第十一講中小尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的天氣和環(huán)流條件ppt-第十課件

第十一講中小尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的天氣和環(huán)流條件丁一匯國家氣候中心高等天氣學(xué)系列講座單元四：對流和降水天氣系統(tǒng)第十一講中小尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的天氣和環(huán)流條件丁一匯高等天1對流和降水活動是大氣中的主要氣象現(xiàn)象之一，它們是在大尺度條件影響下，主要由中小尺度天氣系統(tǒng)造成的。因而屬于中尺度氣象學(xué)的內(nèi)容。中尺度氣象學(xué)主要是研究25~50km水平尺度的天氣現(xiàn)象和天氣系統(tǒng)（又稱中-系統(tǒng)）。它介于大尺度（或中-尺度，即250~2500km）和小尺度（或中-尺度，即2.5~25km）系統(tǒng)之間。主要是指強(qiáng)風(fēng)暴等有組織的雷暴或?qū)α飨到y(tǒng)。而對于其中個別雷暴積云單體或一些孤立的小雷暴則屬于小尺度天氣系統(tǒng)。中尺度氣象學(xué)還包括其它一些天氣現(xiàn)象或天氣系統(tǒng)的研究，如山脈背風(fēng)波、海陸風(fēng)、鋒面中的中尺度結(jié)構(gòu)，強(qiáng)斜壓區(qū)，高低空急流中的風(fēng)速中心，熱島效應(yīng)和嚴(yán)重空氣污染區(qū)等。這些問題也很重要，近年來日益引起人們的注意。本章只討論與降水和對流有關(guān)的中尺度天氣現(xiàn)象和天氣系統(tǒng)。對流和降水活動是大氣中的主要氣象現(xiàn)象之一，它們是在大尺度條件2中小尺度對流系統(tǒng)與其環(huán)境條件有密切的關(guān)系。大尺度環(huán)境條件不但制約了對流系統(tǒng)的種類與演變過程；而且還可影響對流系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、運(yùn)動和組織程度。例如，一般的氣團(tuán)雷暴是發(fā)生在比較少變的天氣形勢和弱的風(fēng)垂直切變，各層水汽含量較大的濕潤環(huán)境中。而強(qiáng)風(fēng)暴（如颮線）則是出現(xiàn)在強(qiáng)的風(fēng)垂直切變，對流層中層干、下層濕潤的環(huán)境中。其結(jié)果是內(nèi)部氣流的結(jié)構(gòu)，對流的強(qiáng)度和傳播情況等都有很大的差別。因而大尺度環(huán)境條件對中尺度對流系統(tǒng)起著明顯的制約作用。在這種情況下，有組織的對流系統(tǒng)在大尺度環(huán)境中不是隨機(jī)發(fā)生和分布的，而是發(fā)生在一定的地區(qū)和時間內(nèi)。中小尺度對流系統(tǒng)與其環(huán)境條件有密切的關(guān)系。大尺度環(huán)境條件不但311.1大尺度和中尺度條件的概述關(guān)于強(qiáng)對流系統(tǒng)發(fā)生的大尺度天氣學(xué)條件人們已歸納很多。早在40年代中期就提出了雷暴發(fā)生的三要素，即豐富的水汽，條件不穩(wěn)定層結(jié)和抬升氣塊到凝結(jié)高度的啟動機(jī)制。但這只是一般雷暴發(fā)生的條件。以后在大量研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步歸納出強(qiáng)風(fēng)暴系統(tǒng)發(fā)生的天氣條件，這可包括：（1）位勢不穩(wěn)定層結(jié)，并常有逆溫層存在；（2）低層有濕舌或強(qiáng)水汽輻合；（3）有使不穩(wěn)定釋放的機(jī)制（如低空輻合區(qū)、重力波、密度流、地形等）；（4）常有低空急流存在；（5）強(qiáng)的風(fēng)垂直切變；（6）中層有干冷空氣等。上述條件都只是必要條件，即在強(qiáng)風(fēng)暴發(fā)生發(fā)展時往往可以看到這種情況。因而在作預(yù)報時，即使出現(xiàn)這些條件強(qiáng)風(fēng)暴也不一定發(fā)生。11.1大尺度和中尺度條件的概述關(guān)于強(qiáng)對流系統(tǒng)發(fā)生的大尺度4目前在大尺度條件上，雖然有了較多的了解，但對大尺度條件與中尺度風(fēng)暴的發(fā)展在物理上究竟有什么聯(lián)系還不十分清楚，對于兩者之間的因果關(guān)系還沒有完全弄清楚。例如在強(qiáng)風(fēng)暴低層出現(xiàn)的輻合區(qū)和風(fēng)暴上空出現(xiàn)的強(qiáng)風(fēng)速區(qū)有時認(rèn)為是對流活動的結(jié)果，有時認(rèn)為是強(qiáng)對流發(fā)生發(fā)展的原因。目前在大尺度條件上，雖然有了較多的了解，但對大5近十幾年來，對強(qiáng)對流天氣有重要作用的中尺度過程研究取得了明顯的進(jìn)展。最近Johnson與Mapes對強(qiáng)天氣發(fā)生的中尺度前提條件與觸發(fā)過程進(jìn)行了總結(jié)。由表11.1，11.2，11.3可見，許多中尺度過程與強(qiáng)天氣有密切關(guān)系，從前期的環(huán)境條件到觸發(fā)因子以及對流對環(huán)境的反饋作用都涉及到中尺度過程，也就是說，大尺度流場主要是建立有利于強(qiáng)天氣的環(huán)境條件，而中尺度過程則直接啟動強(qiáng)對流系統(tǒng)，影響它們的演變并通過反饋過程可進(jìn)一步影響風(fēng)暴所處的環(huán)境。但應(yīng)該指出，強(qiáng)風(fēng)暴系統(tǒng)與大尺度條件之間的關(guān)系在風(fēng)暴發(fā)展的不同階段其相互依賴和相互作用的程度是不同的。在風(fēng)暴發(fā)生和初期發(fā)展時期，主要決定于大尺度環(huán)境的作用。