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1、毕业论文(设计) 题 目 两次致灾冰雹天气过程的对比分析 学生姓名 学 号 20114301164 院 系 成人教育学院专 业 大气科学指导教师 二一三 年 四 月 七 日目 录引言1资料和说明1过程1特征分析2过程2特征分析4两次强对流天气的对比分析5主要结论6参考文献6英文题目7XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX两次致灾冰雹天气过程的对比分析摘 要山东地处中纬度东亚季风区，东临太平洋，西连亚欧大陆，且经常处于高空冷涡、横槽、西北气流等系统的东南象限，因此是冰雹等强对流天气的高发地区，特别是春末夏初时节，冰雹更是山东的重要灾害性天气之一，常给农业生产造成重大损失，因此做好强对
2、流天气的预报预警工作已成为气象工作者不断研究的重要课题。现有的研究结果表明，冰雹一般是在大尺度天气背景下，由中小尺度天气系统引发而形成的，但是由于地形等特殊原因的影响，冰雹的发生又具有很强的局地性，需要结合本地的实际情况进行详细分析。关于山东地区的冰雹特征，也有很多的学者进行了相关的研究工作，但是这些研究大多是从冰雹发生的气候背景出发进行研究，或者仅限于对冰雹发生的个例进行分析，而对于大尺度环流形势相似的两次冰雹过程，从触发机制、回波演变特征等方面对两次过程进行对比的研究较少，本文通过对两次相似天气北京背景下发生的冰雹天气过程的对比分析，旨在探寻发生在山东两次冰雹过程在天气形势、层结条件、回波
3、演变及其触发机制等方面的异同点，希望能为冰雹等强对流天气的短期预报预警提供一些可供借鉴的预报思路和预报着眼点。通过对两次天气过程的大尺度背景、探空实况、雷达回波、防雹作业以及受灾情况的对比分析，结果发现，两次过程都是比较典型的强对流天气过程，具有相似的大尺度背景，同时还存在着明显的差异，主要结论如下：1、两次冰雹天气过程具有相似的大尺度天气背景，都是在大尺度天气背景下，大、中、小尺度天气系统相互作用的结果，但是两者之间还存在着明显的差异，主要表现为触发机制不同、回波演变特征不同、灾情特点不同等三个方面。2、过程1强对流天气的触发机制是局地地形抬升和中尺度的辐合作用；而过程2中强天气的触发机制则
4、是大尺度天气系统造成的系统性上升运动。3、过程1中，对流云团以孤立发展的对流单体为主，水平范围小，生命期较短，单体之间呈现离散的分布特征。过程2中对流云团表现出明显的多单体对流风暴的特征，每个对流单体呈现高度有组织的形态，新单体都是在一定的方向（与低压槽的方向一致）出现，新老单体的连续更替延长了对流风暴的生命期。4、过程1中，强对流天气造成的灾害表现为局地性、多发性和阶段性的特点，强天气出现在冷涡的发展持续阶段；而过程2的强天气造成的灾害则表现为广泛性、短时性、严重性的特点，强天气主要出现在冷涡减弱崩溃阶段。5、垂直方向上的干湿层分布、不稳定层结是冰雹形成的必要条件，上冷下暖的垂直分布、0C高
5、度对冰雹天气的预报具有一定的指示意义。关键词：冰雹过程；天气形势；层结条件；触发机制；对比分析Comparation of Weather Process causing Two Hail-outbreakingTan LeiDepartment of Atmospheric Sciences, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044Abstract: The weather processes causing two hail-outbreaking disasters in Shand
6、ong on 2008 May 23-26 and 2010 17-18 June was investigated. The weather situation, stratification, echo and trigger mechanism was analysed comparatively. Results showed that the two hail weather process, in two large area was taken place in the large scale circulation background of high air vortex t
