[科普中国]-天气过程

简介

某种天气及其相应的天气系统发生发展的演变过程。如寒潮天气过程、降水天气过程等。了解各种天气过程的发展规律，揭露其发展的物理机制，对于作好天气预报有重要的意义。

天气过程具有不同的空间和时间尺度，尺度较大的天气过程是尺度较小的天气过程的背景，它制约着尺度较小的天气过程的发展。例如一次大范围降水天气过程中,就包含有若干小的局地暴雨天气过程。反之,尺度较小的天气过程也可对尺度较大的天气过程产生反馈作用，改变尺度较大的天气过程的进程。为了寻求天气过程的演变规律，人们常常针对某一类天气系统或某一类天气，根据其在历史上多次发生发展的特征，综合归纳为一种或几种典型的天气过程模式，如锋面气旋模式、寒潮、冰雹天气过程模式等。有时，还可将一个天气过程模式划分为几个阶段,如寒潮天气过程模式,可分为酝酿、发展和爆发三个阶段。将实际天气过程的发展与典型天气过程模式相对比，找出相似于模式的过程，有助于作出正确的天气预报。分析和建立典型的天气过程模式，是天气学研究的一项重要内容。

几类重要的天气过程：寒潮天气过程、大型降水天气过程、台风天气过程、对流性天气过程。

寒潮天气过程寒潮天气过程是指大范围环流形势的演变，使冷空气积聚、爆发南下，形成寒潮的过程。

寒潮天气发生时会带来剧烈的降温和大风，有时伴有雨、雪、雨凇、霜冻、风沙、雷暴（春秋的江南地区）。寒潮大风有三类：西北大风（出现在东北、内蒙古地区）、偏北大风（华北、黄淮地区）、东北大风（长江以南）。寒潮一般出现在春节3-4月，秋季10-11月，最早出现在9月下旬，最晚于5月出现。持续时间一般为3-4天，长的可达8-9天。

寒潮天气的成因由于北极地区接收太阳辐射少，地面和大气获得热量少，常年冰天雪地。冬季，太阳光的直射位臵越过赤道，到达南半球，北极地区的寒冷程度更加增强，范围扩大，气温一般都在零下40℃—50℃以下。范围很大的冷气团聚集到一定程度，在适宜的高空大气环流作用下，就会大规模向南入侵，形成寒潮天气。

寒潮的源地寒潮源地主要有三个：①新地岛以西洋面上。②新地岛以东洋面上。③冰岛以南洋面上。以上三个源地的冷空气经过西伯利亚中部会进一步加强。

中国寒潮的形成我国寒潮的形成：我国位于欧亚大陆的东南部。由于北极和西伯利亚一带的气温很低，大气的密度就要大大增加，空气不断收缩下沉，使气压增高，形成了一个势力强大、深厚宽广的冷高压气团。每一次寒潮爆发后，极地或西伯利亚的冷空气就要减少一部分，气压也随之降低。但经过一段时间后，冷空气又重新聚集堆积起来，孕育着一次新的寒潮的爆发。

寒潮路线影响我国的寒潮大致有三条路线：

第一条是西路。这是影响我国时间最早、次数最多的一条路线。强冷空气自北极出发，经西伯利亚西部南下，进入我国新疆，然后沿河西走廊，侵入华北、中原，直到华南甚至西南地区。

第二条是中路。强冷空气从西伯利亚的贝加尔湖和蒙古人民共和国一带，经过我国的内蒙古自治区，进入华北直到东南沿海地区。

第三条是东路。冷空气从西伯利亚东北部南下，有时经过我国东北，有时经过日本海、朝鲜半岛，侵入我国东部沿海一带。从这条路线南下的寒潮主力偏东，势力一般较弱，次数也较少。

