2004-07-16河南省特大暴雨过程螺旋度分析

应用螺旋度理论对2004年7月16～17日河南省特大暴雨天气过程进行了诊断分析.结果表明螺旋度分布与低层天气系统有很好的对应关系,暴雨过程中相对垂直螺旋度大值区长轴始终与低层南北向切变线走向一致;大暴雨区与低空水平螺旋度大值区长轴走向一致,且与水平螺旋度梯度≥130 m·s-2的区域基本对应;暴雨首先产生在高湿中心与不稳定能量中心相重叠区域,并随相对垂直螺旋度正值增大而增强,且与水汽输送区相对应.     

螺旋度及螺旋度方程的讨论

文中从无摩擦的运动方程出发 ,利用量纲分析的方法 ,导出简化了的螺旋度方程和不同方向上的螺旋度方程 ,并对影响它们变化的各因子进行了讨论。分析结果表明 ,除了Lilly在 1986年研究中强调的浮力效应外 ,压力梯度与涡度共同作用项和力管项对螺旋度的变化也有重要影响 ,甚至比浮力效应更大 ,且力管作用、水平压力梯度与水平涡度共同作用主要影响水平螺旋度 ,浮力效应、垂直压力梯度与垂直涡度共同作用主要影响垂直螺旋度 ;螺旋度的输送和大气的辐散、辐合对螺旋度变化的影响较弱 ;地转偏向力 (无论是在水平方向还是垂直方向 )的作用要在系统水平尺度较大时才能体现出来。水平和垂直方向上的螺旋度既相互区别在暴雨、强对流天气过程中表现出不同的作用 ,又相互联系。一方面 ,水平螺旋度更具预示性 ,对预报强风暴有指示意义 ,而垂直螺旋度更倾向为能反映系统的维持状况和系统发展、天气现象的剧烈程度的一个参数。另一方面 ,大的正水平螺旋度有助于垂直螺旋度的增长 ,而与垂直螺旋度对应的运动可能对水平螺旋度产生影响。将中尺度模式和螺旋度计算结合起来可能可以提高风暴路径和雨区的预报准确度。     

2004—07—16河南省特大暴雨过程螺旋度分析

应用螺旋度理论对2004年7月16～17日河南省特大暴雨天气过程进行了诊断分析。结果表明：螺旋度分布低层天气系统有很好的对应关系，暴雨过程中相对垂直螺旋度大值区长轴始终与低层南北向切变线走向一致；大暴雨区与低空水平螺旋度大值区长轴走向一致，且与水平螺旋度梯度≥130m．s^-2的区域基本对应；暴雨首先产生在高湿中心与不稳定能量中心相重叠区域，并随相对垂直螺旋度正值增大而增强，且与水汽输送区相对应。     

西南涡区域暴雨的中尺度滤波分析

利用常规观测资料和NCEP再分析资料,采用Barnes带通滤波器,对2010年7月14-18日以及2012年7月3-5日西南涡引发的暴雨天气过程进行了中尺度滤波分析。结果表明,选取恰当的滤波参数,Barnes带通滤波器能够选出含西南涡在内的中尺度天气系统。对西南涡发生、发展、分裂和东移4个阶段的流场进行中尺度滤波分析发现,中尺度滤波可以更好地刻画西南区域的中尺度环流特征。对滤波后资料的螺旋度诊断计算表明,螺旋度的大值区有利于强对流系统以及低涡生成和发展。局地垂直螺旋度的正、负值中心分布可以较好地反映降水落区,雨区发生在局地垂直螺旋度正、负中心之间的梯度大值东侧;降水强度的变化与积分垂直螺旋度量值的变化对应较好。垂直局地螺旋度和积分垂直螺旋度对暴雨的落区和强弱变化有很好的指示意义。     

云南初夏罕见暴雨的螺旋度分析

应用螺旋度理论,对2001年初夏(5—6月)云南罕见的暴雨天气过程进行了诊断分析,结果表明：暴雨产生在低层700hPa正的hp螺旋度与不稳定能量区重叠的区域内,其变化对天气系统的移动、发展及暴雨的落区和强度有一定的指示意义;暴雨区上空hp螺旋度呈高层负中心、低层正中心分布;螺旋度还反映了大气垂直运动分布特征和旋转状况。     

“2002.3”华北地区强沙尘暴天气的螺旋度分析

利用MM5非静力中尺度模式和螺旋度计算结果,对2002年3月18-22日华北地区发生的一次强沙尘暴过程进行了分析研究,重点分析了北京及周边地区水平与垂直方向螺旋度和完全螺旋度的结构变化及演变特征,结果表明：螺旋度的演变与强沙尘暴天气的发生、发展有较好的对应关系,将中尺度模式和螺旋度计算结合起来可以有效提高沙尘暴天气的预报准确度。     

2011-06-23豫南暴雨成因及完全螺旋度诊断分析

利用常规气象观测资料和NCEP1°×1°再分析资料,对2011年6月22-23日豫南暴雨过程进行分析,结果表明：此次河南区域暴雨是由高空后倾槽、中低层冷式切变线以及西路冷空气共同影响所致。夏季冷式切变线暴雨的低层有明显北风冷垫作用,水汽主要来源于对流层中低层。水平螺旋度的变化对天气系统的移动和发展具有较好的指示作用;垂直螺旋度的变化对降水的落区和强度预报具有较好的参考价值;暴雨区主要发生在高螺旋度与较高对流有效位能（h垂直〉10×10-8hPa·s-2、CAPE〈1500J·kg-1）相配合的环境中。     