但是一旦強(qiáng)風(fēng)暴組織起來后，對流風(fēng)暴發(fā)展到很高的能量密度時，大尺度環(huán)境條件不但失去了對其制約作用，反而會受到對流風(fēng)暴的影響。近十幾年來，對強(qiáng)對流天氣有重要作用的中尺度過程研究取得了明顯6表11.1強(qiáng)天氣發(fā)生的中尺度前提條件（Johnson與Mapes，2003）局地條件平流條件動力條件邊界過程混合層高度增加濕層高度增加沿干線的輻合夜間逆溫，低空急流形成平流差異產(chǎn)生逆溫失穩(wěn)形成深厚干PBL（導(dǎo)致下?lián)舯┝鳎┐渭壄h(huán)流地轉(zhuǎn)調(diào)整急流地形作用產(chǎn)生輻合區(qū)發(fā)展坡風(fēng)風(fēng)矢端跡改變輻合線鋒面干線海/陸/湖風(fēng)山谷風(fēng)重力流、重力波冷空氣抬升局地減少條件不穩(wěn)定改變垂直切變地表作用蒸發(fā)、加熱地表不連續(xù)性—土壤濕度—粗糙度水汽平流增加CAPE，降低LFC局地積云增溫中尺度不穩(wěn)定邊界層過程水平對流滾軸云慣性振蕩（低空急流）表11.1強(qiáng)天氣發(fā)生的中尺度前提條件（Johnson與M7表11.2強(qiáng)天氣的中尺度觸發(fā)過程（Johnson與Mapes，2003）局地條件平流條件動力條件邊界層環(huán)流熱泡（熱對流）輻合線冷鋒陣風(fēng)鋒海風(fēng)、湖風(fēng)干線重力流、重力波邊界層水平對流滾軸云地形作用地形抬升熱力強(qiáng)迫障礙作用邊界交叉點三交點鋒面相遇海風(fēng)地表作用感熱/潛熱通量不連續(xù)性表11.2強(qiáng)天氣的中尺度觸發(fā)過程（Johnson與Ma8表11.3產(chǎn)生風(fēng)暴的中尺度作用（Johnson與Mapes，2003）局地條件平流條件動力條件輻射微物理下降氣流，冷空氣堆產(chǎn)生微尺度暴流產(chǎn)生產(chǎn)生融化的中層輻合閃電產(chǎn)生粒子平流下落和相變下降氣流產(chǎn)生逆尺度增長重力流，重力波影響單體/MCS增長影響臨近對流冷空氣堆過程單體生成MCS演變中尺度氣壓場浮力作用動力作用（風(fēng)暴分裂，傳播）動量輸送/坡風(fēng)強(qiáng)地面風(fēng)斜壓渦度產(chǎn)生陣風(fēng)鋒的水平渦度渦旋傾斜/伸長垂直渦度產(chǎn)生（超級單體，MCS中渦旋）渦旋崩潰中氣旋龍卷表11.3產(chǎn)生風(fēng)暴的中尺度作用（Johnson與Map911.2風(fēng)垂直切變的作用在1940年代，一般認(rèn)為風(fēng)垂直切變阻礙雷暴或積雨云發(fā)展的，因為在切變作用下垂直發(fā)展的云向下風(fēng)方傾斜，而不能直立。在這種情況下由于對流上升的路徑加長，環(huán)境空氣混合入對流空氣的作用增強(qiáng)。另外相繼的對流空氣不容易走相同的路徑以形成有利于以后對流上升的環(huán)境。因而通過這些作用使對流受到抑制。這種看法曾由一些云的觀測和雷達(dá)回波觀測所證實，所以風(fēng)垂直切變當(dāng)時被看作是對積云的一種“破壞力”，從理論上也得到類似的結(jié)果。郭曉嵐根據(jù)線性理論研究了迭加在層結(jié)流體中切變氣流上的擾動特征，也指出垂直切變對雷暴有抑制作用。淺井通過數(shù)值試驗得到，在平行于具有切變的風(fēng)的垂直剖面中，對流發(fā)展會受到抑制。Kuettner把“云街”的成因歸于風(fēng)的垂直剖面的曲率對對流的產(chǎn)生造成動力阻礙作用的結(jié)果。11.2風(fēng)垂直切變的作用在1940年代，一般認(rèn)為風(fēng)垂直切變101950年代以后的觀測結(jié)果表明，有些大雷暴或強(qiáng)雨暴在強(qiáng)垂直切變或高空急流存在的環(huán)境下發(fā)展，并能直立維持相當(dāng)長的時間（幾小時）。這表明垂直切變對積云或小積雨云和對強(qiáng)對流系統(tǒng)的影響是不同的。對于強(qiáng)風(fēng)暴垂直切變不但不是阻礙發(fā)展的因子，而且是增強(qiáng)風(fēng)暴的因子。Newton第一次說明了環(huán)境風(fēng)垂直切變與強(qiáng)雷暴的相互作用，指出通過這種相互作用可以增強(qiáng)或延長雷暴的生命期。在出現(xiàn)強(qiáng)熱力不穩(wěn)定的層結(jié)下，風(fēng)的垂直切變是有助于雷暴組織成持續(xù)性的強(qiáng)雷暴。風(fēng)的垂直切變是區(qū)別強(qiáng)風(fēng)暴動力學(xué)與積云動力學(xué)的基本條件之一。1950年代以后的觀測結(jié)果表明，有些大雷暴或強(qiáng)雨暴在強(qiáng)垂直切11表10.4不同類型風(fēng)暴的環(huán)境風(fēng)垂直切變值風(fēng)暴類型切變值（云底到云頂），單位：10-3s-1多單體風(fēng)暴超級單體強(qiáng)切變風(fēng)暴（颮線、雹暴等）1.5~2.52.5~4.54.5~8.0表10.4不同類型風(fēng)暴的環(huán)境風(fēng)垂直切變值切變值（云底到云頂12關(guān)于垂直切變對風(fēng)暴的影響有兩個方面的問題：一是通過什么物理過程垂直切變影響風(fēng)暴的發(fā)展和傳播？二是是否垂直切變越強(qiáng)對風(fēng)暴系統(tǒng)的發(fā)展和維持越有利？一般風(fēng)的垂直切變對強(qiáng)風(fēng)暴有四個方面的作用：（1）在切變環(huán)境中使上升氣流傾斜，這使上升氣流中形成的降水質(zhì)點能夠脫離出上升氣流，而不致會因拖帶作用減弱上升氣流的浮力；（2）可以增強(qiáng)中層干冷空氣的吸入，加強(qiáng)風(fēng)暴中的下沉氣流和低層冷空氣外流。以后通過強(qiáng)迫抬升使流入的暖濕空氣更強(qiáng)烈的上升，從而加強(qiáng)對流；（3）造成一定的散度分布，有利于風(fēng)暴在順切變處不斷再生，使雷暴向前傳播；（4）能產(chǎn)生流體動力學(xué)壓力。