天气过程

1. 寒潮

  寒潮是冬季的一种灾害性天气,群众习惯把寒潮称为寒流。所谓寒潮,是指来自高纬度地区的寒冷空气,在特定的天气形势下迅速加强并向中低纬度地区侵入,造成沿途地区剧烈降温、大风和雨雪天气。这种冷空气南侵达到一定标准的就称为寒潮。寒潮是一种大范围的天气过程,在全国各地都可能发生,可以引发霜冻、冻害等多种自然灾害。

  寒潮一般多发生在秋末、冬季、初春时节。由中央气象台2006年制定的我国冷空气等级国家准中规定寒潮的标准是:某一地区冷空气过境后,气温24小时内下降8℃以上,且最低气温下降到4℃以下;或48小时内气温下降10℃以上,且最低气温下降到4℃以下;或72小时内气温连续下降12℃以上,并且最低气温在4℃以下。

  若冷空气达不到这个标准,根据降温幅度的大小,又可划分为强冷空气、较强冷空气、中等强度冷空气和弱冷空气活动过程。

  由于我国幅员辽阔,南方和北方气候差异很大,一般而言,北方采用的寒潮标准是:24小时降温10℃以上,或48小时降温12℃以上,同时最低气温低于4℃;南方采用的寒潮标准是:24小时降温8℃以上,或48小时降温10℃以上,同时最低温度低于5℃。

2. 暴雨

  暴雨(英文名称 torrential rain;rainstorm;storm )是指降水强度很大的雨,常在积雨云中形成。中国气象上规定,每小时降雨量16毫米以上、或连续12小时降雨量30毫米以上、24小时降水量为50毫米或以上的雨称为“暴雨”。 

  按其降水强度大小又分为三个等级,即24小时降水量为50-99.9毫米称“暴雨”、100-249.9毫米之间为“大暴雨”、250毫米以上称“特大暴雨”。但由于各地降水和地形特点不同,所以各地暴雨洪涝的标准也有所不同。

  在业务实践中,又可按照发生和影响范围的大小将暴雨划分为:局地暴雨、区域性暴雨、大范围暴雨、特大范围暴雨。

  局地暴雨历时仅几个小时或几十个小时左右,一般会影响几十至几千平方千米,造成的危害较轻。但当降雨强度极大时,也可造成严重的人员伤亡和财产损失。

  区域性暴雨一般可持续3~7天,影响范围可达10~20万平方千米或更大,灾情为一般,但有时因降雨强度极强,可能造成区域性的严重暴雨洪涝灾害。

  特大范围暴雨历时最长,一般都是多个地区内连续多次暴雨组合,降雨可断断续续地持续1~3个月左右,雨带长时期维持。 特大暴雨是一种灾害性天气,往往造成洪涝灾害和严重的水土流失,导致工程失事、堤防溃决和农作物被淹等重大的经济损失。特别是对于一些地势低洼、地形闭塞的地区,雨水不能迅速宣泄造成农田积水和土壤水分过度饱和,会造成更多的灾害。

  我国暴雨致灾形式多样

  受东亚季风影响,从晚春到盛夏,冷暖空气交汇频繁,暴雨中尺度对流系统发展活跃,导致我国暴雨频频发生,并体现出季节性明显、时空分布不均匀等特点。由于我国地形复杂,不同地区的下垫面条件、地质结构等存在较大差异,使得我国暴雨的致灾形式较为多样。 

  流域洪涝

  我国地形的特点是东南低、西北高,地面坡度大,部分地区植被条件差,造成汇流快,洪水量级大。我国几条主要河流面积较大,当遭遇流域大范围的暴雨时,易导致干支流洪水,洪峰叠加,形成峰高量大的暴雨洪水。1991年夏季江淮地区持续性洪涝给国家造成的经济损失就高达上千亿元;1998年发生在长江流域的特大洪涝灾害造成的直接经济损失超过1600亿元;2003年6月江淮流域又发生了自1991年以来最为严重的一次洪涝灾害,苏皖两省受灾人口达4803.5万。

