7．4 中尺度系统发展和大气过程不稳定

    前面讨论的大尺度环境条件对中尺度对流系统的发生发展只是必要的，而不是充分的。实际上对流系统的发生发展，除大尺度环境具有有利的条件，还要存在大气过程不稳定的强迫机制。如前所述，这种不稳定的强迫机制有两类，一类主要是非均匀性质下垫面所引起的强迫(如海陆风、山谷风环流等)；另一类主要是大气内部过程不稳定所引起的强迫(如锋生引起的横向环流等)。本节着重从物理概念上讨论几种可视为中尺度对流系统形成机制的不稳定理论。

7．4．1 对流不稳定

    对流不稳定指的是一定厚度的气层被抬升后，由原来即使是稳定的层结(γ＜γm)而变为不稳定层结(γ＞γm)的情形，这种演变过程可用图7.24说明。设气层AB初始为稳定层结(γ＜γm)，A＇B＇为其露点分布，下湿上干。设该气层被抬升时其截面积不发生变化，由于质量守恒，其顶、底之间的气压差也不发生变化。开始A、B两点都沿干绝热线上升。因A点湿度大，先于B点达到饱和(C点)，此时B点到达C＇点，因其较干而未达饱和。如气层继续被抬升，则A点沿湿绝热线上升，而B点仍沿干绝热线上升，直到B点达到其凝结高度E点，整层达到饱和状态，此时底部A移到D点。DE为初始AB气层被抬升整层达饱和时的温度层结。显然，此时有γ＞γm，呈现出不稳定状态，这就是对流不稳定(或通称位势不稳定)。由图可知，此时气层顶部的

    对流性稳定度的变化，或对流不稳定建立的机制，在于分析所讨论气层顶、底的θse随时间的变化。由于等压面上的θse随温度T和比湿Q而变化，因此，可通过分析气层顶、底温、湿度变化的差异来判断对流稳定度的变化。

    (1)在高层冷中心或冷温度槽与低层暖中心或暖温度脊可能叠置的区域，有利对流不稳定建立，促使对流系统生成发展。

    (2)当深厚气层受槽前偏南气流控制，且低空急流较强，暖、湿平流明显，而在中高层暖、湿平流较弱时，有利对流不稳定建立，出现强对流天气。

    (3)在中高层受冷涡、槽后控制，冷平流引发干冷空气入侵，而中层以下有浅薄的热低压接近，或有偏西南气流，或有暖平流等，易使对流不稳定增强，形成对流天气。

    (4)当低层有湿舌，而在其上覆盖干空气层时，或在高层干平流与低层湿平流相叠置的区域，可使对流不稳定增强，有利强对流天气形成。

    (5)在冷锋越山时，若山后低层为暖空气控制，则由于山后低层暖空气之上有冷平流叠加，使对流不稳定增强，而常在山后形成大片雷暴区。

    此外，非绝热效应引起的温度变化，对对流不稳定的建立也有作用。例如，白天因日射使低层空气被下垫面加热，或当冷空气移到暖下垫面低层变性增暖，而上空的非绝热作用很弱，则将增强气层对流不稳定。夜间云顶的辐射冷却作用，也有利于对流不稳定增强等。