在風(fēng)暴右側(cè)有利于新的對流單體增長。關(guān)于垂直切變對風(fēng)暴的影響有兩個方面的問題：一是通過什么物理過13垂直切變對雷暴散度場的影響風(fēng)速隨高度改變而風(fēng)向不變情況：云中由于有強(qiáng)的亂流活動使上下層動量混合，造成在垂直方向切變消失，成為較均勻的風(fēng)分布。因而在云的前部低空有輻合，高空有輻散，產(chǎn)生上升運(yùn)動，有利于新雷暴單體出現(xiàn)，而在云的后部則相反，使風(fēng)暴減弱，這種過程使風(fēng)暴不斷向前傳播（圖11.1）。垂直切變對雷暴散度場的影響風(fēng)速隨高度改變而風(fēng)向不變情況：14圖11.1風(fēng)速隨高度改變時雷暴附近輻散輻合的分布圖11.1風(fēng)速隨高度改變時雷暴附近輻散輻合的分布15圖11.2是風(fēng)隨高度也有變化的情況，低層是南風(fēng)，高層是西風(fēng)。Vl、Vu分別表示低層和高層環(huán)境風(fēng)向量。在云內(nèi)由于上下動量混合的結(jié)果，近似是Vl和Vu的平均值，即為Vl與Vu的合成風(fēng)Vc（西南風(fēng)）。在高層周圍氣流相對于云運(yùn)動方向應(yīng)為Vu-Vc，而低層為Vl-Vc，即高層為西北風(fēng)，低層為東南風(fēng)。雷暴移動的方向近于與Vc一致，因而在上述風(fēng)切變情況下（風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)），在雷暴前進(jìn)方向右側(cè)低空有輻合，高空有輻散，有利于新的對流單體在右前側(cè)形成，而在右后側(cè)高空輻合，低層輻散，不利于新單體形成。在風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)情況下，在雷暴方向左側(cè)有利于新單體的形成。圖11.2是風(fēng)隨高度也有變化的情況，低層是南風(fēng)，高層是西風(fēng)16圖11.2風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)情況下相對流入和流出氣流的分布風(fēng)向量隨高度變化的情況圖11.2風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)情況下相對流入和流出氣流的分布風(fēng)17雖然垂直切變有利于對流系統(tǒng)的維持，但是否垂直切變越強(qiáng)對風(fēng)暴的發(fā)展和維持越有利呢？對這個問題目前還沒有一致的看法。并不是切變越強(qiáng)對風(fēng)暴發(fā)展越有利，太強(qiáng)的切變會阻礙風(fēng)暴的發(fā)展。至于多大強(qiáng)度的切變對風(fēng)暴的長時間維持有利，這與對流云發(fā)展程度或大氣穩(wěn)定度和云的直徑有關(guān)，對流系統(tǒng)越強(qiáng)烈，垂直切變有利于延長風(fēng)暴生命史的作用越有效。直徑大的風(fēng)暴應(yīng)比小風(fēng)暴更能抵御環(huán)境風(fēng)的切變作用而維持更長的時間。但最近根據(jù)對颮線的數(shù)值試驗研究，強(qiáng)切變使風(fēng)暴維持更長的生命期，有更強(qiáng)更寬的上升運(yùn)動區(qū)，這是由于強(qiáng)切變下系統(tǒng)移動得更快，因而低空暖濕空氣的相對流入更強(qiáng)的緣故。也可能由于在強(qiáng)切變下對流系統(tǒng)本身產(chǎn)生的輻散場更強(qiáng)的緣故。雖然垂直切變有利于對流系統(tǒng)的維持，但是否垂直切變越強(qiáng)對風(fēng)暴的1811.3水汽輻合和濕舌的作用11.3水汽輻合和濕舌的作用19第十一講中小尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的天氣和環(huán)流條件ppt-第十課件20由于低層水汽輻合經(jīng)常可造成一條明顯的濕舌，這在中低層天氣圖分析中常?？吹健裆鄬嶋H上是在對流層下部的一條狹窄的暖濕空氣帶。也是一條高靜力能量舌。在850和700hPa尤其明顯。濕舌與暴雨和強(qiáng)風(fēng)暴天氣有密切的關(guān)系，幾乎大多數(shù)暴雨和強(qiáng)天氣出現(xiàn)時都有濕舌存在。強(qiáng)對流系統(tǒng)常常開始在濕舌的西側(cè)爆發(fā)，以后向南向東傳播。另外濕舌與其北及西北側(cè)干區(qū)組成的強(qiáng)濕度梯度（干線）也是強(qiáng)天氣極易發(fā)生的地區(qū)。觀測也表明，龍卷等強(qiáng)天氣最常在濕度場梯度最大的地區(qū)發(fā)生。由于濕舌的作用在供應(yīng)水汽和建立不穩(wěn)定層結(jié)中的重要作用，所以目前有人把低空濕舌的存在看作是風(fēng)暴發(fā)展的一個必要條件。由于低層水汽輻合經(jīng)常可造成一條明顯的濕舌，這21濕舌的形成一般是用水汽的平流過程來解釋的，在暴雨前期，隨著低空西南或偏南氣流加強(qiáng)，出現(xiàn)明顯的水汽向北輸送，水汽含量增加，結(jié)果使暖濕空氣帶不斷向北伸展。如果其上有逆溫層存在，濕空氣可在其下向北擴(kuò)展，尤其濕低空急流的建立對濕舌的形成和向北發(fā)展起著非常重要的作用。隨著濕舌的建立，濕層的厚度也在迅速增加，并且在更高的層次上形成濕舌，這種情況不能用平流作用解釋，這與大尺度上升運(yùn)動區(qū)和中尺度上升區(qū)有關(guān)。濕舌的形成一般是用水汽的平流過程來解釋的，在暴22濕舌（或高能舌）與北側(cè)或西側(cè)的干區(qū)形成明顯的濕度對比。這種干鋒（有人也叫濕鋒、干線或露點鋒）是強(qiáng)對流的一種觸發(fā)機(jī)制，這表明圍繞著這個干濕區(qū)存在著垂直環(huán)流。上升支在濕空氣區(qū)，下沉支在干區(qū)。