寒潮天气过程爆发类型寒潮天气过程爆发类型：其触发的天气形势主要分为3种类型，即小槽发展型、低槽东移型和横槽转竖型。

大型降水天气过程大型降水主要是指范围广大，降水区可达天气尺度的大小，包括连续性或阵性的大范围雨雪及夏季暴雨等。

我国东部的雨带--大雨带南北位移--西太副高脊线、100hPa青藏高压、副热带西风急流、东亚季风的季节变化有关。

中国各地雨季（1）江南春雨期：3月下旬-5月上旬，江南地区（25-29N），雨量较小。

（2）华南前讯期：5月中旬-6月上旬（25天左右），华南，雨量迅速增大

（3）江淮梅雨：6月中-7月上旬（约20天），长江中下游，连阴雨

（4）华北和东北雨季：7月中旬-8月下旬（约40天），雨带停滞在华北和东北地区，同时，华南又出现一个大雨带，为华南后汛期限降水

（5）淮河秋雨期：9月中旬-10月上旬，淮河流域，雨量较小

一般降水的形成过程：水汽条件—宏观、垂直运动条件—宏观、云滴增长条件—微观物理条件。

暴雨成因（1）充沛的水汽

水汽的供应取决于两方面： 大气中水汽的含量（T-Td8级；中心海平面最低气压小于960hPa。

台风范围水平范围：海平面气压场中最外围的闭合等压线，直径一般为600-1000开门。垂直范围：整个对流层及平流层下层。

台风分类过去我国习惯称形成于26℃以上热带洋面上的热带气旋(Tropical cyclones)为台风，按照其强度，分为六个等级：热带低压、热带风暴、强热带风暴、台风、强台风和超强台风。自1989年起，我国采用国际热带气旋名称和等级划分标准。

国际惯例依据其中心附近最大风力分为：

热带低压(Tropicaldepression)，最大风速6~7 级，(10.8-17.1 m/s)；

热带风暴(Tropicalstorm)，最大风速8～9 级，(17.2～24.4m/s)；

强热带风暴(Severe tropical storm)，最大风速10 ～11 级，(24.5 ～32.6m/s)；

台风(Ty-phoon)，最大风速12 ~13级，(32.7m/s~41.4m/s)；

强台风（severe typhoon），最大风速14~15级（41.5m/s~50.9m/s）；

超强台风（Super Typhoon），最大风速≥16级（≥51.0m/s）。

台风结构台风是一个强大而具破坏力的气旋性漩涡，发展成熟的台风，其底层按辐合气流速度大小分为三个区域：①外圈，又称为大风区。自台风边缘到涡旋区外缘，半径约200-300km，其主要特点是风速向中心急增，风力可达6级以上；②中圈，又称涡旋区。从大风区边缘到台风眼壁，半径约在100km，是台风中对流和风、雨最强烈区域，破坏力最大；③内圈，又称台风眼区。半径约5-30km。多呈圆形，风速迅速减小或静风。

台风内各种气象要素和天气现象的水平分布可以分为外层区（包括外云带和内云带）、云墙区和台风眼区三个区域；铅直方向可以分为低空流入层（大约在1公里以下）、高空流出层（大致在10公里以上）和中间上升气流层(1公里到10公里附近)三个层次。在台风外围的低层，有数支同台风区等压线的螺旋状气流卷入台风区，辐合上升，促使对流云系发展，形成台风外层区的外云带和内云带；相应云系有数条螺旋状雨带。卷入气流越向台风内部旋进，切向风速也越来越大，在离台风中心的一定距离处，气流不再旋进，于是大量的潮湿空气被迫强烈上升，形成环绕中心的高耸云墙，组成云墙的积雨云顶可高达19公里，这就是云墙区。

台风中最大风速发生在云墙的内侧，最大暴雨发生在云墙区，所以云墙区是最容易形成灾害的狂风暴雨区。当云墙区的上升气流到达高空后，由于气压梯度的减弱，大量空气被迫外抛，形成流出层，而小部分空气向内流入台风中心并下沉，造成晴朗的台风中心，即台风眼区。台风眼半径约在10～70公里之间，平均约25公里。云墙区的潜热释放增温和台风眼区的下沉增温，使台风成为一个暖心的低压系统。

台风在低层主要是流向低压的流入气流。由于角动量平衡，在内区可产生很强的风速，在高层是反气旋的流出气流。上下层环流之间通过强上升运动联系起来，这是台风环流的主要特征。台风中最暖的温度是由下沉运动造成的，它出现在眼壁内边缘以内，这里有最强的下沉运动。在台风低层最大风速半径处，辐合最强，最大风速值半径的大小随高度变化甚小，并处于眼壁之中。

对流性天气过程对流性天气主要指雷暴、飑、冰雹、龙卷等天气。 "雷暴"即积雨云中所发生的雷电变作的激烈放电现象。因其一般伴有阵雨，所以常与"雷雨"通称。雷雨是夏季常见的降水形式。通常把只伴有降雨的雷暴称为"一般雷暴"。有的雷暴会伴有暴雨、大风、冰雹、龙卷等严重的灾害性天气现象。一般把伴有这些严重灾害性天气现象之一的雷暴叫做"强雷暴"。一般雷暴和强雷暴都是对流旺盛的积雨云的产物，所以常将它们通称为对流往天气或对流性风暴。