7、riggered by large, medium, small weather system .,Both were appeared in the 0 C layer height, unstable stratification, the vertical distribution of the wet and dry layer characterized in the trigger mechanism, echo, and there are obvious differences in the disaster characteristics.Keywords: hail pro
8、cess; weather situation; stratification; trigger mechanism; comparation两次致灾冰雹天气过程的对比分析基金项目：山东省气象局气象科学技术研究项目（2012sdqxz07）和山东省气象局2005年度重点科研课题“山东省人工防雹效果检验方法研究”（2005sdqxz13）共同资助。 摘 要：通过对2008年5月23-26日和2010年6月17-18日发生在山东的两次大范围的冰雹天气过程的天气形势、层结条件、回波演变及触发机制等对比分析，结果表明，两次大范围的冰雹天气过程都是在高空冷涡存在的大尺度环流背景下，由大、中、小天气系统触
9、发而成的，两者在0C层高度、不稳定层结、垂直方向上的干湿层分布等具有相似的特征，但是两者在触发机制、回波演变、灾情特征等方面还存在着明显的差异。关键词：冰雹过程；天气形势；层结条件；触发机制；对比分析1引言冰雹灾害是由强对流天气系统引发的剧烈的气象灾害，虽然出现的范围小、时间短，但由于其来势猛、强度大，常常给国民经济特别是农业生产造成严重的损失。随着国民经济的日益发展，冰雹等强对流天气越来越受到人们的关注。山东地处中纬度东亚季风区，东临太平洋，西连亚欧大陆，且经常处于高空冷涡、横槽、西北气流等系统的东南象限，因此是冰雹等强对流天气的高发地区，特别是春末夏初时节，冰雹更是山东的重要灾害性天气之一
10、，常给农业生产造成重大损失，因此做好强对流天气的预报预警工作已成为气象工作者不断研究的重要课题。多年来，特别是二十世纪七十年代以来，我国气象工作者经过不断的探索和研究，在冰雹云的形成机制、冰雹云的识别和预警预报等方面积累了一些可借鉴经验和方法。例如李金辉等1利用山西省多年的雷达和降雹日08时月平均零度层高度，对165天对流云数值拟合，得出了识别冰雹云的指标；王秀明等2通过对一次冰雹天气个例的模拟,研究了超级单体的结构特征;陈晓红等3分析了一次罕见的冰雹天气过程的对流参数;纪晓玲等4基于常规气象资料和本地中尺度模式，应用天气学诊断分析方法，对宁夏两次典型的冰雹天气过程从环流背景、影响系统、冰雹落
11、区、大气层结稳定度及动力条件等方面进行了对比分析；王华等5和许新田6分别对北京城区和陕西省两次强对流冰雹天气过程进行了对比分析,这些研究结果表明，冰雹一般是在大尺度天气背景下，由中小尺度天气系统引发而形成的，但是由于地形等特殊原因的影响，冰雹的发生又具有很强的局地性，需要结合本地的实际情况进行详细分析。关于山东地区的冰雹特征，也有很多的学者进行了相关的研究工作，例如朱官忠等7和车培珍等8根据多年的资料对山东出现冰雹的天气形势进行了分类，研究结果表明，山东主要的冰雹天气形势有高空冷涡型、西北气流-冷锋型以及其它型等四种类型；孙兴池等9通过对一次降雹冷涡以及一次不降雹冷涡的对比分析，指出两次冷涡过
12、程，除了冷涡北侧的高空形势有明显差异外，低层风场、温度场和层结稳定度也有显著的区别；高留喜等10利用50年的历史资料对山东5月冰雹的地理分布特征、成因及天气形成的气候背景进行了分析，研究结果表明，山东冰雹主要是地形和天气影响系统造成；多雹年与少雹年的大气环流有明显差异；樊明月等11利用三维冰雹云模式，研究了一次山东冰雹过程的形成机制，并针对此次过程设计了催化方案，探讨了雹云的催化技术；杨晓霞等12通过对冰雹天气的个例分析，揭示了冰雹产生的动力、热力以及能量等方面的作用,但是上述研究大多是从冰雹发生的气候背景出发进行研究，或者仅限于对冰雹发生的个例进行分析，而对于大尺度环流形势相似的两次冰雹过程
13、，从触发机制、回波演变特征等方面对两次过程进行对比的研究较少，因此开展该方面的研究工作，在实际预报预警工作中，对于识别冰雹的发生无疑具有明显的理论意义和实际价值。2008年5月23-26日（以下简称过程1）以及2010年6月1718日（以下简称过程2）在相似的大尺度天气背景下，山东出现了两次大范围的冰雹天气过程，给国民经济和农业生产带来了严重灾害，但是两次过程虽然具有一些相似性，但是也存在着明显的差异。本文通过对这两次冰雹天气过程的对比分析，旨在探寻发生在山东两次冰雹过程在天气形势、层结条件、回波演变及其触发机制等方面的异同点，希望能为冰雹等强对流天气的短期预报预警提供一些可供借鉴的预报思路和