這個垂直環(huán)流圈的進(jìn)一步發(fā)展反過來又維持了濕舌。濕舌和干區(qū)的邊界在天氣尺度系統(tǒng)中（如梅雨鋒）存在。另外更多見于熱帶海洋氣團(tuán)或副熱帶海洋氣團(tuán)的西界。在這個地區(qū)常常觀測到非常狹窄的濕度過渡區(qū)。濕舌（或高能舌）與北側(cè)或西側(cè)的干區(qū)形成明顯的濕2311.4環(huán)境干空氣的作用雷暴一般是在干冷的環(huán)境中增長或發(fā)展起來的。這種干冷的空氣通過兩個作用影響雷暴的發(fā)展。一是通過補(bǔ)償?shù)南鲁吝\(yùn)動；一是通過吸入作用。在積云中上升的空氣總量在云外要引起向下的補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量輸送。下沉空氣是按干絕熱下沉壓縮增暖的，這減少了云內(nèi)外的溫差和云空氣的浮力。另外云外的下沉氣流也可產(chǎn)生拖帶作用阻礙云中的垂直加速度。吸入是指從對流云環(huán)境中吸入空氣，并且于云中上升氣流或下沉氣流的飽和空氣相混合，影響云中氣流的熱力特征及垂直動量（垂直運(yùn)動）的過程。云在上升過程中，由于混合有大量云外空氣卷入云內(nèi)，云外的空氣是未飽和干冷空氣。云中空氣通過與云外空氣的顯熱混合和云中水份在吸入空氣內(nèi)蒸發(fā)而變冷，使云內(nèi)外溫差減小，相應(yīng)云中浮力減小，上升氣流的動能減小，云所達(dá)到的高度降低，從而使云的發(fā)展受到影響。11.4環(huán)境干空氣的作用雷暴一般是在干冷的環(huán)境24根據(jù)質(zhì)量連續(xù)方程可以求得吸入率為：D是云柱的直徑；Mf是一給定高度上的質(zhì)量通量。吸入率與云體的直徑成反比，并且半徑小的云體其面積與體積比也比半徑大的云體大，因而越小的云越易受到吸入的影響，而使其發(fā)展受到抑制。這也說明為什么小的積云一般都很快消失（如晴天積云），而不能發(fā)展成為大的積雨云。對于較大的云，由于吸入的影響，云頂高度也只在3～6km，即為氣塊浮力達(dá)最大值的高度，而不能達(dá)到按氣塊理論要求的更高的高度（如12~16km）。這表明吸入作用相當(dāng)于造成某種阻力或摩擦力，與浮力近于相平衡。根據(jù)質(zhì)量連續(xù)方程可以求得吸入率為：根據(jù)質(zhì)量連續(xù)方程可以求得吸入率為：根據(jù)質(zhì)量連續(xù)方程可以求得吸25吸入對雷暴中的下沉氣流也有重要影響。下沉氣流中包含有凝結(jié)的水份，它是按濕絕熱下沉增暖的。從中層吸入的干冷未飽和空氣與此飽和空氣混合后使其中水份蒸發(fā)而造成冷卻，這樣到達(dá)地面的空氣溫度低，成為冷的流出氣流。另一方面，進(jìn)入下沉氣流的環(huán)境空氣具有中層環(huán)境的較高動量，這使下沉氣流能穿過風(fēng)暴向前流動，并與前方暖空氣輻合，由此造成的抬升能不斷使上升氣流再生，延長風(fēng)暴環(huán)流生命期。由上可見，吸入有兩種作用。一方面使上升氣流減弱，積云不能達(dá)到由氣塊理論所給出的高度；另一方面能使下沉氣流變得更冷，增強(qiáng)下沉氣流，以有利于新的云系在前方形成，這兩種作用綜合的結(jié)果是使云體更快的更替。吸入對雷暴中的下沉氣流也有重要影響。下沉氣流中包2611.5地形的作用11.5地形的作用27（2）地形對中小尺度系統(tǒng)的影響。地形在一定的氣流或條件下會生成中小尺度渦旋或切變。當(dāng)這種系統(tǒng)移出或加強(qiáng)時，可以造成暴雨。另外在山區(qū)，在一定氣流條件下常常產(chǎn)生靜止的中尺度輻合區(qū)，當(dāng)有中小尺度系統(tǒng)移到山區(qū)時?？蓪?dǎo)致這些系統(tǒng)有強(qiáng)烈的發(fā)展或組織成強(qiáng)烈的風(fēng)暴，從而造成更嚴(yán)重的天氣（圖11.3）。（3）地形能影響中小尺度內(nèi)的造雨過程。這種作用也叫地形對降水的增幅作用。至于地形對降水的增幅作用的物理過程目前還沒有完全弄清楚。但不論何種天氣形勢下要造成地形雨必須有兩個條件：第一需要有播撒的質(zhì)點。它們可以是在中層增長以后融化的冰粒；也可以是中層小水滴在低層潮濕空氣中的水滴沖并后增長的大水滴。第二是在山區(qū)要有低云存在。這些低云中包含有許多小水滴，它們都是由于擾動氣流的上升部分較弱而沒有足夠時間增長到降水水滴的大?。▓D11.4）。（2）地形對中小尺度系統(tǒng)的影響。地形在一定的氣流或條件下會生28地形的造雨過程有四種類型（1）在山坡上由于地形上升運(yùn)動有低云存在，同時鋒面上的中高云出現(xiàn)在地形性低空層狀云的上空。從上面的云層中落下來的雨滴進(jìn)入低空的云層中時，這些雨滴捕獲了低空云層中的云滴，引起地面降水強(qiáng)度的加大。這種增幅作用對降水的加大并不明顯（圖11.4a）。（2）在山坡上由于地形上升作用形成積雨云，同時有鋒面上的高層云存在。這時候地形的增幅作用很大，可以引起暴雨。從積雨云上部卷云砧中，有冰粒落進(jìn)高層云里面，這種冰粒與高層云里面的云滴（雪粒）性質(zhì)不同，它們的合并過程很強(qiáng)，因而造成強(qiáng)降水（圖11.4b）。地形的造雨過程有四種類型（1）在山坡上由于地形上升運(yùn)動有低云29（3）當(dāng)對流性雨團(tuán)（積雨云）移近山地時，積雨云四周高度比較低的積云變成層狀云，在這種層狀云內(nèi)的水滴很小，不能作為雨滴下降，同時在山地有地形引起的水平輻合場，積雨云在水平輻合場會更加發(fā)展，和雨云的發(fā)展吸引雨層云中的小水滴進(jìn)入積雨云中，與積雨云中的原來的雨滴團(tuán)合并在一起時，增強(qiáng)了膠性不穩(wěn)定過程，造成了水滴相互凝并，成為降水落到地面（圖11.4c）。（4）在山區(qū)附近當(dāng)有兩層位勢不穩(wěn)定層存在時（p1，p2），在山脈上風(fēng)方，由于山脈地形上升運(yùn)動的作用使對流層中的位勢不穩(wěn)定釋放，從對流層中層有降水落下來。