形成原因发生雷暴时，通常出现雷电、降雨、阵风等天气现象以及压、温、湿等气象要素的变化。这些现象主要发生在雷暴云的成熟阶段;下面分别讨论它们的成因。

（1）雷电

雷电是由积雨云中"温差起电"以及其它起电作用所造成的。一般当云顶发展到-20摄氏度等温线高度以上时。就会出现闪电和雷鸣。第一次闻雷表明云顶已达-20摄氏度等温线高度附近。随着云顶增高，闪电、雷鸣便愈益频繁。一般来说，云中放电强度及频程度与雷暴云的高度、强度有关。因此，雷电现象可用以判断雷暴强度。

（2）降雨

在雷暴云中上升气流最强区附近，一般有水滴累积区，当累积量超过上升气流承托能力时，便开始降雨。由于累积区中的水倾盆而下，因而造成阵雨或暴雨。阵雨持续时间为几分钟到一小时不等，视雷暴云的强弱及含水量多少而定。雷暴群和雷暴带形成的降水区也呈片状或带状。由于雷暴群(带)中，每个单体强弱不一，所以降水量分布很不均匀。而且因雷暴云常常跳跃式地传播，因此降水量也有跳跃(间隔)式分布的情况。

（3）阵风

在积云阶段，地面风一般很弱。低空有向云区的辐合，促使上升气流发展。到了雷暴云的成熟阶段，云中产生的下沉气流冲到地面附近时，向四周散开，因而造成阵风。一般来说，阵风发生前，风力较弱，风向不定，但多偏南风。阵风发生时，风向常呈气旋式旋 转，然后又呈反气旋式旋转。移动缓慢的雷暴。云下的流出气流几乎是径向(即向四面八 方铺开)的。然而多数情况下，在雷暴移向的下风方的风速要大于上风方。

（4）压、温、湿的变化

由于下沉气流中水滴的蒸发使下沉气流几乎保持饱和状态。所以下沉空气由上层至下层是按湿绝热增温的。上层冷空气虽然在下沉过 程中会变暖些，但升温率小，到地面时，仍比四周地面空气要冷。因此在雷暴云下形成一个近乎饱和 的冷空气团，因其密度较大所以气压较高，这个高压叫"雷暴高压"。当雷暴云向前移动时，云下的雷暴高压也随之向前移动，当它移过测站时，就使该站发生气温下降、气压涌升、相对湿度上升、露点或绝对湿度下降等气象要素的显著变化。其变化幅度取决于雷暴云的强度和测站相对于雷暴云的位置，雷暴中心经过地区变化明显，边缘地区则变化较小。

结构产生雷暴的积雨云叫做雷暴云。一个雷暴云叫做一个雷暴单体，其水平尺度约十几公里。多个雷暴单体成群成带地聚集在一起叫做雷暴群或雷暴带。它们的水平尺度有时可达数百公里。每个雷暴单体的生命史大致可分为发展、成熟和消散三个阶段。每个阶段约持续十几分钟至半小时左右。在不同的阶段中雷暴云的结构有不同的特征。发展阶段即积云阶段，其主要特征是上升气流贯穿于整个云体。 成熟阶段的特征是开始产生降水，并且由于降水的拖曳作用而产生了下沉气流。但在下沉气流的上方，上升气流仍贯穿云体。云中上升气流通度的垂直分布呈抛物线状，即为上、下层小，中层最大。

消散阶段的特征是下沉气流占据了会作的主要部分。

雷暴群可由好几个同时处于不同阶段的雷暴单体所组成。多单体的雷暴群的结构往往会随着每个单体的新陈代谢而发生变化。单体的生命期约为半小时至1小时。但多单体的雷暴群作为整体可存在几小时。

影响范围对流性天气十分激烈，容易成灾。其影响范围较小，持续时间较短，所以通常是一种局部灾害性天气。但是有时也会发生大范围的强雷暴天气过程，其影响范围可达数十县到数省，持续时间可达一天左右。例如，1962年6月8日，在山东、江苏、安徽等省范围内有二、三十个县下了大冰雹。又如1974年6月17日在北起山东半岛，经山东、江苏、安徽等省，南至浙北、赣北及鄂东等广大地区上，自北向南先后发生了8-12级大风或冰雹等严重天气。国外也有类似情况。如1974年4月3月晚至4日有一百多个龙卷袭击了美国的12个州及加拿大部分地区。这些大范围的强雷暴会造成大范围的严重灾害。

对流性天气不仅对国民经济各部门影响很大，而且对军事活动的影响也很大。例如，由于积雨云中有强烈的扰动、结冰和放电现象，对飞行的安全威胁很大。因此即使是一般的雷雨天气也会对其造成危险。所以做好对流性天气的预报，预防对流性天气的突然袭击，对于防灾、抗灾、保障国民经济和国防建设都有十分重要的意义。

鉴于对流性天气一般具有范围小，发展快的特点，所以在预报工作中，除了应用天气图方法外，最好还要配合中尺度天气分析及雷达、卫星探测等方法。2