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。     

定量分析几种Q矢量

结合1991年7月5日20:00～6日20:00一次典型的江淮梅雨锋暴雨过程，从台站实际业务工作需要考虑，细致、具体地比较分析了850 hPa、700 hPa及500 hPa 3个层次的准地转 Q 矢量散度场、半地转 Q 矢量散度场、非地转 Q 矢量散度场及湿 Q 矢量散度场与相应时刻地面降水场对应关系的差异，同时还针对每一种 Q 矢量，将其在850 hPa、700 hPa及500 hPa 3个层次的散度场对同时刻降水场的反映能力进行了比较。在定量比较的基础上，得到了对4种 Q 矢量诊断特性的具体认识:（1）在整个梅雨锋暴雨过程中，3个层次的半地转 Q 矢量散度场及准地转 Q 矢量散度场对雨区的反映能力较小，而非地转 Q 矢量的散度场和湿 Q 矢量的散度场对雨区的反映能力明显较前二者大，尤其是湿 Q 矢量散度场在每个层次的诊断能力基本都大于相应层次的其它 Q 矢量的散度场。（2）对于每一种 Q 矢量而言，基本都是在700 hPa的散度场与雨区的对应关系好于各自在850 hPa和500 hPa的散度场，尤其是700 hPa湿 Q 矢量散度辐合场对同时刻梅雨锋暴雨的强度及落区都有很好的指示作用。最后，基于理论的角度对各 Q 矢量的诊断特性进行了较为深入地探讨和比较分析，明确地指出了4种 Q 矢量存在理论前提上的差异。     

非地转湿Q矢量在云南冬季强降水中的分析应用

应用非地转湿Q矢量理论对2003年1月5～6日云南冬季的一次强降水过程进行诊断分析，结果表明：500hPa青藏高原横切变、快速东移的南支槽、低层700hPa西南急流、地面强冷锋是此次云南冬季强降水的主要影响系统；非地转湿Q矢量流场的辐合中心(辐合线)与强降水区吻合；近地面800hPa锋生函数场正值区的变化较好地反映了锋面的强度，锋生函数正值区范围与降雪区域对应较好；700hPa非地转湿Q矢量散度场辐合区与云南冬季强降水的产生及强度正相关。     

Q矢量在陕南大暴雨天气过程中的分析应用

应用非地转湿Q矢量理论对2007年7月5日的大暴雨过程进行诊断分析,结果表明;500hPa快速东移的小槽,低层700hPa关中横切变、西南急流,地面弱冷锋是此次强降水的主要影响系统;非地转湿Q矢量流场的辐合线南侧与强降水区吻合;近地面850hPa锋生函数场正值区的变化较好地反映了锋面的强度,锋生函数正值区范围与降水区域对应较好;850hPa非地转湿Q矢量散度场辐合区与强降水的产生及强度正相关。     

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。     

湿Q矢量散度场与ω场的比较

结合1991年7月5日20时至6日20时一次典型的江淮梅雨锋暴雨过程实况资料，系统、细致地比较分析了实时分析的湿Q矢量散度场与同时次改进后的MM4（MMM4）模式实时分析输出场之间的差异。结果表明：在整个梅雨锋暴雨过程中，湿Q矢量散度辐合场与同时刻地面雨区之间的对应关系较ω场优越；700hPa湿Q矢量散度辐合区对同时刻地面降水场有指示作用，尤其在梅雨的发展阶段及强盛时期，它对实际降水的落区及强度指示作用更为明显：MMM4模式中关于垂直速度计算的方法方案有待进一步改进。     

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.     

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。     

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.     

鲁西北持续性暴雨非地转湿Q矢量分析

利用常规观测资料、NECP/NCAR提供的1°×1°FNL全球再分析资料,对2012年鲁西北一次持续性暴雨进行了湿Q矢量方法诊断分析。结果表明：此次持续暴雨出现在有利的环流背景下,降水区域集中并有明显的中尺度特征,湿Q矢量方法是分析强降水落区很好的工具;925～850 hPa湿Q矢量散度与强降水落区有较好的对应关系,但暴雨并不总是出现在湿Q矢量散度负值区中心,有时出现在湿Q矢量散度梯度大的负值区一侧;700 hPa湿Q矢量涡度正值中心与散度负值重叠的区域是中尺度低值系统发展有利的区域,与未来6～12 h暴雨落区有很好的对应;湿Q矢量锋生函数差值预报强降水落区明显优于锋生函数。     