在低空迎風(fēng)面上地形上升運(yùn)動形成低云。從上空落下來的雨滴在低層中不斷捕獲小水滴，變成大雨滴降落到地面（圖11.4d）（圖11.5）。（3）當(dāng)對流性雨團(tuán)（積雨云）移近山地時，積雨云四周高度比較低30圖11.3風(fēng)速垂直切變不同分布情況下地形與雷雨的關(guān)系。（a）風(fēng)速垂直切變較強(qiáng)；（b）風(fēng)速垂直切變較弱圖11.3風(fēng)速垂直切變不同分布情況下地形與雷雨的關(guān)系。（31圖11.4四種地形對降水的增幅效應(yīng)（引自Browning與Harrold的工作）圖11.4四種地形對降水的增幅效應(yīng)（引自Browning與32圖11.5地形對降雨的增幅作用——膠性不穩(wěn)定引起的冰晶粒子的播撒作用（武田，2004）圖11.5地形對降雨的增幅作用——膠性不穩(wěn)定引起的冰晶粒子3311.6各種物理條件對強(qiáng)風(fēng)暴發(fā)生發(fā)展的綜合結(jié)果表11.5說明了各種物理條件對強(qiáng)風(fēng)暴發(fā)生發(fā)展的作用，由表可見，水汽、位勢不穩(wěn)定和上升運(yùn)動是強(qiáng)對流系統(tǒng)發(fā)生的基本條件（即水汽條件，能量和觸發(fā)條件）。如果滿足這三個條件可以出現(xiàn)雷暴甚至強(qiáng)雷暴。但這種對流系統(tǒng)生命期是短的。為了使普通的短生命期雷暴轉(zhuǎn)變?yōu)殚L生命期的強(qiáng)風(fēng)暴，需要有強(qiáng)的環(huán)境風(fēng)垂直切變。因而垂直切變可稱為轉(zhuǎn)換條件，為使強(qiáng)風(fēng)暴能夠強(qiáng)烈發(fā)展或增強(qiáng)，還必須處在有利的形勢下或地區(qū)，如高空輻散場下方和有利地形的作用等。這些條件可叫增強(qiáng)條件。如果具備了上述三個條件，就可能出現(xiàn)生命期長的強(qiáng)風(fēng)暴系統(tǒng)，否則只出現(xiàn)生命期短的雷暴或弱雷暴。11.6各種物理條件對強(qiáng)風(fēng)暴發(fā)生發(fā)展的綜合結(jié)果表11.534第十一講中小尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的天氣和環(huán)流條件ppt-第十課件35完參考文獻(xiàn)見原書第五章完參考文獻(xiàn)見原書第五章36演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！37第十一講中小尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的天氣和環(huán)流條件丁一匯國家氣候中心高等天氣學(xué)系列講座單元四：對流和降水天氣系統(tǒng)第十一講中小尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的天氣和環(huán)流條件丁一匯高等天38對流和降水活動是大氣中的主要氣象現(xiàn)象之一，它們是在大尺度條件影響下，主要由中小尺度天氣系統(tǒng)造成的。因而屬于中尺度氣象學(xué)的內(nèi)容。中尺度氣象學(xué)主要是研究25~50km水平尺度的天氣現(xiàn)象和天氣系統(tǒng)（又稱中-系統(tǒng)）。它介于大尺度（或中-尺度，即250~2500km）和小尺度（或中-尺度，即2.5~25km）系統(tǒng)之間。主要是指強(qiáng)風(fēng)暴等有組織的雷暴或?qū)α飨到y(tǒng)。而對于其中個別雷暴積云單體或一些孤立的小雷暴則屬于小尺度天氣系統(tǒng)。中尺度氣象學(xué)還包括其它一些天氣現(xiàn)象或天氣系統(tǒng)的研究，如山脈背風(fēng)波、海陸風(fēng)、鋒面中的中尺度結(jié)構(gòu)，強(qiáng)斜壓區(qū)，高低空急流中的風(fēng)速中心，熱島效應(yīng)和嚴(yán)重空氣污染區(qū)等。這些問題也很重要，近年來日益引起人們的注意。本章只討論與降水和對流有關(guān)的中尺度天氣現(xiàn)象和天氣系統(tǒng)。對流和降水活動是大氣中的主要氣象現(xiàn)象之一，它們是在大尺度條件39中小尺度對流系統(tǒng)與其環(huán)境條件有密切的關(guān)系。大尺度環(huán)境條件不但制約了對流系統(tǒng)的種類與演變過程；而且還可影響對流系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、運(yùn)動和組織程度。例如，一般的氣團(tuán)雷暴是發(fā)生在比較少變的天氣形勢和弱的風(fēng)垂直切變，各層水汽含量較大的濕潤環(huán)境中。而強(qiáng)風(fēng)暴（如颮線）則是出現(xiàn)在強(qiáng)的風(fēng)垂直切變，對流層中層干、下層濕潤的環(huán)境中。其結(jié)果是內(nèi)部氣流的結(jié)構(gòu)，對流的強(qiáng)度和傳播情況等都有很大的差別。因而大尺度環(huán)境條件對中尺度對流系統(tǒng)起著明顯的制約作用。在這種情況下，有組織的對流系統(tǒng)在大尺度環(huán)境中不是隨機(jī)發(fā)生和分布的，而是發(fā)生在一定的地區(qū)和時間內(nèi)。中小尺度對流系統(tǒng)與其環(huán)境條件有密切的關(guān)系。大尺度環(huán)境條件不但4011.1大尺度和中尺度條件的概述關(guān)于強(qiáng)對流系統(tǒng)發(fā)生的大尺度天氣學(xué)條件人們已歸納很多。早在40年代中期就提出了雷暴發(fā)生的三要素，即豐富的水汽，條件不穩(wěn)定層結(jié)和抬升氣塊到凝結(jié)高度的啟動機(jī)制。但這只是一般雷暴發(fā)生的條件。