湿Q矢量在陕西大暴雨过程中的应用研究

利用非地转湿Q矢量,结合MM 5模式模拟输出结果,诊断分析了2002年6月8—9日发生在陕西及四川北部的一次大暴雨过程。结果表明:非地转湿Q矢量散度辐合区对应垂直上升运动,辐散区对应下沉运动;非地转湿Q矢量散度辐合区及辐合强度对暴雨的落区和强弱有很好的指示意义,非地转湿Q矢量散度辐合中心基本上是强降水中心,辐合愈强降水愈强。非地转湿Q矢量锋生函数场与暴雨的落区和强度也对应很好。     

非地转湿Q矢量分解在暴雨分析中的应用

利用非地转湿Q矢量对山东省春秋季两次罕见的暴雨天气进行了诊断分析。分析结果表明:暴雨期间都有较强的非地转湿Q矢量辐合,产生上升运动,形成暴雨。这一结果也表明凝结潜热加热对暴雨的产生有着重要的作用。本文进一步把非地转湿Q矢量分解为平行于等位温线和垂直于等位温线两部分。揭示在这两场暴雨过程中,虽然都有中尺度和大尺度辐合上升运动作用的叠加,但在春季暴雨的个例中,垂直于等位温线的非地转湿Q矢量的辐合与总的非地转湿Q矢量的辐合相接近,暴雨以中尺度上升运动为主。而在秋季暴雨的个例中,平行于等位温线的非地转湿Q矢量的辐合与总的非地转湿Q矢量的辐合在形状上相似,在强度上偏强,暴雨的上升运动以大尺度为主,中间夹杂着中小尺度的上升运动,降水以混合型为主。     

湿Q矢量在一次冷锋降雪过程中的应用

利用常规气象观测资料和NCEP 1°×1°再分析格点资料.对2008年1月28-29日一次强降雪天气过程进行诊断分析,计算了非地转湿Q矢量流场、非地转湿Q矢量水平和垂直分布以及非地转湿Q矢量锋生函数.结果表明,非地转湿Q矢量辐合区是强降雪发生的有利区域,非地转湿Q矢量散度负值区和非地转湿Q矢量锋生函数正值区能较好地预报出未来6 h降水落区,且其中心数值大小与未来6 h降水强度存在正相关关系.     

几种物理量在陇南暴雨预报中的初步应用

针对陇南出现暴雨最多的环流形势[1],对8次暴雨过程的数值预报产品资料进行合成平均,求出平均场,分析了Q矢量散度、螺旋度、假相当位温、Q矢量地转锋生函数、湿位涡和锋生函数等物理量场,这些物理量场不仅能很好揭示陇南暴雨形成的机制,同时对暴雨落区预报也有很好的指示意义。     

几种Q矢量的比较

利用 1 991 - 0 7- 0 5T2 0— 0 6T2 0一次江淮梅雨锋暴雨过程实况资料 ,结合地面降水分布 ,从定性 (矢量场 ,即 Q)、定量 (散度场 ,即 2 · Q)的角度细致、具体地比较分析了准地转 Q矢量、半地转 Q矢量、非地转 Q矢量及湿 Q矢量的诊断特性。结果表明 :半地转 Q矢量诊断能力优越于准地转 Q矢量。非地转 Q矢量、湿 Q矢量诊断能力明显优越于准地转 Q矢量、半地转 Q矢量。准地转 Q矢量诊断能力最差 ;从定性的角度分析 ,非地转 Q矢量与湿 Q矢量诊断能力相差不大。但进一步定量分析发现 ,在整个梅雨锋暴雨过程中 ,湿 Q矢量的诊断能力大于其他 Q矢量 ;70 0 h Pa高度上各 Q矢量的矢量、散度辐合区较其在 850 h Pa和 50 0 h Pa上对降水反映更好 ,尤其是70 0 h Pa湿 Q矢量散度辐合区与降水区有非常好的对应关系。     

