天气过程

某种天气及相应的天气系统发展的演变过程

天气过程（weather process）是指某种天气及其相应的天气系统发生发展的演变过程，是天气分析和天气预报需考虑的重要步骤。例如，梅雨天气过程一般包括天气气候背景，环流形势，天气特点，重要天气系统生、消、演变及其机制，梅雨（开始、结束、间断过程）的预报等。正确分析天气过程是做好梅雨预报的关键。此外，还有台风、雷雨、暴雨、寒潮、大风天气过程等。

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-Td

（2）强烈的上升气流

大尺度天气系统的作用并不是直接造成暴雨的原因，因为垂直速度很小，只有几厘米/秒，在水汽充沛的条件下，造成的降水只有1-2mm/小时或24-48毫米/天，最多达到中-大雨，而达不到暴雨。天气系统在暴雨形成中的作用是制约造成暴雨的中尺度系统的活动和造成水汽的集中。

①大气与降水有关的垂直上升运动大致可分类如下：锋面抬升作用引起的大范围斜压性上升运动；低层辐合、高层辐散引起的大范围动力性上升运动。

包括锋面、气旋、低涡、切变线、高空槽等西风带低值天气系统，也包括台风、ITCZ、东风波等热带天气系统，还包括低空急流、气流汇合带等流场系统以及热带云团等系统。

②中尺度系统引起的强烈上升运动

包括飑线、重力波、中尺度对流辐合体（MCC）、中尺度辐合线等，这种中尺度系统是直接造成局地大暴雨和烈性风暴的主要原因。

③小尺度局地对流活动引起的上升运动：地形引起的上升运动。

（3）持久的作用时间

两种含义：降雨天气系统移动缓慢甚至停滞不动;多次重复出现降雨天气系统。

1954年6-7月一个月内有11次西风槽-气旋波发展东移出海，每次造成长江流域大范围暴雨。

（4）有利的地形

①地形的强迫抬升；

②地形的辐合和阻塞作用 l喇叭口地形；

③地形还可起到触发作用；

④抬升运动或背风波促使潜在不稳定能量释放，激发重力波、中尺度扰动。

特大暴雨

在特定的天气形势下，当天气尺度系统移动缓慢或停滞，很容易形成特大暴雨。我国的特大暴雨和连续暴雨除由单纯的热带天气系统引起的以外，多发生在夏季副高北部的副热带锋区上，并与两类稳定的长波流型：稳定纬向型和稳定经向型密切相关。在稳定的大形势背景下，短波槽、低涡、气旋等天气尺度系统的活动，造成一次次的短期暴雨过程，而在一定的天气尺度系统的背景下，许多的中、小尺度系统发生、发展造成一次次的短时暴雨过程，行星尺度、天气尺度和中小尺度系统的共同作用便造成了持续性暴雨过程。

中国主要暴雨带

1、华南前汛期暴雨

华南指武夷山--南岭以南的广西、广东、福建、台湾和海南五省，属热带季风气候区，是我国年平均温度最高、雨量最充沛的区域。

（1）4-6月为华南前汛期：是西风带环流系统与热带季风环流系统相互作用的降水；

冬季12-3月：濛雨天气，雨量不大；

4月：濛雨天气与雨季交替出现，降水加大；

5月中：夏季风推进到华南，暴雨增多，华南前汛期开始；

7月后：后汛期，台风汛期（台风、ITCZ等热带系统造成的降水）；

年雨量：1500-2000mm以上，4-6月占40-50%；年均19次暴雨；

特点：年平均雨量最大，暴雨次数最多，雨季最长。

（2）背景环流特征

基本上处于从春到夏逐渐演变的冬半年的环流形势下，处于东亚环流6月突变之前。

冬季环流特征：中高层对流层西风带伸展较南，冷空气不时到达华南以致南海北部，南支西风仍然活跃，高层南亚高压尚未跃上青藏高原，副热带高压也尚未进入我国大陆，印度西南季风还未爆发。