以后在大量研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步歸納出強(qiáng)風(fēng)暴系統(tǒng)發(fā)生的天氣條件，這可包括：（1）位勢不穩(wěn)定層結(jié)，并常有逆溫層存在；（2）低層有濕舌或強(qiáng)水汽輻合；（3）有使不穩(wěn)定釋放的機(jī)制（如低空輻合區(qū)、重力波、密度流、地形等）；（4）常有低空急流存在；（5）強(qiáng)的風(fēng)垂直切變；（6）中層有干冷空氣等。上述條件都只是必要條件，即在強(qiáng)風(fēng)暴發(fā)生發(fā)展時往往可以看到這種情況。因而在作預(yù)報時，即使出現(xiàn)這些條件強(qiáng)風(fēng)暴也不一定發(fā)生。11.1大尺度和中尺度條件的概述關(guān)于強(qiáng)對流系統(tǒng)發(fā)生的大尺度41目前在大尺度條件上，雖然有了較多的了解，但對大尺度條件與中尺度風(fēng)暴的發(fā)展在物理上究竟有什么聯(lián)系還不十分清楚，對于兩者之間的因果關(guān)系還沒有完全弄清楚。例如在強(qiáng)風(fēng)暴低層出現(xiàn)的輻合區(qū)和風(fēng)暴上空出現(xiàn)的強(qiáng)風(fēng)速區(qū)有時認(rèn)為是對流活動的結(jié)果，有時認(rèn)為是強(qiáng)對流發(fā)生發(fā)展的原因。目前在大尺度條件上，雖然有了較多的了解，但對大42近十幾年來，對強(qiáng)對流天氣有重要作用的中尺度過程研究取得了明顯的進(jìn)展。最近Johnson與Mapes對強(qiáng)天氣發(fā)生的中尺度前提條件與觸發(fā)過程進(jìn)行了總結(jié)。由表11.1，11.2，11.3可見，許多中尺度過程與強(qiáng)天氣有密切關(guān)系，從前期的環(huán)境條件到觸發(fā)因子以及對流對環(huán)境的反饋作用都涉及到中尺度過程，也就是說，大尺度流場主要是建立有利于強(qiáng)天氣的環(huán)境條件，而中尺度過程則直接啟動強(qiáng)對流系統(tǒng)，影響它們的演變并通過反饋過程可進(jìn)一步影響風(fēng)暴所處的環(huán)境。但應(yīng)該指出，強(qiáng)風(fēng)暴系統(tǒng)與大尺度條件之間的關(guān)系在風(fēng)暴發(fā)展的不同階段其相互依賴和相互作用的程度是不同的。在風(fēng)暴發(fā)生和初期發(fā)展時期，主要決定于大尺度環(huán)境的作用。但是一旦強(qiáng)風(fēng)暴組織起來后，對流風(fēng)暴發(fā)展到很高的能量密度時，大尺度環(huán)境條件不但失去了對其制約作用，反而會受到對流風(fēng)暴的影響。近十幾年來，對強(qiáng)對流天氣有重要作用的中尺度過程研究取得了明顯43表11.1強(qiáng)天氣發(fā)生的中尺度前提條件（Johnson與Mapes，2003）局地條件平流條件動力條件邊界過程混合層高度增加濕層高度增加沿干線的輻合夜間逆溫，低空急流形成平流差異產(chǎn)生逆溫失穩(wěn)形成深厚干PBL（導(dǎo)致下?lián)舯┝鳎┐渭壄h(huán)流地轉(zhuǎn)調(diào)整急流地形作用產(chǎn)生輻合區(qū)發(fā)展坡風(fēng)風(fēng)矢端跡改變輻合線鋒面干線海/陸/湖風(fēng)山谷風(fēng)重力流、重力波冷空氣抬升局地減少條件不穩(wěn)定改變垂直切變地表作用蒸發(fā)、加熱地表不連續(xù)性—土壤濕度—粗糙度水汽平流增加CAPE，降低LFC局地積云增溫中尺度不穩(wěn)定邊界層過程水平對流滾軸云慣性振蕩（低空急流）表11.1強(qiáng)天氣發(fā)生的中尺度前提條件（Johnson與M44表11.2強(qiáng)天氣的中尺度觸發(fā)過程（Johnson與Mapes，2003）局地條件平流條件動力條件邊界層環(huán)流熱泡（熱對流）輻合線冷鋒陣風(fēng)鋒海風(fēng)、湖風(fēng)干線重力流、重力波邊界層水平對流滾軸云地形作用地形抬升熱力強(qiáng)迫障礙作用邊界交叉點三交點鋒面相遇海風(fēng)地表作用感熱/潛熱通量不連續(xù)性表11.2強(qiáng)天氣的中尺度觸發(fā)過程（Johnson與Ma45表11.3產(chǎn)生風(fēng)暴的中尺度作用（Johnson與Mapes，2003）局地條件平流條件動力條件輻射微物理下降氣流，冷空氣堆產(chǎn)生微尺度暴流產(chǎn)生產(chǎn)生融化的中層輻合閃電產(chǎn)生粒子平流下落和相變下降氣流產(chǎn)生逆尺度增長重力流，重力波影響單體/MCS增長影響臨近對流冷空氣堆過程單體生成MCS演變中尺度氣壓場浮力作用動力作用（風(fēng)暴分裂，傳播）動量輸送/坡風(fēng)強(qiáng)地面風(fēng)斜壓渦度產(chǎn)生陣風(fēng)鋒的水平渦度渦旋傾斜/伸長垂直渦度產(chǎn)生（超級單體，MCS中渦旋）渦旋崩潰中氣旋龍卷表11.3產(chǎn)生風(fēng)暴的中尺度作用（Johnson與Map4611.2風(fēng)垂直切變的作用在1940年代，一般認(rèn)為風(fēng)垂直切變阻礙雷暴或積雨云發(fā)展的，因為在切變作用下垂直發(fā)展的云向下風(fēng)方傾斜，而不能直立。在這種情況下由于對流上升的路徑加長，環(huán)境空氣混合入對流空氣的作用增強(qiáng)。另外相繼的對流空氣不容易走相同的路徑以形成有利于以后對流上升的環(huán)境。因而通過這些作用使對流受到抑制。這種看法曾由一些云的觀測和雷達(dá)回波觀測所證實，所以風(fēng)垂直切變當(dāng)時被看作是對積云的一種“破壞力”，從理論上也得到類似的結(jié)果。郭曉嵐根據(jù)線性理論研究了迭加在層結(jié)流體中切變氣流上的擾動特征，也指出垂直切變對雷暴有抑制作用。淺井通過數(shù)值試驗得到，在平行于具有切變的風(fēng)的垂直剖面中，對流發(fā)展會受到抑制。