Q矢量和湿Q矢量在暴雨诊断中的应用比较

利用常规探空和地面实测资料，以发生在2001年7月26—27日山西省晋中市的一次区域性暴雨为例，对准地转Q矢量和非地转湿Q矢量在暴雨诊断中的应用进行了定量对比分析，结果表明：（1）Q矢量对暴雨的预报有一定的指示作用，降水前期700hPa诊断效果最好，但在暴雨的强度和落区上存在明显偏差。而湿Q矢量在各层对暴雨均表现出良好的诊断特性，其散度辐合区与暴雨区有较好的对应关系，其强锋生出现6小时后开始产生强降水，且暴雨区与强锋生中心基本吻合，700hPa表现尤为突出。（2）Q矢量锋生函数分布表现出典型的准地转特征，而湿Q矢量锋生函数分布则具有明显的中尺度特征，因此，Q矢量适宜于研究与天气尺度系统相关的大气运动，而湿Q矢量更适宜于研究天气尺度系统激发的次级环流。湿Q矢量较准地转Q矢量更能反映出暴雨的落区和暴雨的中尺度特性，在反映暴雨的强度上也更具优越性。     

各非地转Q矢量之间的定量比较

结合"海棠"台风在2005年7月19日08:00~20日08:00再次登陆福建省24 h期间所造成的降水过程,在WRF模式成功地模拟了此次降水过程的基础上,利用模式模拟输出结果,通过计算900~600 hPaQ矢量散度的气柱平均值、Q矢量散度强迫产生的降水场,定量比较分析了非地转干Q矢量、非地转湿Q矢量及改进的湿Q矢量的诊断能力差异,结果表明:(1)非地转干Q矢量、非地转湿Q矢量及改进的湿Q矢量散度辐合场,对同期模拟雨区都具有一定指示作用,同时,非地转湿Q矢量和改进的湿Q矢量的散度辐合强度都较非地转干Q矢量散度辐合强度强,且改进的湿Q矢量散度辐合强度强于非地转湿Q矢量散度辐合强度,尤其是在主雨区表现的更为明显。相对来讲,改进的湿Q矢量散度辐合场对雨区的反映能力最强。(2)非地转湿Q矢量散度与改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水范围几乎相同,且明显较非地转干Q矢量散度强迫产生的雨区范围大,相对来讲,与同期模拟降水场的雨区更接近。改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水强度最强,非地转湿Q矢量散度强迫次之,非地转干Q矢量散度强迫产生的降水强度最弱。三种Q矢量散度强迫产生的降水强度都明显弱于同期模式模拟的降水强度,相对来讲,改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水强度更接近于模拟的降水强度。(3)三种Q矢量散度场以及强迫产生的降水场之间的差异,充分表明此次台风降水过程中伴有大量的大尺度稳定水汽凝结潜热和对流水汽凝结潜热释放,考虑了水汽凝结潜热加热作用的非地转湿Q矢量与改进的湿Q矢量,对降水反映能力均较非地转干Q矢量有所改进,尤其是后者。     

河南省一次大暴雨天气过程的非地转湿Q矢量分析

利用NCEP/NCAR格点分析资料,根据非地转湿Q矢量对2005年8月28-29日河南省大暴雨天气过程进行了诊断分析,试图找出非地转湿Q矢量与大暴雨过程的关系,分析结果表明,大暴雨区和非地转湿Q矢量辐合区以及上升运动区有较好的对应关系,暴雨产生在低层负的非地转湿Q矢量散度区域内,非地转湿Q矢量所激发的次级环流有利于暴雨的维持和发展,暴雨落区位于次级环流的上升支一侧。     

几种Q矢量的比较

利用1991-07-05T20—06T20一次江淮梅雨锋暴雨过程实况资料,结合地面降水分布,从定性(矢量场,即Q)、定量(散度场,即2∇·Q)的角度细致、具体地比较分析了准地转Q矢量、半地转Q矢量、非地转Q矢量及湿Q矢量的诊断特性。结果表明:半地转Q矢量诊断能力优越于准地转Q矢量。非地转Q矢量、湿Q矢量诊断能力明显优越于准地转Q矢量、半地转Q矢量。准地转Q矢量诊断能力最差;从定性的角度分析,非地转Q矢量与湿Q矢量诊断能力相差不大。但进一步定量分析发现,在整个梅雨锋暴雨过程中,湿Q矢量的诊断能力大于其他Q矢量;700hPa高度上各Q矢量的矢量、散度辐合区较其在850hPa和500hPa上对降水反映更好,尤其是700hPa湿Q矢量散度辐合区与降水区有非常好的对应关系。     

非地转湿Q矢量的改进及其应用

在完全考虑非绝热加热项作用的前提下,从原始方程出发,推导出改进后的非地转湿Q矢量(Qq),以及用其散度作强迫项的ω方程,将其应用于一次梅雨锋暴雨诊断分析,结果表明:改进后的非地转湿Q矢量对同时刻地面降水的反映能力较岳彩军改进的湿Q矢量(QM)、原非地转湿Q矢量(Q*)、非地转Q矢量(Q#)有显著的提高;在整个梅雨锋暴雨过程中,500 hPa高度上的Qq矢量散度辐合场的辐合强度及其辐合中心位置对同时刻的降水强度及雨区位置有非常好的指示作用;Qq矢量的垂直分布揭示了次级环流的方向和强弱,暴雨位于次级环流的上升支附近.     