  城市内涝

  夏季,我国大多数的暴雨具有突发性强、强度大、范围集中等特点,而当短时间内的降水量超过城市排水能力就易导致城市内涝。

  根据住房和城乡建设部2010年对国内351个城市排涝能力的专项调研显示,2008年至2010年间,有62%的城市发生过不同程度的内涝,其中内涝灾害超过3次以上的城市有137个。

  城市内涝是我国城市进程面临的巨大挑战,如何应对城市内涝,也是我国的城市规划、政府管理、应急服务等急需解决的问题。

  次生地质灾害

  我国是一个多山的国家,山地、高原和丘陵占国土面积的69%。暴雨在山区发生时,易导致泥石流、山体崩塌和滑坡等次生地质灾害,给人民生命财产造成极大损失。

  2010年8月7日,甘肃省舟曲县因强降雨引发滑坡泥石流,堵塞嘉陵江上游支流白龙江,形成堰塞湖,造成1400多人死亡,舟曲县内三分之二区域被水淹没。

3. 对流行天气过程

  强对流天气指的是发生突然、天气剧烈、破坏力极大,常伴有雷雨大风、冰雹、龙卷风、局部强降雨等强烈对流性灾害天气,是具有重大杀伤性的灾害性天气之一。强对流天气发生于中小尺度天气系统,空间尺度小,一般水平范围大约在十几公里至二三百公里,有的水平范围只有几十米至十几公里。其生命史短暂并带有明显的突发性,约为一小时至十几小时,较短的仅有几分钟至一小时。

  强对流天气是指出现短时强降水、雷雨大风、龙卷风、冰雹和飑线等现象的灾害性天气,它发生在对流云系或单体对流云块中,在气象上属于中小尺度天气系统。这种天气的水平尺度一般小于200公里,有的仅有几公里。这种天气破坏力很强,它是气象灾害中历时短、天气剧烈、破坏性强的灾害性天气。世界上把它列为仅次于热带气旋、地震、洪涝之后第四位具有杀伤性的灾害性天气。

  强对流天气是气象学上所指的发生突然、移动迅速、天气剧烈、破坏力极大的灾害性天气,主要有雷雨大风、冰雹、龙卷风、局部强降雨等。强对流天气发生于中小尺度天气系统,空间尺度小,一般水平范围大约在十几公里至二三百公里,水平尺度一般小于200公里,有的水平范围只有几十米至十几公里。其生命史短暂并带有明显的突发性,约为一小时至十几小时,较短的仅有几分钟至一小时。它常发生在对流云系或单体对流云块中。强对流天气来临时,经常伴随着电闪雷鸣、风大雨急等恶劣天气,致使房屋倒毁,庄稼树木受到摧残,电信交通受损,甚至造成人员伤亡等。

 

  形成原因

  强对流其实是空气强烈的垂直运动而导致出的天气现象。最典型的就是夏季午后的强对流天气:白天地面不断吸收太阳发出的短波辐射,温度上升,并且放出长波辐射加热大气。当近地面的空气从地球表面接受到足够的热量,就会膨胀,密度减小,这时大气处于不稳定的状态。这就像水缸里的油和水一样,当密度较小的油处于水缸底部,而水处于上部时,一定会产生强烈的上升运动,最终油会浮到水面上。同理,近地面较热的空气在浮力作用下上升,并形成一个上升的湿热空气流。当上升到一定高度时,由于气温下降,空气中包含的水蒸气就会凝结成水滴。当水滴下降时,又被更强烈的上升气流携升,如此反复不断,小水点开始积集成大水滴,直至高空气流无力支持其重量,最后下降成雨。这也是为什么夏天雷雨不像春雨那样细雨绵绵,水滴较大的原因。

  当然各类强对流天气形成的物理过程是不完全相同的,这与下垫面的动力和热力作用的影响有很大的关系。而且强对流天气是以大尺度天气系统为背景,大尺度天气系统影响或决定着中小尺度天气系统的生成、发展和移动过程。比如说梅雨期间,大范围的冷暖空气交汇形成梅雨锋雨带,如果配合上地形等有利条件就会在局部地区产生暴雨。

  