Kuettner把“云街”的成因歸于風(fēng)的垂直剖面的曲率對對流的產(chǎn)生造成動力阻礙作用的結(jié)果。11.2風(fēng)垂直切變的作用在1940年代，一般認(rèn)為風(fēng)垂直切變471950年代以后的觀測結(jié)果表明，有些大雷暴或強(qiáng)雨暴在強(qiáng)垂直切變或高空急流存在的環(huán)境下發(fā)展，并能直立維持相當(dāng)長的時間（幾小時）。這表明垂直切變對積云或小積雨云和對強(qiáng)對流系統(tǒng)的影響是不同的。對于強(qiáng)風(fēng)暴垂直切變不但不是阻礙發(fā)展的因子，而且是增強(qiáng)風(fēng)暴的因子。Newton第一次說明了環(huán)境風(fēng)垂直切變與強(qiáng)雷暴的相互作用，指出通過這種相互作用可以增強(qiáng)或延長雷暴的生命期。在出現(xiàn)強(qiáng)熱力不穩(wěn)定的層結(jié)下，風(fēng)的垂直切變是有助于雷暴組織成持續(xù)性的強(qiáng)雷暴。風(fēng)的垂直切變是區(qū)別強(qiáng)風(fēng)暴動力學(xué)與積云動力學(xué)的基本條件之一。1950年代以后的觀測結(jié)果表明，有些大雷暴或強(qiáng)雨暴在強(qiáng)垂直切48表10.4不同類型風(fēng)暴的環(huán)境風(fēng)垂直切變值風(fēng)暴類型切變值（云底到云頂），單位：10-3s-1多單體風(fēng)暴超級單體強(qiáng)切變風(fēng)暴（颮線、雹暴等）1.5~2.52.5~4.54.5~8.0表10.4不同類型風(fēng)暴的環(huán)境風(fēng)垂直切變值切變值（云底到云頂49關(guān)于垂直切變對風(fēng)暴的影響有兩個方面的問題：一是通過什么物理過程垂直切變影響風(fēng)暴的發(fā)展和傳播？二是是否垂直切變越強(qiáng)對風(fēng)暴系統(tǒng)的發(fā)展和維持越有利？一般風(fēng)的垂直切變對強(qiáng)風(fēng)暴有四個方面的作用：（1）在切變環(huán)境中使上升氣流傾斜，這使上升氣流中形成的降水質(zhì)點能夠脫離出上升氣流，而不致會因拖帶作用減弱上升氣流的浮力；（2）可以增強(qiáng)中層干冷空氣的吸入，加強(qiáng)風(fēng)暴中的下沉氣流和低層冷空氣外流。以后通過強(qiáng)迫抬升使流入的暖濕空氣更強(qiáng)烈的上升，從而加強(qiáng)對流；（3）造成一定的散度分布，有利于風(fēng)暴在順切變處不斷再生，使雷暴向前傳播；（4）能產(chǎn)生流體動力學(xué)壓力。在風(fēng)暴右側(cè)有利于新的對流單體增長。關(guān)于垂直切變對風(fēng)暴的影響有兩個方面的問題：一是通過什么物理過50垂直切變對雷暴散度場的影響風(fēng)速隨高度改變而風(fēng)向不變情況：云中由于有強(qiáng)的亂流活動使上下層動量混合，造成在垂直方向切變消失，成為較均勻的風(fēng)分布。因而在云的前部低空有輻合，高空有輻散，產(chǎn)生上升運(yùn)動，有利于新雷暴單體出現(xiàn)，而在云的后部則相反，使風(fēng)暴減弱，這種過程使風(fēng)暴不斷向前傳播（圖11.1）。垂直切變對雷暴散度場的影響風(fēng)速隨高度改變而風(fēng)向不變情況：51圖11.1風(fēng)速隨高度改變時雷暴附近輻散輻合的分布圖11.1風(fēng)速隨高度改變時雷暴附近輻散輻合的分布52圖11.2是風(fēng)隨高度也有變化的情況，低層是南風(fēng)，高層是西風(fēng)。Vl、Vu分別表示低層和高層環(huán)境風(fēng)向量。在云內(nèi)由于上下動量混合的結(jié)果，近似是Vl和Vu的平均值，即為Vl與Vu的合成風(fēng)Vc（西南風(fēng)）。在高層周圍氣流相對于云運(yùn)動方向應(yīng)為Vu-Vc，而低層為Vl-Vc，即高層為西北風(fēng)，低層為東南風(fēng)。雷暴移動的方向近于與Vc一致，因而在上述風(fēng)切變情況下（風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)），在雷暴前進(jìn)方向右側(cè)低空有輻合，高空有輻散，有利于新的對流單體在右前側(cè)形成，而在右后側(cè)高空輻合，低層輻散，不利于新單體形成。在風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)情況下，在雷暴方向左側(cè)有利于新單體的形成。圖11.2是風(fēng)隨高度也有變化的情況，低層是南風(fēng)，高層是西風(fēng)53圖11.2風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)情況下相對流入和流出氣流的分布風(fēng)向量隨高度變化的情況圖11.2風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)情況下相對流入和流出氣流的分布風(fēng)54雖然垂直切變有利于對流系統(tǒng)的維持，但是否垂直切變越強(qiáng)對風(fēng)暴的發(fā)展和維持越有利呢？對這個問題目前還沒有一致的看法。并不是切變越強(qiáng)對風(fēng)暴發(fā)展越有利，太強(qiáng)的切變會阻礙風(fēng)暴的發(fā)展。至于多大強(qiáng)度的切變對風(fēng)暴的長時間維持有利，這與對流云發(fā)展程度或大氣穩(wěn)定度和云的直徑有關(guān)，對流系統(tǒng)越強(qiáng)烈，垂直切變有利于延長風(fēng)暴生命史的作用越有效。直徑大的風(fēng)暴應(yīng)比小風(fēng)暴更能抵御環(huán)境風(fēng)的切變作用而維持更長的時間。但最近根據(jù)對颮線的數(shù)值試驗研究，強(qiáng)切變使風(fēng)暴維持更長的生命期，有更強(qiáng)更寬的上升運(yùn)動區(qū)，這是由于強(qiáng)切變下系統(tǒng)移動得更快，因而低空暖濕空氣的相對流入更強(qiáng)的緣故。