非地转湿Q矢量在北上台风“桃芝”造成山东大暴雨中的应用

利用非地转湿Q矢量方法诊断分析了北上台风"桃芝"减弱后的低压造成的山东半岛2001年8月1日的大暴雨过程.结果表明:非地转湿Q矢量散度负值区与暴雨落区有很好的对应关系,低层925 hPa非地转湿Q矢量散度对未来6～12 h的强降水有较好的指示意义, 明显优于常用的诊断物理量散度、水汽通量散度.925 hPa层次增温、增湿明显,可能是非地转湿Q矢量在这次台风暴雨中925 hPa层次比850 hPa具有指示意义的部分原因.可见非地转湿Q矢量是预报山东暴雨的一种有效工具,在山东暴雨、大暴雨天气过程预报分析中具有较高的应用价值,为山东的暴雨预报提供了一个新的思路.     

非地转湿Q矢量及其在华北特大台风暴雨中的应用

在非地转 Q矢量的基础上 ,考虑天气系统发展的主要热力强迫因子——非绝热加热作用 ,引入非地转湿 Q矢量的概念 ,并推导出其表达式以及用非地转湿 Q矢量散度为唯一强迫项所表示的非地转ω方程。同时 ,用非地转湿 Q矢量分析方法诊断了由北上台风倒槽引起的一次华北特大暴雨过程 ;结果表明 ,非地转湿 Q矢量能较清楚地揭示暴雨过程系统的演变 ;通过比较非地转湿 Q矢量、垂直速度和不考虑“湿”过程的“干”Q矢量散度与暴雨落区的配置关系 ,结果发现 ,非地转湿 Q矢量与降水落区存在最佳的对应关系 ,非地转湿 Q矢量散度负值区能较好地预报出未来 6h的降水落区 ,而且其中心数值的大小与未来 6h降水的强度存在正相关的对应关系 ,从而说明非地转湿 Q矢量对于暴雨天气系统诊断和预报是一种十分有效的工具 ,其散度负值区可以作为未来 6h降水落区预报的重要指标 ,为暴雨的预报提供了更广阔的思路     

应用湿Q矢量分解方法诊断分析“圣帕”(2007)台风暴雨

利用WRF中尺度模式模拟了台风"圣帕"(2007)登陆后,减弱成热带低压造成湘赣地区大暴雨的过程,并借助非地转湿Q矢量(Q*)及其分解对这次暴雨过程做了详细的诊断分析。结果表明:800 hPa的Q*矢量散度场的辐合区范围及其辐合强度对降水落区位置及降水强度有非常好的指示作用。将"总"Q*矢量分解成平行和垂直于等位温线两部分后,揭示出了不同尺度的Q矢量散度辐合强迫的不同作用:在暴雨强盛时期,大气以中尺度运动为主,在暴雨发生前、后时期,大气以大尺度运动为主。此外,非地转湿Q矢量散度辐合强迫产生的次级环流也有助于本次暴雨发展与维持。     

Q矢量、螺旋度、位涡及位涡反演在台风暴雨研究中的应用进展

Q矢量、螺旋度、位涡及位涡反演是近代天气学中的先进动力诊断工具。Q矢量被视为估算垂直运动的有效方法。螺旋度是表征流体边旋转边沿旋转方向运动的动力性质的物理量。位涡是一个综合反映大气热力和动力性质的物理量并具有守恒性和可反演性。位涡反演是指在给定位涡分布和边界条件且假定运动是平衡的情况下,可以反演出同一时刻的风、温度、位势高度等物理量的分布。台风暴雨形成机理及其预报研究一直是大气科学研究领域的重点和业务天气预报工作的难点。文章将着重总结分析国内外有关将Q矢量、螺旋度、位涡及位涡反演方法应用于台风暴雨研究的进展状况,并对未来如何综合应用上述诊断工具进行了展望。     