  天气类型

  飑线

  气象上所谓飑,是指突然发生的风向突变,风力突增的强风现象。而飑线是指风向和风力发生剧烈变动的天气变化带,沿着飑线可出现雷暴、暴雨、大风、冰雹和龙卷等剧烈的天气现象,它是一条雷暴或积雨云带。

  飑线是受起伏地形和热力分布不均而产生的动力作用和热力作用的综合结果。它的形成和发展除与天气形势有密切关系外,地方性条件也起着极其重要的作用。它常出现在雷雨云到来之前或冷锋之前,春、夏季节的积雨云里最易发生。潮湿不稳定气层能助长飑线的强烈发展。当它即将出现时,天气闷热,风向很乱或多偏南风。当强冷空气入侵时,地面冷锋前部的暖气团中,或低压槽附近,大气存在不稳定层结,此时最易形成飑线天气。飑线多发生在傍晚至夜间。

  飑线从生成到消亡可分为三个阶段:

  (1)初生阶段,一般经历3~5个小时,有6级左右大风,并伴有雷雨。

  (2)全盛阶段,历时1~2小时,风向突然改变,风速骤增,常由8级猛增至12级以上,气压急剧上升,温度剧降,短时间会降低10°C以上。这阶段发生的狂风暴雨,破坏力很大。

  (3)消散阶段,历时2小时左右,风力减小,雷雨强度降低,气压渐降,气温渐升,天气渐好。

  所谓飑线其实就是地面上升的湿热空气和高空下来的干冷空气的接触面。在这个接触面上冷热空气进行能量交换,湿热空气中的水蒸气释放能量由气态变成液态的小水滴成云成雨,体积缩小到原来的一千二百多倍,使该区域形成低压,是强对流天气现象的动力来源。

  龙卷风

  龙卷风是一种强烈的、小范围的空气涡旋,是由雷暴云底伸展至地面的漏斗状云(龙卷)产生的强烈的旋风,其风力可达12级以上,最大可达100米/秒以上,一般伴有雷雨,有时也伴有冰雹。它是大气中最强烈的涡旋现象,影响范围虽小,但破坏力极大。它往往使成片庄稼、成万株果木瞬间被毁,令交通中断,房屋倒塌,人畜生命遭受损失。龙卷风分为陆龙卷和海龙卷。出现在陆地上的龙卷称为陆龙卷,出现在海面上的龙卷称为海龙卷。它旋转力很强,常把地表面上的水、尘土、泥沙等卷挟而上,从四面八方聚拢成管状,有如“龙从天降”,因而得名龙卷。陆上龙卷风外围多为泥沙;海上龙卷外围多为海水。海上的这种龙卷群众也叫它“龙吸水”。

  龙卷风是在极不稳定天气下由空气强烈对流运动而产生的,其形成和发展同飑线系统等没有本质上的差别,只是龙卷风更严重一些。它的形成和发展必须有大量的能量供应,因而需要有强烈对流不稳定能量的存在。它与热带气旋性质相似,只不过尺度比热带气旋小很多。在形成和发展时,由于空气对流,使龙卷中心的气压变得很低,在气压梯度力的作用下,四周气压较高的空气就向龙卷中心流动,当它未流到中心时就围绕着中心旋转起来,从而形成空气的旋涡。

  龙卷风的水平范围很小,直径从几米到几百米,平均为250米左右,最大为1千米左右。在空中直径可有几千米,最大有10千米。极大风速每小时可达150千米至450千米,龙卷风持续时间,一般仅几分钟,最长不过几十分钟,但造成的灾害是很严重的。

  广东是中国龙卷风多发区之一,一年四季都会发生,从时间上看,以春末夏初为多,从地区上看以沿海地区最多,内陆较少。

  所谓龙卷风其实就是在强对流天气里,旋转着上升的湿热空气流的中心位置。由于旋转空气流的向心力和飑线位置的低压吸力的共同作用,是吸引力可直达地面。

  冰雹

  冰雹是从雷雨云中降落的坚硬的球状、锥状或形状不规则的固体降水。常见的冰雹大小如豆粒,直径2厘米左右,大的有像鸡蛋那么大(直径约10厘米),特大的可达30多厘米以上。 

