中小尺度天气动力学
第一章 中尺度天气系统的特征
2、 划分依据及分类：
1） 早期的经验分类 天气系统 ——大尺度、中尺度和小尺度 空间尺度分别为： 106m、 105m 和 104m 时间尺度对应为： 105s、104s 和 103s
2） 依据物理本质对天气系统进行分类（动力学分类方法） 行星尺度、气旋尺度、中尺度、积云尺度、小尺度
3） Orlanski 的综合分类（观测与理论分类） 大尺度（a 3） 中尺度（a、伙Y 小尺度
3、 中尺度大气运动的基本特征
1） 空间尺度范围广，生命周期跨度大；
2） 气象要素梯度大；
3） 散度、涡度与垂直速度；
4） 非地转平衡和非静力平衡；
5） 质量场和风场的适应；
6） 小概率和频谱宽、大振幅事件
第二章 地形性中尺度环流
1、 中尺度大气环流系统的分类：地形性环流系统、自由大气环流系统
2、 地形波的基本类型 主要依赖风的不同类型
（ 2）驻涡气流： 在山顶高度以上风速较大时，可能在山脉背风坡形成半永久性的涡动，上面 则有气流的平滑浅波 ——驻涡（ standing eddy）
（ 3）波动气流
当风速随高度增大时，在背风坡出现波动气流 一一背风波（lee wave）。背风
波可以伸展到对流层上层和平流层。
（ 4）转子气流：
在背风波出现时， 当垂直方向有风速极大值出现时， 则会形成转子气流 （ rotor streaming）。
驻涡和转子是背风波的特殊形式！
3、背风波的形成、特征及大气条件 背风波是地形波的一种类型，由于障碍物引起空气垂直振荡而造成的。
特征：波长：1.8〜70km之间，多为5〜20km左右。波长一般随高度而变，高层较 长，低层较短。 随风速而变，风速愈大，波长愈大。
波幅：指流线的峰、谷之间的距离。背风波的波幅可在几 百米至2km之间。
一般在0.3~0.5 km。与波长无一 定联系。当波长与山脉形状一致时，振幅最大。
垂直速度：一般为 2~6 m/s，最大可达15 m/s。波长为13km的背风波的垂 直速度最大。
第三章自由大气非对流性中尺度环流
1、 重力波的定义、分类、基本特征、发生的天气条件、对天气的影响
定义： 重力波是因静力稳定大气受到扰动而产生的惯性振荡的传播，属于横波（质点扰
动方向与波的传播方向垂直）。
分类：
重力外波 由外部条件作用下存在的重力波；
重力内波 当外部条件被限制时，存在于流体内部的重力波 ；
惯性重力内波一一考虑地球自转的影响
基本特征：在大气中经常发生重力波 （或重力惯性波），它的频谱很广，周期、波长、移速
差别很大，从周期 10分钟，气压振幅只 100微巴的高频波，到周期为几十小 时，或者气压振幅达几毫巴的大振幅波。
产生的天气条件：
稳定层（或逆温层）；
具有明显的风速垂直风切变；
通常而言，Ri<0.5，Ri越小重力波振幅越大。
重力波的作用
1可触发对流
2可引起晴空湍流 （CAT， clear air turblenee）
3高低空能量传输
4不同尺度之间能量交换
2、 风速垂直切变与重力波发生发展的关系
在基本气流随高度变化，即 ①=0的环境中，扰动会受到风速垂直切变的显著影
响，风速垂直切变愈强，影响愈大。、
3、 锋与锋生
锋一一通常指具有强大水平温度梯度和较大静力稳定性以及较大气旋性涡度的狭长地
带。长度约为1000 km，宽度约为100 km。锋长度属于中尺度系统的范围。
锋生、锋消：
锋的形成（加强）——锋生
锋的消亡（减弱）一一锋消
4、 中尺度高空急流
急流：一条强而窄的准水平的气流带。
低空急流：700 hPa左右的急流
高空急流：一般指对流层上部的急流。具体强度标准 一般是规定急流中心最大风速
在对流层的上部必须大于或等于 30 m/s，风速水平切变量级为每 100 km
为5m/s，垂直切变量级为每千米 向南方5〜10 m/s 。
第四章：中尺度对流系统
1、定义：中尺度对流系统（ MCS泛指水平尺度为 10-2000km左右的具有旺盛对流运动的 天气系统。
2、分类：
按天气现象分类： 暴雨、暴雹、飑线
按系统结构分类 :
孤立对流系统；带状对流系统；
中尺度对流复合体（ MCC）
按运动状态分类 : 移动性、静止性和准静止性对流系统
3、孤立对流系统有三种基本类型： 普通单体雷暴、多单体风暴与超级单体风暴。
普通单体雷暴：
通常将一个强上升区（垂直速度 >=10m/s，水平范围十至数十千米，垂直伸展几乎
达到整个对流层）称为一个对流单体。伴有强烈放电现象的对流系统称为雷暴；只有 一个对流单体构成的雷暴系统叫做单体雷暴，亦即普通单体雷暴。
单体雷暴的发展经历塔状积云、成熟、消散三个阶段。 每个阶段的主要特征的差异主要表现在云内的垂直气流、温度和物态等几个方面。 雷暴系统一般随最低 5-8km 高度的环境平均风移动。伴随有阵风、阵雨、小雹等 强天气现象，时间一般比较短暂。
多单体雷暴：
多单体雷暴（ muti-cell storm ）是由一些处于不同发展阶段的生命期短暂的对流 单体组成，是具有统一环流的雷暴系统。
通常在风暴移动方向上辐合最强，从而促使沿阵风锋附近新的上升气流发展。然 后每个新生对流单体又经历其自身的发展过程。