Q矢量研究进展

1978年至今30多年期间,Q矢量一直不断得到改进与完善,并被广泛应用于天气诊断分析及实际业务预报。Q矢量理论研究主要包括:准地转Q矢量、C矢量、广义Q矢量、半地转Q矢量、非地转干Q矢量、非地转湿Q矢量及非均匀饱和大气中的非地转湿Q矢量等。Q矢量应用研究主要包括:Q矢量分解及对Q矢量诊断分析能力的提高;Q矢量散度被定性用于短期天气预报工作;对以Q矢量散度为强迫项的ω方程的迭代计算及水汽作用的考虑,则将Q矢量分析应用于定量降水预报(QPF)。基于对30多年来Q矢量分析的理论研究及应用的总结、分析基础上,最后进行了有意义的讨论,指出了现阶段仍然存在的问题,并对未来研究工作方向进行了展望。     

非地转湿Q矢量在台风“云娜”暴雨过程中的分析应用

应用非地转湿Q矢量理论,对2004年8月12-15日台风“云娜”登陆后造成的大范围持续暴雨过程进行诊断分析。结果表明,非地转湿Q矢量能比较清楚地揭示台风暴雨的演变过程,非地转湿Q矢量的散度负值区和流场辐合区与未来12小时的强降水落区有较好的对应关系；非地转湿Q矢量的散度的垂直分布能够反映台风外围对流发展的深度,对判断台风在陆地上的维持有一定的意义。     

圣帕台风暴雨的非地转湿Q矢量的诊断分析

利用WRF中尺度模式模拟了台风"圣帕"登陆后减弱成热带低压造成湖南省大暴雨的过程,使用模拟输出的高分辨率资料,借助非地转湿Q矢量对这次暴雨过程做了详细的诊断分析.结果表明:非地转湿Q矢量能比较清楚地揭示此次暴雨演变过程,尤其700 hPa的非地转湿Q矢量散度场对降水预报具有较好的指示意义,其散度辐合区域对应着降水的落区,散度辐合强度变化指示着降水强度的变化趋势,并且非地转湿Q矢量散度辐合强度的大小可预示着未来3～6 h降水的强弱,是具有预报价值的;非地转湿Q矢量散度是非地转ω方程的强迫项,并与地形条件共同作用激发了地面中尺度系统的发展与次级环流的形成,是此次暴雨得以发展与维持的机制.     

非地转湿Q矢量分析及其在暴雨过程中的应用

从包含非绝热效应的“P”坐标出发，直接通过方程各项的量级比较，对方程尺度分离后进行简化，引入非绝热加热作用的非地转湿Q矢量概念，并推导出其表达式以及以非地转湿Q矢量散度为唯一强迫项的非地转w方程。并将其在实际暴雨过程中应用，分析非地转湿Q矢量在降水过程中的可应用性。发现非地转湿Q矢量散度的辐合区与上升运动有较好的对应关系，而且与非地转w方程的垂直速度相比较能分离出较小的尺度，对暴雨的预报起更好的指示作用。     

云南一次持续性暴雨过程的非地转湿Q矢量分析

应用非地转湿Q矢量（Q^*）理论，对2001年5月31日至6月2日发生在云南的持续性暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明，非地转湿Q矢量辐合区是暴雨发生的有利区域；非地转湿Q矢量的垂直分布反映了次级环流的方向和强弱，云南的暴雨落区位于次级环流的上升支附近。     

梅雨锋暴雨的Q矢量定性分析

本文利用1991年7月5日20时－6日20时一次江淮梅雨锋暴雨过程实部资料，结合地面降水分析，定性地比较分析了准地转Q矢量、半地转Q矢量及湿Q矢量的诊断特性。结果表明，半地转Q矢量比准地转Q矢量优越。非地转Q矢量与湿Q矢量相差不大，都明显比半地转Q矢量及准地转Q矢量优越。准地转Q矢量表现最差；700hPa各Q矢量的辐合场较各自在850hPa及500hPa的相应场对降水的反映更好，尤其是700hPa非地转Q矢量及湿Q矢量辐合场与同时刻地面降水的发生有很好的对应关系；与降水对应的Q矢量的辐合场基本位于槽前及气旋的中、前方，这对台站实际业务预报工作有参考价值。