（3）中高纬环流形势：500hPa环流分为三种类型：

两脊-槽型：贝湖槽，乌山以东及亚洲东部脊，南支槽、副高稳定，经向度大；

两槽-脊型：中纬度较平直，副高稳定，西南季风活跃，西南低空急流

多波型：中高纬均纬向型，多波状，移动性低槽与南支槽活动均频繁

华南前汛期500HPA环流型—两脊一槽型

（4）典型华南前汛期环流特征：

副热带高空西风急流北跳稳定在30N以北，副高脊稳定在18N附近或其以南地区，华南上空为平直西风带，孟加拉湾低槽建立，南海偏南季风建立，低层常存在南北两条低空急流，在这种形势下，北方不断有冷空气南下与活跃的东亚季风气流交绥于华南地区，与此同时，南亚高压进入中南半岛，使得华南高空维持辐散的西北气流，为前汛期暴雨提供了有利的高空辐散条件。

（5）华南前汛期暴雨结束的环流特征：

是整个东亚环流从春到夏调整的结果，副高脊北跳到20-25N，沿海东风代替了西风。

500hPa环流主要有两种类型：贯通性暖高脊、热带系统北移型。

2、华南锋前暖区暴雨

（1）特点：

①强度大：一般为冷锋暴雨的3-5倍；

②范围小：占整个区域的1/3--1/4以下；

③强对流降水，伴有强烈雷暴活动；

④降水量相对集中。

（2）成因：华南大气具有足够的暖湿不稳定、低空西南急流、低层SW-SE气流汇合带、地形影响、海陆分布（两支暖湿气流、海陆风效应）

3、梅雨暴雨

梅雨是指每年6月中旬到7月上、中旬初夏，我国长江中下游（指宜昌以东的28-34N范围内或称江淮流域）至日本南部这狭长区域内出现的一段连阴雨天气。

名称来由：源于我国，古称“黄梅雨”，长江中下游地区的群众习惯上取“芒种”节气为梅节令，此时正值梅熟时节，因此也叫“黄梅”。

（1）类型

正常（典型）梅雨：平均6月中--7月中旬，持续20-30天，“芒种”和“夏至”，200-400mm；

早梅雨：出现在5月份(“芒种”以前开始）的梅雨，平均5月15日，14天，“冷水黄梅”；

迟梅雨：6月下旬以后开始的梅雨，半月，“阵头黄梅”，多雷雨，雨量集中；

特长梅雨：1954，1998，1991；

“短梅”和“空梅”：旱；

倒黄梅：“小暑一声雷，黄梅倒转来”，一周到十天半个月。

（2）梅雨天气地面形势

①静止锋特别稳定。

②梅雨锋南北两侧冷暖空气性质上的差异，主要表现在空气的湿度上，而温度差异则较小。

③降雨区在南北方向上很窄，但降水强度却很强。

冬季型----夏季型：中高纬度西风减弱北辙，南支西风消失，高空南亚高压跃到青藏高原上空，印度季风爆发，西太平洋副高稳定北跳到20N以北，徘徊于22N--26N之间，暖湿季风气流源源不断输送到江淮上空，而减弱的冷空气主体也只能到达江淮流域，冷暖空气的持续交绥就造成了静止锋和连绵的阴雨。

（3）梅雨天气高空形势

高层（100或200hPa）：主要的环流特征是江淮上空有一暖性反气旋。这是从青藏高原东移过来的南亚高压，高压的北侧和南侧分别有西风急流和东风急流。

中层（500hPa）：主要的环流特征是西太副高脊线稳定在22N左右，印度东部或孟加拉湾一带有稳定的低槽，长江流域盛行西南风，并与来自北方的偏西气流构成气流汇合区。在高纬，欧亚大陆呈阻塞形势，有三类，第一类是三阻型，自东向西分别位于亚洲东部雅库茨克一带、贝加尔湖以及欧洲东部一带。在这些阻高南部中纬地带（35-45N）是平直西风带，且有锋区配合，并不断有短波槽生成东移。第二类是双阻型，西阻位于乌拉尔山附近，东阴在雅库茨克附近，两个阻高之间为一宽广的低压槽，35-45N为平直西风带。第三类是单阻型，这个阻高一般位于贝加尔湖北方，而东北低槽的尾部可伸至江淮地区上空。双阻型在梅雨期和后期易出现，一般称为“标准型”。