  冰雹是由于冰晶或雨滴在对流的积雨云中几上几下翻滚凝聚而降落的固体降水。它通常是产生在系统  冰雹性的锋面活动或热带气旋登陆影响过程中,但也有局部性的。冰雹一般多出现在春夏之交;要产生10厘米的大雹,必须要有50米/秒以上的上升气流运动(一般产生雷雨的积雨云上升运动仅10米/秒左右)。这样强的上升运动,完全靠大气不稳定的能量释放而获得。所以降雹的一个必要条件是空气中存在极不稳定的大气层,不稳定层越厚,越是利于降雹。

  在积雨云内,0°C层以下的云层由水滴组成,0°C层以上的云层由过冷却水滴组成,再高一些的云层则由过冷却水滴与雪花和冰晶等混合组成。如果积雨云中上升气流时强时弱,当上升的冷却水滴与上空的冰晶或雪花相碰,过冷水滴就冻成冰雹的核心。冰雹形成后,或因上升气流减弱,或因其重量较大而下降,当它降到0°C层以下后,又有一部分水滴粘于其上,这时若上升气流增强,它又被带到0°C层以上的低温区,雹核表面的水又被冻成冰,当上升气流再也托不住时,它便落到地面,成为冰雹。

  雷雨大风

  雷雨大风,指在出现雷、雨天气现象时,风力达到或超过8级(≥17.2米/秒)的天气现象。有时也将雷雨大风称作飑。当雷雨大风发生时,乌云滚滚,电闪雷鸣,狂风夹伴强降水,有时伴有冰雹,风速极大。它涉及的范围一般只有几公里至几十公里。

  雷雨大风常出现在强烈冷锋前面的雷暴高压中。雷暴高压是存在于雷暴区附近地面气压场的一个很小的局部高压,雷暴高压中心温度比四周低,下沉气流极为明显,雷暴高压前部为暖区,暖区有上升气流,就在这个下沉气流与上升气流之间,存在着一条狭窄的风向切变带,其为雷雨大风发生处,它过境时带来极强烈的暴风雨。如果雷雨大风发生在单一气团内部,那么它常常是由于局地受热不均引起。雷雨大风的生命史极短。

  短时强降水

  短时强降水是指短时间内降水强度较大,其降雨量达到或超过某一量值的天气现象。这一量值的规定,各地气象台站不尽相同。

  雷暴

  强对流天气往往又会带来雷暴,当大气中的层结处于不稳定时容易产生强烈的对流,云与云、云与地面之间电位差达到一定程度后就要发生放电,有时雷声隆隆、耀眼的闪电划破天空,常伴有大风、阵性降雨或冰雹,因此雷暴天气总是与发展强盛的积雨云联系在一起。

  由于雷暴的发生发展与积雨云联系在一起,从雷暴云的出现到消失,它有很强的局地性和突发性,水平范围只有几公里或十几公里,在时间尺度上也仅有2-3小时,因此,这种中小尺度天气系统在预报上有一定的难度。

  强雷暴是一种灾害性天气,雷电会引起雷击火险,大风刮倒房屋,拔起大树,果木蔬菜等农作物遭冰雹袭击后损失严重,甚至颗粒无收,有时局地暴雨还会引起山洪爆发、泥石流等地质灾害。

  灾害性天气

  强对流天气是发生在对流云系或单体对流云块中,在气象上属于中小尺度天气系统。这种天气的水平尺度一般小于200公里,有的仅有几公里。这种天气破坏力很强,它是气象灾害中历时短、天气剧烈、破坏性强的灾害性天气。世界上把它列为仅次于热带气旋、地震、洪涝之后第四位具有杀伤性的灾害性天气。

  强对流天气灾害大体上可将其归纳为风害、涝害、雹害。强对流天气发生时,往往几种灾害同时出现,对国计民生和农业生产影响较大。

  强对流天气灾害

  飑线、龙卷风和雷雨大风最突出的气象要素之一是强风。尽管飑线的水平尺度小,但在其影响的范围内都将发生强大的风、雨灾害,可导致树木折倒,房屋掀翻,瓦砾飞行,人畜受伤受害,庄稼倒伏。由于各类强对流天气有各自的发生季节和发生特点,农业生产为户外作业,又是根据季节来安排的,所以强对流天气对农业生产中的各类作物的危害不尽相同。上述的洪涝、强风、雹是强对流天气灾害中影响农业生产的主要几种危害。强对流天气对农业生产的直接危害是外力摧毁庄稼,间接危害是由内涝诱发和传播病虫害致庄稼减产甚至绝收。