多单体风暴中的单体呈现有组织的状态， 这与新单体仅出现在一定的方向上有关， 否则，便会呈现无组织的形态。
在多单体风暴中，个别单体的传播可能有三种不同方式：
1）个别单体向平均风左侧传播；
2）个别单体向平均风右侧传播；
3）个别单体随环境风移动。
超级单体风暴
超级单体风暴（ super-cell storm ）是指直径达 20~40km 以上，生命期达数小 时以上，即比普通的成熟单体雷暴更巨大、更持久、天气更猛烈的单体强雷暴系统。
它具有近于稳定的、高度有组织的内部环流（图 4.11 ）。并且连续地向前传播 可达数百公里。
超级单体的雷达观测：
1）在RHI（距离-高度显示器）上有穹窿（无或弱回波区）、前悬回波和回波墙等特征；
2）在PPI （平面位置显示器）上有“钩”状回波（图 4.12）
龙卷风暴
产生龙卷的强风暴系统称为龙卷风暴（ tornadic storm ），它的风暴云十分高大 并有明显的旋转性，通常是一种超级单体风暴。
下击暴流 对流风暴发展成熟时，会产生很强的冷性下沉气流，到达地面时便形成风速达
17.9m/s （~8 级）以上的灾害性大风。 Fujita 等将这种局地强烈下沉外流气流称为下 击暴流（ downburst ）。
下击暴流的雷达回波通常显示为钩状回波和弓状回波。 下击暴流一般产生在中等到强垂直风切变的环境条件下。 产生下击暴流的对流风暴的种类较多，尺度变化较大。
第五章 中尺度带状对流系统
1、概念：带状对流系统指由对流单体侧向排列而成的中尺度对流系统。
2、分类：常见的带状对流系统有飑线（温带飑线、热带飑线） 、锋面中尺度雨带和台风附
近的中尺度雨带等类型。
3、飑线：一种带 （或线 ）状中尺度系统是非锋面性狭窄的活跃的雷暴带 （或不稳定线） ；其中
有许多雷暴单体（其中包括若干超级单体）侧向排列而形成的，是风向、风速气压、温度 等突变的狭窄强对流云带；为破坏力的严重灾害性天气。
4、飑中系统：指飑锋（飑线） 、飑线前低压、雷暴高压、尾流低压。一般在成熟阶段才同 时出现。
5、中尺度飑线的分类及其特征
1） 具有前导对流线和尾随层状云区以及具有由前向后和由后向前两支入流的飑线 飑线的前方有一支由前向后的入流迎着飑锋上升，到高层分裂成向前和向后的两 支气流，其后部中层则另有一支由后向前的入流。在由前向后的气流中，由于老单体 衰亡，形成宽广的尾随层状云区。由于在高层不断有冰质点从对流区向后飞落到尾随 层状云区中，加上在尾随层状云区中包含着次级环流造成的上升运动，因此在尾随层 状云区下方仍有明显降水。
2） 后部建立型飑线 这类飑线经常发生在西风带高空槽前，是中纬度最典型的飑线。它们通
常由多单 体风暴和超级单体风暴组成。这类飑线的南端由于风的垂直切变形势有利于新对流的 发展，因而使飑线不断伸长；而在飑线的北端，各单体不断衰亡，衍变成层状云，并 沿高空风向东北方向延伸而形成大片砧云。
这种飑线的特点是砧状云伸向飑线前方，而在飑线后方没有层状降水区。 中层上升气流的逆切变倾斜，低层暖湿空气入流和中层干冷空气入侵以及飑线后 方低湿球位温的下沉气流等。
6、热带飑线 热带飑线是由排列成带的成熟积雨云（对流区）和层状云组成的。在对流云带前方不 断有新对流云生成，而在对流云带后方，老的对流云消亡，形成宽阔的尾随层状云区。
飑线前方低层有高温、高湿空气流入飑线对流云区，云顶可高达 16 一 17km。尾随层状
云区前范围可达 200km以上。
与中纬度飑线的区别为：不存在引导层；最强对流回波出现在对流层的下层。
7、大气中飑线的触发机制：
1高空槽后型
2高空槽前型
3“阶梯”槽型
第六章锋面气旋及台风附近的中尺度雨带
1、暖输送带
定义：在槽前辐合区的边界上通常可以看到一支狭长的云带。这是由来低纬度低空对 流边界层的暖空气在其逐渐向北、向上运行，升入到对流层中、高层时所形成的。由于这 支狭窄的气流具有朝极地方向和朝上输送大量热量以及水汽和动量的作用，所以称为“暖 输送带（WCB”。
暖输送带一般具有下述持征：
1） 它的位置一般处在冷锋前头，然后上升到地面暖锋上面。西边界清楚，东边界 不太清楚；
2） 暖输送带经常与一条低空急流相对应；
3） 暖输送带通常几千千米长，属于一种天气尺度系统。
2、 冷输送带（CCB）:
定义：它起源于气旋东北部的高压的外围，是一支反气旋式的低空入流。其作用：将把 北方冷空气气向南方输送。
3、 锋面附近的中尺度雨带的类型及划分依据
中尺度雨带粗略可分为三类： U型、L型和D型。
出现在对流层中上层的浅层对流称为 U型，出现在对流层低层的浅层对流称为 L型
而直展深层的对流则称为 D型。
这三类雨带还可以进一步细分类。其中 U型可细分为暖锋雨带、锋前冷涌雨带和冷
锋雨带。L型可细分为窄的冷锋雨带和暖区小雨带 （横向和纵向雨带），D型可细分为暖
区雨带和锋后雨带。
4、 暖锋雨带的云物理成因： 在暖锋上的浅层对流云中冰质点不断生长和落出。他们落进 在对流云下面的层状云中，通过聚集而生长，并促进层状云滴冻结，造成较大的冰质点密
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