低层：850或700hPa有江淮切变线，其南侧有西南风低空急流。切变线上常有西南低涡东移。在地面则有静止锋，并有静止锋波动，产生江淮气旋。

（4）主要天气系统

江淮切变线：指江淮地区850-700hPa风场上具有正涡度和辐合特征的气旋性风向切变。

冷式切变线：N-NW与SW。

暖式切变线：SW与SE-E。

静止锋型切变线：NE与SW或E与W之间。

西南涡：产生在我国西南地区低层的一种中间尺度（300-500KM）的低涡，具有下冷上暖的热力结构

西南低空急流：把850或700hPa上风速312m/s的西南风极大风速带称为西南低空急流。

梅雨锋和气旋波：锋两侧温度梯度小，但湿度梯度大。

4、北方暴雨

概况：7-8月，副高第二次北跳28-30N（最北位置35N），ITCZ最北达20N。

（1）气候特征

①雨季历时短，暴雨频数少（7月中下-8月中，平均1-2场）；

②暴雨强度大（华北年均300-800mm, 638,758:2050,1630，53年山西53.1mm/5分；75/8/7，河南林庄1060/24H，1605/3D；63/8/2-8，河北獐么2051/7D；77/8/1-2，毛乌素沙漠中的木多才当1400）；

③暴雨时间集中（7月下到8月上，60%），年际变化大；

④多为过程性暴雨；

⑤与地形密切相关（山脉迎风坡60.4%，平原34.2%）。

（2）典型天气形势

高空槽（冷锋）型、暖切变型、黄河气旋型、高空冷涡型。

台风天气过程

台风：形成早热带海洋上，具有暖中心结构的强烈发展的热带气旋。当热带气旋的风级大于12级时（32.7m/s）时，就形成台风。

形成原因

台风发源于热带海面，那里温度高，大量的海水被蒸发到了空中，形成一个低气压中心。随着气压的变化和地球自身的运动，流入的空气也旋转起来，形成一个逆时针旋转的空气漩涡，这就是热带气旋。只要气温不下降，这个热带气旋就会越来越强大，最后形成了台风。

台风源地，指经常发生台风的海区，全球台风主要发生于8个海区。其中北半球有北太平洋西部和东部、北大西洋西部、孟加拉湾和阿拉伯海5个海区，而南半球有南太平洋西部、南印度洋西部和东部3个海区。从每年台风发生数及其占全球台风总数的百分率的区域分布图中可以看到，全球每年平均可发生62个台风，大洋西部发生的台风比大洋东部发生的台风多得多。其中以西北太平洋海区为最多（占36%以上），而南大西洋和东南太平洋至今尚未发现有台风生成。西北太平洋台风的源地又分三个相对集中区：菲律宾以东的洋面、关岛附近洋面和南海中部。在南海形成的台风，对我国华南一带影响重大。

台风大多数发生在南、北纬度的5°~20°，尤其是在10°~20°占到了总数的65%。而在20°以外的较高纬度发生的台风只占13%，发生在5°以内赤道附近的台风极少，但偶尔还是有的，如福建省气象台就发现1970~1971这两年中，西北太平洋共有3个台风发生在5°N以南区域。据近十多年来卫星资料的分析，发展成台风的扰动云团，在几天前即可发现，所以实际上扰动的初始位置比以前发现的位置偏东。如北大西洋上，以前认为发展成台风的初始扰动大多数产生在大洋的中部，而有人根据云图分析，认为每年有三分之二台风的扰动起源于非洲大陆。这些扰动一般表现为倒V形或旋涡状云型，它们沿东风气流向西移动，到达北大西洋中部和加勒比海时，便发展成台风。北太平洋西部和南海台风的初始扰动位置，也要比以前发现的位置偏东。

台风的强度

近中心地面最大风力>8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

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

（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

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。

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