  随着人民生活水平的提高,经济建设的发展,因强对流天气的发生而造成的损失也就更加严重。强对流天气灾害与强对流天气的类型、其影响的范围和持续时间是密切相关的。

  防御措施

  (1)建立抗灾夺稳产的农林牧结构和措施

  a. 建立抗灾夺稳产的农林牧结构。在多强对流天气灾害发生的地方特别是山区,需大力种草种树,封山育林,绿化荒山,以增加森林覆盖率。做好水土保持,减少水土流失。尽可能减少空气的对流作用,以减轻强对流天气灾害的发生。农区增加林牧业比重,并增加种植抗强对流天气灾害和复生力强的作物比例。在强对流天气灾害多发区,多种根茎类作物。农作物关键生育期应错开强对流天气灾害多发时段。成熟作物要及时抢收。

  b. 防风。植树造林,绿化环境,加固建筑物,以防雷雨大风、龙卷风等风害。改变生态环境,防止土壤沙漠化,保护水源,疏导沼泽。

  c. 作物受灾后需及时采取补救措施。强对流天气灾害发生后,作物除遭受机械损伤外,还可能遭受许多间接危害,因此,应根据不同灾情、不同作物、不同生育期的抗灾能力等情况,及时采取补救措施。

  d. 培育优良的抗强对流天气灾害的作物品种,提高作物抗灾能力。

  (2)提高强对流天气的预报水平和加强对强对流天气系统的理论研究

  a. 提高强对流天气的预报水平。首先要对强对流天气的产生和移动作好预测预报,可利用气象雷达监测,加强气象台、站联防来预报强对流天气的发生,监视它的活动,还可利用地球同步卫星连续拍摄的云图照片,对强对流天气发生、发展、移动及消亡进行探索、追踪,配合天气形势图分析,有助于判断强对流天气出现地区的预测预报,从而可提高强对流天气的预报水平;及时发布预报信息,以便在强对流天气出现以前采取必要的防御措施。

  b. 加强对强对流天气系统的理论研究工作。如加强对强对流天气成因的机理研究,加密监测强对流天气网点,更新监测手段;建立防灾减灾计算机指挥系统,尽快应用于抗灾救灾工作,提高应变能力,对影响本地区的强对流天气灾害进行系统整理,并建立强对流天气数据库和灾情库,及时为领导决策和采取措施提供准确的灾情资料。

  (3)建立、健全防灾系统

  a. 当发现强对流天气将发生时及时发出警报。迅速将强对流天气可能出现的预报传达至各有关地区、有关单位;通过广播、电视、高频电话等及时传递。

  b. 兴修水利,清理沟渠,疏通水道整治脏、乱、差,以防强降水造成内涝积水。

  c. 人工消雹。防雹的主要措施是消雹,使形成雹块的云层减薄或消散,阻止云中酝酿成雹和小雹长成大雹。方法有二种:一是将碘化银或碘化铅等催化剂通过地面燃烧或飞机播撒方式投入到成雹的积雨云中,增加积雨云中的雹胚,使其形成小雹,不易长成大雹。二是爆炸,采用高射炮、火箭、炸药包等向成雹的积雨云轰击,引起空气的强烈振动,使上升气流受到干扰,从而抑制雹云的发展,同时也能增强云中云滴间碰并的机会,使一些云滴迅速长成雨滴降落。

  强对流天气发生时,瞬时大风容易造成树木折断和房屋倒塌,进而造成人员伤亡。在飑线系统或者有龙卷风以及其他大风出现时,公众要远离易折断的树木、广告牌以及危房等。此外,要加强对雷电的防范,不要呆在空旷的环境中,应躲避到有避雷设施的建筑物里;如果在室外,有车的话要尽量在车内躲避。