14、预报着眼点。2资料和说明 1、山东123个代表站1951-2010年冰雹逐日资料 2、山东省气象台提供的冰雹灾情资料、齐河多卜勒雷达观测资料3、常规气象观测资料3过程1特征分析3.1大尺度天气形势及过程概况2008年5月2326日，山东出现了一次较大范围的冰雹天气过程。鲁西北、鲁中、鲁北多地先后遭到了冰雹袭击。从2008年5月23日08时的天气形势来看，500hPa北半球新地岛-贝加尔湖地区为宽广的低压区（见图1），低压槽的南部受冷平流影响，不断发展加深，而低压槽的北部则受暖平流影响，减弱北收；850hPa（图略）从西南地区有暖脊向东北方向伸展，山东华北东部东北均为暖脊控制；地面图上（图略），
15、东北地区维持一低压区，华北中南部到山东西部大致为V字形的低压槽。23日20时，500hPa（图略）贝湖东部的低压槽南部强烈发展，与北部断裂并与原来的东北冷涡合并形成新的高空冷涡。850hPa图上（图略）西北、华北以及山东仍为暖脊控制。地面图上（图略）山东到华北一带仍为低压槽区，深厚的辐合系统为低层水汽和动量的输送提供了良好的条件。图1 2008年5月23日08时500hPa环流形势图2是5月24日08时高空三层（500、700和850hPa）的环流形势，由图可见,500hPa东北冷涡大致为东北-西南向的椭圆形，涡后有冷中心，700和850hPa也有相应的低压中心，同时500hPa贝加尔湖地区的
16、高压脊发展强烈，有利于冷空气沿西北气流南下，在横槽附近堆积，低层850hPa鲁西北地区有弱的风向切变，从河套地区伸向鲁中一带的暖舌进一步加强，上冷下暖的垂直结构加剧了大气层结的不稳定，为强对流天气的发展提供了较好的条件，之后该冷涡缓慢东移，直到26日08时冷涡完全移出，山东降雹天气结束。abc图2 2008年5月24日08时高空三层环流形势（a-500hPa，b-700hPa，c-850hPa）3.2 层结条件分析图3和图4分别是济南章丘站5月23日20时和5月24日08时的探空分析图，由图可见，23日20时整层大气均为负的不稳定能量，850、600和400hPa为近饱和层，整层大气存在着明显
17、的干湿层。0层高度在650hPa附近（约4000米），20层高度在450400hPa之间。24日08时，整层大气的干湿分层仍存在，且700hPa以上出现了正的不稳定能量，0层高度仍在650hPa附近，20层高度较23日20时有所下降，在450500hPa之间，表明此时高层有冷空气进入，层结更加不稳定，有利于强对流天气的发生。24日20时的探空分析结果（图略）与08时相似，整层大气仍具有明显的干湿分层和正的不稳定能量区，0层高度仍在650hPa附近（约4000米），而20层高度较08时有所升高，在450hPa附近，表明高层冷空气强度减弱。25日08时整层大气为负不稳定能量，干湿分层不明显，且整层
18、湿度明显下降，层结趋于稳定，冰雹形成的有利条件逐渐崩溃。 图3 济南章丘站5月23日20时探空分析 图4 济南章丘站5月24日08时探空分析3.3 过程1的回波演变特征通过对齐河雷达回波演变特征来看，5月23日中午前后对流云团首先在地势较高、局地热对流多发的沂源出现。13：0022：00（北京时间，下同）不断有对流单体在临沂、淄博等地发展，然后减弱消失，云团主要表现为孤立发展的对流单体，水平范围数十公里，生命史较短，从生成到消亡约12小时。单体之间呈现离散的分布特征。24日13时左右，对流云团又在沂源一带发展，初始阶段表现为孤立发展的对流单体，主要对流区域在临沂、莱芜、淄博一带，16时前后零散
19、的对流单体突然开始组织化，并逐渐形成有规律的带状对流云带，之后对流云带进一步发展并向西移动。19时前后前部的回波开始减弱，北部回波则于20时前后逐渐减弱消失。20：30，受850hPa中尺度切变线前部辐合上升气流的影响，鲁西北地区有对流云团开始发展，云团发展迅速，零散的对流单体很快排列成“入”形回波，对流区域主要在济南、德州、滨州和淄博一带，该回波具有发展强烈、移动速度慢、生命期较长的特点，生命期长达45小时。通过上述分析可以发现，此次冰雹过程是在大尺度天气背景下，大、中、小尺度系统相互作用的结果。天气形势、水汽垂直分布以及层结条件对强对流天气的发生具有良好的指示意义。垂直方向上的干湿层分布、