我国中部区域人工增雨天气系统分型及典型天气系统特点

利用常规气象观测资料、自动站观测资料和探空资料等,对所选取的2004—2013年共78例降水过程进行分析,将中部区域春秋季降水过程分为3个类型:低槽/切变线冷锋型、低涡(西南涡/西北涡)气旋型、低槽/切变线冷高压型。统计结果表明,中部区域春秋季降水出现概率最多的类型依次为切变线冷锋型、低槽冷锋型和西南涡类型,各天气类型的雨区移动方向均以自西向东为主,低层700 h Pa和850 h Pa多存在西南或偏南急流,水汽主要来自于孟加拉湾。分析中部区域3种主要降水类型特征及其增雨潜力区位置发现:1)低槽冷锋类型降水一般出现在500 h Pa和700 h Pa低槽前部、地面冷锋后部,多为连续性降水;其增雨潜力区主要位于500 h Pa低槽前部、700h Pa槽前和西南急流出口区的左侧,以及地面冷锋后部或锋线附近区域。2)切变线冷锋类型降水多出现在地面冷锋后部、低层切变线两侧附近;其增雨潜力区主要位于700 h Pa和850 h Pa两切变线之间且较靠近700 h Pa切变线一侧、急流出口左侧的带状区域。3)西南涡波动类型降水一般出现在低涡中心及700 h Pa暖式切变线两侧附近,降水持续时间较长;其增雨潜力区主要位于700 h Pa和850 h Pa低涡中心附近及暖式切变线北侧区域。     

1991年7月初江淮地区特大暴雨中不同尺度天气系统分析

利用水平平滑滤波方法对不同等压面上大尺度场的分析结果表明：在1991年7月1日—5日的暴雨过程中，从高层到低层青藏高原北部有一急流中心，急流中心位于40°N附近。和这次暴雨过程直接对应的急流中心位于29°N附近。1－5日这两个急流中心均稳定少动且中心风速比常年大。大范围降水区中的强暴雨中心和中低层的流场、风场辐合区以及扰动低压中心吻合较好。低层等压面上大中尺度系统相互作用项的区域平均值对700hPa中尺度系统发展的贡献最大。高层200hPa和中层500hPa贡献数值接近，高中低层大尺度系统相互作用项对700hPa中尺度系统发展的贡献具有同步性。     

2011年秋季河南省两个暴雨日特征对比分析

利用常规观测资料、加密观测资料及NCEP 1°×1°格点再分析资料,对2011年9月13-15日河南省连续两个暴雨日进行了对比分析,结果表明:这两次暴雨的落区均呈狭长带状,副热带高压与低槽的相互作用使冷暖气团在河南省上空交汇。第一个暴雨日为稳定性降水;第二个暴雨日对流性加强,有雷暴产生。第一个暴雨日中,锋面呈现出高低层基本一致的倾斜状态,暖湿气流沿着锋面倾斜上升;第二个暴雨日中,800-500 h Pa附近锋面陡立,产生了对流不稳定层结,强上升气流在750-500 h Pa附近接近于垂直发展,强度也显著增加。风场分析表明,第二个暴雨日,低层850 h Pa风速加强,而500、700 h Pa风速减弱,低层动力及热力作用的加强导致了不稳定因素增加。MPV1的演变表明,第一个暴雨日,锋区内部均为对流稳定;第二个暴雨日,MPV1正值带断裂,产生对流不稳定层结。MPV2的演变表明,第一个暴雨日,锋区存在着强斜压性及风垂直切变;第二个暴雨日,MPV2负值带断裂,斜压性加强,但风垂直切变有所减弱。     

一次连续暴雨的非地转湿Q矢量分解分析

利用实测暴雨资料,运用改进的非地转湿Q矢量对青藏高原东侧2005年7月18日至19日的一次连续暴雨天气进行了诊断分析。分析结果表明：700 hPa Q矢量散度场不仅将暴雨区反映出来了,而且散度辐合中心与降水中心对应。进一步把改进的非地转湿Q矢量分解为平行于等位温线和垂直于等位温线两部分,分析表明：准地转的大尺度系统与非地转非绝热的中小尺度系统在不同高度起着不同程度的作用,二者相叠加,形成暴雨。在第一阶段的暴雨中,大尺度的上升运动强迫作用在700 hPa占主要作用,而中小尺度系统在较低层次和中层起主要作用,促使强对流的发展和深对流的形成,对暴雨落区的反映也更准确。在第二阶段的暴雨中,垂直上升运动以中尺度非绝热强迫为主,随着对流不稳定能量的大量释放,中小尺度系统作用快速减弱,降水趋于减弱。     

2011年9月中国华西致灾暴雨环流特征及地形强迫效应分析

采用陕西及周边地区7213个雨量站资料,分析了2011年9月1-18日期间华西地区降水量分布特征,结果表明：该时段累计降水量是历史同期水平的2-3倍,持续时间长,致灾严重。降水主要分为4-6日、11日和16-18日3次大的过程。利用NCEP 1°×1°的资料分析3次过程的水汽和环流特征,表明暴雨区低层的主要水汽输送,除了偏南气流从川东一带向北输送外,还有偏东气流从华北平原南部一带向西输送。与3次降水过程对应,华西地区500 hPa有3次西风槽过境,700 hPa偏南风和850 hPa偏北风分别出现3个明显的控制时段;700 hPa偏南气流先期输送大量暖湿空气到华西地区,形成不稳定层结,当遇到偏北风输送的干冷空气楔入其下将其抬升时,叠加槽前的动力抬升作用和地形造成的风场辐合抬升,使得对流活动增强,不稳定能量释放,暴雨发生。稳定的环流形势（乌拉尔山阻高）导致特定地形下形成持续的不稳定层结以及动力抬升条件被不断重复满足,从而不断引发上升运动释放不稳定能量,这是2011年华西秋雨稳定持续的根本原因。