4. 台风

  台风是热带气旋的一种,而热带气旋是指热带地区形成的一种低气压。它不断旋转,并伴有大风和强降雨天气。

    热带气旋按其中心附近风力大小划分为4种类型,中心风力在7级和7级以下的称“热带低压”,8到9级称“热带风暴”,10到11级称“强热带风暴”,12级和12级以上称“台风”。这4种类型热带气旋在发展过程中往往会相互转化。

    台风只有发生在北太平洋西部(国际日期变更线以西,包括南中国海)洋面上时称为“台风”,如发生在大西洋或北太平洋东部,则称为“飓风”。

    伴随热带气旋而来的常常是强烈的天气变化,如狂风、暴雨、巨浪、风暴潮和龙卷风等等,因此热带气旋是主要的灾害性天气系统之一。但热带气旋带来的雨水对久旱、酷热地区无疑也有缓解旱情和暑热的作用,一次直径不算太大的台风,登陆时可带来大约30亿吨降水。赤道地区气候炎热,若不是台风驱散这些热量,热带会更热,寒带会更冷,温带也会从地球上消失。台风太大太多不行,没有也不行。

5. 梅雨

  每年春末夏初期间,我国江淮流域一带都要出现持续一个月时间的阴沉多雨、高温高湿天气。在这段时间里,衣服、器具容易受潮发霉,人们称这种天气为“霉雨”,简称为“霉”。又因为这段时间正是江南梅子黄熟的时节,所以又称为“梅雨”或“黄梅雨”。宋代诗人司马光《有约》诗写道::“黄梅时节家家雨青草池溏处处蛙”,生动地描述了黄梅时节江淮一带普降梅雨的情景。

  “霉”与“梅”两者含意相同,但现代气象学上通称为梅,而历书上多称为霉。梅雨季节开始之日叫“入梅(霉)”,结束之日叫“出梅(霉)”。历书上入霉与出霉是这样规定的::把芒种后第一个丙日定为入霉;把小暑后第一个未日定为出霉。《月令广义》载:芒种后逢丙入梅,小暑后逢未出梅”。所以,入梅一般是在六月六日到六月十五日;而出梅因地支有十二个字的缘故,一般是在七月八日到七月十九日。但是,入梅和出梅时间每年不同,梅雨季节也长短不一。历史上,入梅时间最早的出现在五月下旬,最晚的出现在七月初;出梅最早在六月中旬,最晚到八月上旬。梅雨季节长达两个月,而短的只有几天,以至“空梅”。

  梅雨有典型梅雨和迎梅雨两种,它们主要区别于出现时间的早晚和雨量,雨期的大小及长短。我们通常所说的梅雨是指典型梅雨,它出现于六月上旬入梅,七月上中旬出梅。而迎梅雨是指出现在典型梅雨之前的五月份的雨水,它一般为期半个月左右,雨量较典型梅雨为小。但此时正是江淮一带麦子生长的后期,下雨会使小麦发生赤霉病。

  典型梅雨是长江中下游地区初夏雨水的主要来源,对农业生产至关重要。六月间,正是江淮流域三麦等夏熟作物收获、水稻栽插和夏播作物播种时期,充沛的雨水对插秧、播种十分有利。但阴雨又影响夏熟作物的收割,打场,如果梅雨时间过长,甚至出现暴雨,不仅会出现“烂麦场”,还会形成江淮流域的洪涝。而雨量过少,甚至“空梅”(干黄梅),则易发生干旱。

  长期以来,广大农民在生产实践中,积累了不少预测黄梅季节的早晚和雨量多少的经验,并以农谚的形式留传下来,以此为依据进行排涝抗旱的准备。如“春暖早黄梅,春寒晚黄梅”,说明春季温度与黄梅雨来得早晚的关系。又如“二一九欠东风,黄梅无大雨”、“发尽桃花水,必有旱黄梅”,说明了寒冬“二九”缺少东风和春季桃花开放时雨水多,黄梅雨就少的一般规律。而当黄梅一开始就下雨时,农谚又有“雨打黄梅头,堤岸变成沟”的说法,意思是梅季一到就下雨,下雨的日子长,雨水多,连堤岸也变成沟了。


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