也可能由于在強(qiáng)切變下對流系統(tǒng)本身產(chǎn)生的輻散場更強(qiáng)的緣故。雖然垂直切變有利于對流系統(tǒng)的維持，但是否垂直切變越強(qiáng)對風(fēng)暴的5511.3水汽輻合和濕舌的作用11.3水汽輻合和濕舌的作用56第十一講中小尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的天氣和環(huán)流條件ppt-第十課件57由于低層水汽輻合經(jīng)?？稍斐梢粭l明顯的濕舌，這在中低層天氣圖分析中常常看到。濕舌實際上是在對流層下部的一條狹窄的暖濕空氣帶。也是一條高靜力能量舌。在850和700hPa尤其明顯。濕舌與暴雨和強(qiáng)風(fēng)暴天氣有密切的關(guān)系，幾乎大多數(shù)暴雨和強(qiáng)天氣出現(xiàn)時都有濕舌存在。強(qiáng)對流系統(tǒng)常常開始在濕舌的西側(cè)爆發(fā)，以后向南向東傳播。另外濕舌與其北及西北側(cè)干區(qū)組成的強(qiáng)濕度梯度（干線）也是強(qiáng)天氣極易發(fā)生的地區(qū)。觀測也表明，龍卷等強(qiáng)天氣最常在濕度場梯度最大的地區(qū)發(fā)生。由于濕舌的作用在供應(yīng)水汽和建立不穩(wěn)定層結(jié)中的重要作用，所以目前有人把低空濕舌的存在看作是風(fēng)暴發(fā)展的一個必要條件。由于低層水汽輻合經(jīng)?？稍斐梢粭l明顯的濕舌，這58濕舌的形成一般是用水汽的平流過程來解釋的，在暴雨前期，隨著低空西南或偏南氣流加強(qiáng)，出現(xiàn)明顯的水汽向北輸送，水汽含量增加，結(jié)果使暖濕空氣帶不斷向北伸展。如果其上有逆溫層存在，濕空氣可在其下向北擴(kuò)展，尤其濕低空急流的建立對濕舌的形成和向北發(fā)展起著非常重要的作用。隨著濕舌的建立，濕層的厚度也在迅速增加，并且在更高的層次上形成濕舌，這種情況不能用平流作用解釋，這與大尺度上升運(yùn)動區(qū)和中尺度上升區(qū)有關(guān)。濕舌的形成一般是用水汽的平流過程來解釋的，在暴59濕舌（或高能舌）與北側(cè)或西側(cè)的干區(qū)形成明顯的濕度對比。這種干鋒（有人也叫濕鋒、干線或露點鋒）是強(qiáng)對流的一種觸發(fā)機(jī)制，這表明圍繞著這個干濕區(qū)存在著垂直環(huán)流。上升支在濕空氣區(qū)，下沉支在干區(qū)。這個垂直環(huán)流圈的進(jìn)一步發(fā)展反過來又維持了濕舌。濕舌和干區(qū)的邊界在天氣尺度系統(tǒng)中（如梅雨鋒）存在。另外更多見于熱帶海洋氣團(tuán)或副熱帶海洋氣團(tuán)的西界。在這個地區(qū)常常觀測到非常狹窄的濕度過渡區(qū)。濕舌（或高能舌）與北側(cè)或西側(cè)的干區(qū)形成明顯的濕6011.4環(huán)境干空氣的作用雷暴一般是在干冷的環(huán)境中增長或發(fā)展起來的。這種干冷的空氣通過兩個作用影響雷暴的發(fā)展。一是通過補(bǔ)償?shù)南鲁吝\(yùn)動；一是通過吸入作用。在積云中上升的空氣總量在云外要引起向下的補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量輸送。下沉空氣是按干絕熱下沉壓縮增暖的，這減少了云內(nèi)外的溫差和云空氣的浮力。另外云外的下沉氣流也可產(chǎn)生拖帶作用阻礙云中的垂直加速度。吸入是指從對流云環(huán)境中吸入空氣，并且于云中上升氣流或下沉氣流的飽和空氣相混合，影響云中氣流的熱力特征及垂直動量（垂直運(yùn)動）的過程。云在上升過程中，由于混合有大量云外空氣卷入云內(nèi)，云外的空氣是未飽和干冷空氣。云中空氣通過與云外空氣的顯熱混合和云中水份在吸入空氣內(nèi)蒸發(fā)而變冷，使云內(nèi)外溫差減小，相應(yīng)云中浮力減小，上升氣流的動能減小，云所達(dá)到的高度降低，從而使云的發(fā)展受到影響。11.4環(huán)境干空氣的作用雷暴一般是在干冷的環(huán)境61根據(jù)質(zhì)量連續(xù)方程可以求得吸入率為：D是云柱的直徑；Mf是一給定高度上的質(zhì)量通量。吸入率與云體的直徑成反比，并且半徑小的云體其面積與體積比也比半徑大的云體大，因而越小的云越易受到吸入的影響，而使其發(fā)展受到抑制。這也說明為什么小的積云一般都很快消失（如晴天積云），而不能發(fā)展成為大的積雨云。對于較大的云，由于吸入的影響，云頂高度也只在3～6km，即為氣塊浮力達(dá)最大值的高度，而不能達(dá)到按氣塊理論要求的更高的高度（如12~16km）。這表明吸入作用相當(dāng)于造成某種阻力或摩擦力，與浮力近于相平衡。根據(jù)質(zhì)量連續(xù)方程可以求得吸入率為：根據(jù)質(zhì)量連續(xù)方程可以求得吸入率為：根據(jù)質(zhì)量連續(xù)方程可以求得吸62吸入對雷暴中的下沉氣流也有重要影響。下沉氣流中包含有凝結(jié)的水份，它是按濕絕熱下沉增暖的。從中層吸入的干冷未飽和空氣與此飽和空氣混合后使其中水份蒸發(fā)而造成冷卻，這樣到達(dá)地面的空氣溫度低，成為冷的流出氣流。另一方面，進(jìn)入下沉氣流的環(huán)境空氣具有中層環(huán)境的較高動量，這使下沉氣流能穿過風(fēng)暴向前流動，并與前方暖空氣輻合，由此造成的抬升能不斷使上升氣流再生，延長風(fēng)暴環(huán)流生命期。由上可見，吸入有兩種作用。一方面使上升氣流減弱，積云不能達(dá)到由氣塊理論所給出的高度；另一方面能使下沉氣流變得更冷，增強(qiáng)下沉氣流，以有利于新的云系在前方形成，這兩種作用綜合的結(jié)果是使云體更快的更替。吸入對雷暴中的下沉氣流也有重要影響。下沉氣流中包6311.5地形的作用11.5地形的作用64（2）地形對中小尺度系統(tǒng)的影響。地形在一定的氣流或條件下會生成中小尺度渦旋或切變。當(dāng)這種系統(tǒng)移出或加強(qiáng)時