中尺度气象学(mesometeorology)是研究中尺度天气系统及与其相联系的严重
灾害性天气(如雷暴、暴雨、冰雹、龙卷、下击暴流等)的学科。中尺度气象系统是指水平尺度2~2000km,时间尺度几十分钟至几天之间的天气事件与天气系统,其核心是水平尺度为20~200 km的中β系统。
简介
中尺度气象学是
气象学的一个重要分支.主要研究中尺度天气系统及与其直接相关的很多严重灾害性天气,如
台风、
雷暴、
暴雨、
冰雹、
龙卷等的发生、发展机制和分析预报的理论及方法,是当代
大气科学中最受人们关注的研究领域之一。
主要涉及学科
中尺度气象学主要包括以下学科:
(1)中尺度气象学包括中尺度天气学;
(3)中尺度天气的短期和甚短期预报;
(4)中尺度大气物理学。
研究对象
中尺度天气学研究两类中尺度天气现象:一类是雷暴、暴雨、冰雹、
大风、
下击暴流等
对流性天气;另一类是局地低云、
浓雾等稳定性天气。
研究内容
中尺度气象学领域主要涉及以下知识:
(1)中尺度天气系统的特征;(2)地形性中尺度环流;(3)
自由大气非对流性中尺度环流;(4)中尺度孤立对流系统;(5)中尺度带状对流系统;(6)
锋面气旋及台风附近的中尺度雨带;(7)
中尺度对流复合体;(8)影响
中尺度对流系统发生发展的因子;(9)中尺度天气预报。
天气尺度划分
大气环流包含着从湍流微团到
超长波等各种尺度的运动系统。
尺度分类通常有经验、理论和实用3种方法。目前使用较多的是Orlanski根据观测和理论的综合分析结果而提出的尺度划分方案按照这种尺度划分,中尺度气象问题是指水平尺度2~ 2000km,时间尺度几十分钟至几天之间的天气事件与天气系统,其核心是水平尺度为20~200 km的中β系统。
中尺度天气系统按成因大致分为两类,一类由大尺度内部不稳定激发生成,如
锋生、
飑线等,基本不受下垫面强迫而产生,较少出现在固定区域;另一类由
下垫面热力或机械强迫作用而产生,如
海陆风、
山谷风等,其控制因子固定或呈
周期性变化,可在大尺度系统较弱环境下重复出现。如果二者相互结合和影响,即由大尺度内部不稳定激发生成的中尺度系统受下垫面热力或地形强迫作用而进一步加强,则会造成局地极大灾害。
相关天气灾害
华南暴雨
华南暴雨,在时空尺度上,具有明显的中尺度特征。大部分雨量常集中于一个或几个暴雨时段,历时几小时至十几个小时。在由加密资料绘制的华南暴雨逐时雨量图上可以看到,在天气尺度的暴雨区中,常包含多个降雨集中的地区(即雨团),其尺度几十至一、二百公里,这些雨团或孤立存在,或组成几十公里宽、几百公里长的中尺度雨带。
台风暴雨
登陆
台风带来的暴雨和大风每年都造成生命财产巨大损失。1975年第3号台风在河南和鄂西等地造成的“75.8”暴雨,雨量高达1605 mm,造成3万多人丧生的巨大灾害和经济损失。1996年第8号台风在台湾登陆和滞留过程中,阿里山降雨量高达1987mm,日月潭653 mm,强风和暴雨造成台湾近30年来最惨重的灾害,经济损失超过400亿台币。台风在福建登陆减弱后形成的气旋在北上中先后途经江西、湖南、湖北、河南、山西、陕西。受台风低压气旋及其外围云系影响沿途各省均下了暴雨到大暴雨。如汉水流域过程降雨量达200 mm,华北、京津地区100~ 300 mm,
直接经济损失数百亿元。
梅雨锋雨带
春末夏初,梅雨锋雨带从我国
长江中下游经
东海、
日本至西太平洋,绵延数千公里,由较暖的
极地大陆气团与南方湿润的季风气团交汇(在130°E以西)或较冷的
极地海洋气团和热带气团交汇(130°E以东)而形成。
梅雨锋与极地锋的区别是水平温度梯度不明显,存在
低空急流和中高对流层湿舌。观测分析发现,在大尺度静止锋上的梅雨锋云雨带还具有明显的时空非均匀分布特征,即在一条东西走向、宽约几百公里的云带中镶嵌着有组织的
中尺度对流系统。这些对流系统经常组织成1~ 2条雨带,长约400~ 600km,宽约80~ 150 km,这些中α尺度的雨带又由一些移动的中β尺度雨团构成。
中尺度雨带
气旋锋面雨带是中纬度降水的重要组成部分。根据大量探测研究,Hobbs等按雨带的尺度、在锋面系统中所处的部位和雨带走向,把雨带分为6类:
暖锋雨带、
暖区雨带、(窄、宽)
冷锋雨带、锋前冷涌雨带和波状雨带。Browning等按照对流发生的高度把雨带分为U型雨带、L型雨带和D型雨带。
雹暴
雹暴是一类强对流中尺度系统,有超级单体和多单体结构,主要发生在
冷锋或锋前暖区的
飑线附近。我国是世界上多雹的国家,
雹灾主要发生在西北地区。大风和冰雹常造成局地生命财产尤其是农业的重大损失,据统计每年遭受雹灾的耕地面积平均为173万hm2,重灾年份超过400万hm2。
沙尘暴
沙尘暴具有突发性强、影响范围广、破坏力大的特点,往往给工农牧业生产及人民生命财产带来巨大损失。1992~ 1996年5年间,我国西北地区出现了5次大的沙尘暴,其中最严重的是“93.5黑风暴”。对“93.5黑风暴”的发展结构和成因分析研究指出,其形成和发展与一个中尺度气旋性涡旋在低层大气内的生成和急剧发展密切相关,而与其相伴的特强冷锋具有飑线性质。2000 - 2001年以来北方广大地区多次发生
沙尘暴、扬沙天气(北京已达8次以上),给工农业生产、交通运输和人民生活带来极大危害和不便。
其他
引致天气灾害的中尺度天气系统还有龙卷大风、海陆风暴潮、
雷电等。
研究进展
对中尺度天气的研究和预报已成为当今
气象学热点之一。
目前常规探空站网密度过稀难以精确反映中尺度天气特点,但卫星和雷达观测提供了对中尺度天气监测的有效手段,高分辨率中尺度数值模式已成为研究和预报中尺度天气过程的有效工具,设计周密的中尺度试验计划为研究中尺度天气特征机理和预报方法提供了加密观测的典型个例。
学科展望
随着对中尺度天气研究的加强和不断深入,最终定能得到各类典型灾害性中尺度天气系统的概念模式或物理模式,建立我国自已的具有国际水平的中尺度数值预报模式,从而大大提高对造成我国严重灾害的中尺度天气的预报能力。