湿≥8克/千克（对北京来说，比湿≥5克/千克），是出现大、暴雨的必要条件；有了相当高的饱和比湿条件，还必须有充分的水汽供应，因为只靠某一地区大气柱中所含的水汽凝结下降量很小，因此必须研究水汽供应的环流形势。

2、强烈的上升运动强烈的上升运动只有在不稳定能量释放时，才能形成，因此暴雨预报必须分析不稳定能量的储存和释放问题，研究形成暴雨的中、小尺度系统。

二、水汽方程和降水率（一）水汽方程水汽方程是表示水汽输送和变化的基本方程。

单位时间内通过某一单位面积的水汽量，称为水汽通量。

水汽方程表达式：此式说明，一个运动的单位质量湿空气块，其比湿的变化等于凝结率及湍流扩散率之和。

单位时间内，某一体积所含水汽的变化量主要有四个方面的因素决定：水平方向上水汽的净流入量，垂直方向上水汽的净流入量，凝结量，湍流扩散。

（二）降水率单位时间内降落在地面单位面积上的总降水量，称为降水率或降水强度。

降雨的原理与过程降雨是指在大气中水蒸气凝结成液态水并从云中降落到地面的过程。

降雨是地球上的水循环中的一个重要环节，对维持地球上的水资源平衡和生态系统的稳定起着至关重要的作用。

降雨的原理主要涉及到水循环和大气中的各种气象因素。

首先，太阳能使地球表面的水体蒸发，形成水蒸气进入大气中。

这些水蒸气在大气中上升，随着海拔的升高温度下降，水蒸气冷却后开始凝结形成云。

这个过程被称为凝结作用。

凝结过程中的水蒸气和大气中的尘埃粒子、气溶胶等云凝结核结合，形成云核。

云核在大气中上升，云内的水蒸气不断凝结在云核上，形成微小的水滴。

这些水滴之间还可以通过冷凝作用合并形成较大的水滴。

当云内的水滴足够大到无法由气流支撑时，就会开始向下降落。

云内水滴的下降速度主要由空气的上升速度、水滴的大小和密度、气温和相对湿度等因素决定。

当云内水滴下降到一定程度时，会与云中的其他水滴碰撞并合并形成更大的水滴。

当形成的水滴足够大到克服大气的阻力时，就会从云中坠落到地面上。

这个过程被称为降水。

降水的形式主要有雨、雪、雾露和冰雹等。

降水过程中，大气中的温度和湿度是关键因素。

空气的温度和湿度决定了水蒸气的含量和饱和度，当湿度达到100%时，水蒸气开始凝结成云和降水。

此外，大气中的运动也会对降水有一定影响。

例如，冷暖气团的相互作用和地形的起伏等都会导致气流的上升和下降，进而影响降水形式和强度。

除了上述因素，气压、风向、风速、云高度、云形态等也会对降水过程产生影响。

例如，高气压区往往意味着较为稳定的大气环流，降水机会较小；而低气压区通常会伴随着较强的上升气流，容易形成降水。

风向和风速会影响水蒸气的输送和空气的上升速度。

云高度和云形态可以反映出大气的稳定性和湿度情况，从而反映出降水的潜力和强度。

总之，降雨是水循环过程中重要的环节，涉及到水蒸气的蒸发、凝结和降落的过程。

大气中的温度、湿度、气压、风向、风速、云高度和云形态等因素都会影响降水的形式和强度。

研究降雨的原理和过程有助于对天气系统的理解、气象预报和水资源管理的评估等方面的工作。