20、不稳定层结是冰雹形成的必要条件，而地形抬升、局地热力环流和中尺度辐合作用则是此次强对流天气的触发机制。4过程2特征分析4.1 大尺度天气形势分析及过程概况2010年6月16日08时，500hPa等压面图（见图5a）上蒙古地区有已有冷涡形成，涡后有冷中心配合，700hPa（见图5b）蒙古地区为低压槽区，没有闭合的低压中心，槽后为冷平流，850hPa（见图5c）河套到山东西部地区为较宽广的低压槽，山东受20暖中心控制，暖脊顶部伸展到华北东部到东北一带，地面图上（图略）河套到东部沿海均为大范围的低压区，低压中心在河北到山东鲁西地区，较好的动力和热力条件使蒙古冷涡进一步发展。到16日20时，高空三层均
21、出现闭合的低压中心（图略），冷涡达到最强，500和700hPa均为东西向的椭圆形，相应的冷中心移到了低压前部，预示着蒙古冷涡将减弱东移。17日08时，蒙古冷涡减弱东移，到20时500hPa冷涡进一步减弱为低压槽并东移，17日下午18日凌晨山东出现了大范围的冰雹天气，波及范围多达13个市。ab c图5 2008年6月16日08时天气形势（a-500hPa,b-700hPa,c-850hPa）4.2 层结分析 图6和图7分别是济南章丘站2010年6月17日08时和20时的探空分析图。由图可见，6月17日08时济南附近整层大气具有明显的干湿层分布，850hPa以及500-400hPa为近饱和层，干层
22、主要位于800-600hPa层；整层大气均为负的不稳定能量。6月17日20时济南附近整层大气具有明显的干湿层分布，750hPa、400hPa为近饱和层；500400hPa出现了正不稳定能量；300hPa有明显的逆温、逆湿层，有利于其下层不稳定能量的储存；整层大气存在明显的干湿层；0层高度在620hPa附近（约4000米），20层高度在430hPa附近。水汽垂直分布条件和层结条件都有利于强对流天气的发展。 图6 济南章丘站2010年6月17日08时探空实况 图7 济南章丘站2010年6月17日20时探空实况通过对青岛探空站2010年6月17日20时和18日08时的探空实况进行分析，发现整层大气也
23、具有明显的干湿层分布以及正的不稳定能量。说明整层大气的干湿层分布特点以及不稳定层结是冰雹形成的必要条件。4.3 雷达回波演变特征从2010年6月17-18日齐河雷达观测可以看出，17日15时山东西部聊城、河北东部有零散的对流云团生成并发展，17时左右，鲁西、鲁西北等地又有新的对流单体生成，对流单体基本上是在西南东北方向的带状区域生成，之后对流单体不断发展合并，18时左右泰安、济南、德州、滨州、淄博、东营等地被大片的强回波区覆盖，对流单体有规律地向前移动并发展，在移动过程中，每个单体都表现出高度有组织的形态，新单体都是在一定的方向（与低压槽移动方向一致）出现，20：30左右回波逐渐排列成两条带状
24、的对流云带，一条位于聊城-济南-泰安-淄博-东营一线，另一条位于德州-滨州-河北一线，之后云带继续东移并再次合并为一条长约数百公里、横扫山东南北的带状回波继续向东南方向移动。23：00前后，聊城-菏泽一线再次出现大范围的强对流回波，在移动过程中不断与前方的新生成的对流单体合并形成带状回波。整个过程表现出明显的多单体风暴的特征。通过上述分析发现，此次过程是在大尺度天气背景下，低压槽在东移南压过程中，其前部系统性的上升运动触发了大气不稳定能量的爆发。此次冰雹过程也表现出垂直方向上的干湿层分布的特征。5两次强对流天气的对比分析通过对两次天气过程的大尺度背景、探空实况、雷达回波、防雹作业以及受灾情况的
25、对比分析，可以发现，两次过程都是比较典型的强对流天气过程，具有相似的大尺度背景，同时还存在着明显的差异，主要表现在：（一）相同点（1）高空冷涡是造成山东冰雹天气的主要系统之一，两次冰雹天气过程都是在高空冷涡维持的大尺度天气背景下发生的。（2）垂直方向上的干湿层分布、不稳定层结是冰雹形成的必要条件，上冷下暖的垂直分布、0C高度对冰雹天气的预报具有一定的指示意义。（二）不同点（1）触发机制不同：过程1强对流天气的触发机制是局地地形抬升和中尺度的辐合作用；而过程2中强天气的触发机制则是大尺度天气系统造成的系统性上升运动。（2）回波演变特征不同：过程1中，对流云团以孤立发展的对流单体为主，水平范围小，
26、生命期较短，单体之间呈现离散的分布特征。过程2中对流云团表现出明显的多单体对流风暴的特征，每个对流单体呈现高度有组织的形态，新单体都是在一定的方向（与低压槽的方向一致）出现，新老单体的连续更替延长了对流风暴的生命期。（3）灾情特点不同：过程1中，强对流天气造成的灾害表现为局地性、多发性和阶段性的特点，强天气出现在冷涡的发展持续阶段；而过程2的强天气造成的灾害则表现为广泛性、短时性、严重性的特点，强天气主要出现在冷涡减弱崩溃阶段。6主要结论1、 两次冰雹天气过程具有相似的大尺度天气背景，都是在大尺度天气背景下，大、中、小尺度天气系统相互作用的结果，但是两者之间还存在着明显的差异。2、垂直方向上的
27、干湿层分布以及大气不稳定层结是两次过程冰雹形成的必要条件。3、地形抬升和中尺度辐合作用是过程1中强对流天气的触发机制。对流云团以孤立发展的对流单体为主，水平范围小，生命期较短，单体之间呈现离散的分布特征；4、大尺度天气系统造成的系统性的上升运动是过程2中强对流天气的触发机制。对流云团表现出明显的多单体对流风暴的特征，每个对流单体呈现高度有组织的形态，新单体都是在一定的方向（与低压槽的方向一致）出现，新老单体的连续更替延长了对流风暴的生命期。 参考文献：1李金辉 樊鹏.冰雹云提前识别及预警的研究.南京气象学院学报.2007.30（1）：114-119.2王秀明 钟青 韩慎友.一次冰雹天气强对流（
28、雹）云演变及超级单体结构的个例模拟研究.高原气象.2009.28（2）：352-365.3陈晓红 郝莹 周后福等.一次罕见冰雹天气过程的对流参数分析.气象科学.2007.27(3):335-341.4纪晓玲 胡文东 马筛艳 等.蒙古冷涡影响下宁夏两次典型冰雹天气对比分析.自然灾害学报.2008.17(2):103-109.5王华 孙继松 李津.2005年北京城区两次强冰雹天气的对比分析.气象.2007,33（2）：49-56.6许新田 王楠 刘瑞芳 等.2006年陕西两次强对流冰雹天气过程的对比分析.高原气象.2010.29（2）：447-460.7朱官忠 孙明训.山东冰雹的统计分析.气象.1
29、984.5:36-38.8车培珍 李连银.山东冰雹云的客观判别和人工消雹用弹量计算.南京气象学院学报.1997.20（2）：265-269.9孙兴池 朱官忠.降雹与不降雹冷涡过程的对比分析.气象.23（4）：31-35.10高留喜 杨晓霞.山东5月冰雹的分布特征及其成因分析.中国气象年会2005年年会论文集.3954-3958.11樊明月 张佃国 龚佃利 等.山东冰雹形成机制及雹云催化技术模拟个例研究.大气科学学报.2013.36（1）：107-120.12杨晓霞 张爱华 贺业坤.连续冰雹天气的物理量场特征分析.气象.26（4）：50-54.Comparation of Weather Pro
30、cess causing Two Hail-outbreaking Abstract: The weather processes causing two hail-outbreaking disasters in Shandong on 2008 May 23-26 and 2010 17-18 June was investigated. The weather situation, stratification, echo and trigger mechanism was analysed comparatively. Results showed that the two hail
31、weather process, in two large area was taken place in the large scale circulation background of high air vortex triggered by large, medium, small weather system .,Both were appeared in the 0 C layer height, unstable stratification, the vertical distribution of the wet and dry layer characterized in the trigger mechanism, echo, and there are obvious differences in the disaster characteristics.Keywords: hail process; weather situation; stratification; trigger mechanism; comparation13