2009年3次暴雪过程螺旋度分布特征分析

利用美国国家环境预报中心(NCEP)再分析资料,对2009年春季和冬季3次暴雪过程,分析螺旋度的分布与暴雪落区的关系。分析发现垂直方向上螺旋度的空间分布特征与低空系统有较好的对应关系,其强度变化既能反映天气系统的演变,又能对应大的降雪区域的变化。这样,垂直螺旋度的空间分布特征可用于确定影响系统的位置和降雪落区,垂直方向上螺旋度的强度与降雪的强度成正相关。     

一次暴雪天气过程的螺旋度分析

2009年3月19—20日新疆中天山出现暴雪天气,本文采用NCEP再分析资料计算和分析了这次暴雪天气过程的850～200 hPa范围内的垂直、水平螺旋度和总螺旋度,结果表明:暴雪区上空垂直螺旋度呈上负下正分布,有利于暴雪的发生;暴雪发生在低层水平螺旋度负值中心和整层螺旋度正值中心的东南边缘;总螺旋度强弱的变化反映了暴雪天气系统的趋势。分析表明螺旋度能较好地反映新疆暴雪天气的发展、维持状况及强弱程度,并对暴雪落区的预报有一定的指示意义。     

一次高原低涡东移引发四川盆地强降水的湿螺旋度分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、常规观测地面和高空资料,应用螺旋度原理,对2009年7月30～31日高原低涡东移引发四川盆地暴雨过程进行了天气动力学诊断分析。结果表明,500hPa湿z-螺旋度负值区水平分布与相应时段降水落区和强降水中心的分布对应较好,强降水时段,湿z-螺旋度负值有显著的增加;湿z-螺旋度垂直分布反...     

0908号台风“莫拉克”诱发浙闽暴雨的螺旋度分析

利用气象常规资料和NCEP同化资料,对0908号台风“莫拉克”登陆浙闽诱发的暴雨过程进行螺旋度诊断分析。结果表明：925hPa螺旋度与浙闽暴雨中心强降水演变一致;中低层水平螺旋度由负转正时,浙闽降水急剧增加,减少时则降水趋于结束;垂直螺旋度正极值区与强降水中心对应,预报台风强降水落区,垂直螺旋度比水平螺旋度更具有优势;垂直方向上,用中低层垂直螺旋度“由极大值减小”来判别“莫托克”暴雨结束时间,比水平螺旋度有更多有效预报时效;若能结合水平和垂直螺旋度预报强降水,将有助于提高台风强降水预报准确率。     

“99.8”山东特大暴雨的螺旋度分析

应用螺旋度理论结合湿度条件对１９９９年８月１１～１２日产生在鲁东南和鲁中北部的大暴雨,特大暴雨天气过程进行了诊断分析。结果表明：暴雨产生在高温、高温和不稳定大气中;５００ｈＰａ以下低层ｋ－螺旋度正值较大。暴雨产生在８５０ｈＰａ螺旋度中心附近。螺旋度的变化对天气系统的移动、发展及暴雨的落区和强度有较好的指示性;螺旋度还反映了大气垂直运动分布特征和旋转状况。     

河西走廊一次强沙尘暴天气的螺旋度诊断

应用NCEP再分析资料计算了螺旋度,通过总螺旋度、螺旋度的水平和垂直分布特征对河西走廊一次区域性强沙尘暴天气进行了诊断分析。结果表明:沙尘区位于总螺旋度负值区或零线附近;沙尘暴爆发区水平螺旋度高层300 hPa为负螺旋度控制,低层700 hPa为正螺旋度控制;在沙尘暴发生时,高层负螺旋度中心有一个明显增大的过程,沙尘暴爆发区对应高空低层螺旋度强梯度区内;沙尘暴爆发区的垂直螺旋度分布特征是上负下正;螺旋度对沙尘暴爆发区有较好的指示意义。     

强沙尘暴天气过程的螺旋度特征分析

利用NCEP/NCAR每日4次全球再分析网格点资料以及常规观测资料,对发生在内蒙古中西部的一次强沙尘暴天气进行了诊断分析。结果表明：在沙尘暴发生区上空,强沙尘暴发生时,螺旋度的绝对值达到最大,这与强沙尘暴发生的时间是基本一致的,且此时螺旋度的垂直分布呈明显的上负下正的形式,而在沙尘暴发生前和减弱时,或者螺旋度的垂直分布值较小,并且没有形成螺旋度明显的上负下正的分布形式;强沙尘暴天气爆发时,沙尘暴发生区上空螺旋度的垂直分布特征在对流层下层为正值区,对应正的垂直速度,而在对流层中上层为负值区,对应负的垂直速度,则低空深厚的上升运动区对应的螺旋度垂直分布形势十分有利于沙尘暴的发展;高低层螺旋度与强沙尘暴的发生、发展在时间上有较好的对应关系,这就说明螺旋度作为一个反映动力参数的物理量,在强沙尘暴预报中有一定的指示意义,且螺旋度的水平分布特征可以反映强对流天气的位置,与天气系统关系密切,故可以将其投入业务使用。     

一次暴雨过程的螺旋度分布特征分析

使用1°×1°的NCEP资料,计算能够反映旋转上升强度的物理量——垂直螺旋度,对2005年6月25-26日河南出现的一次大暴雨过程进行了诊断分析,发现垂直螺旋度的空间分布特征与各层的低值系统有较好的对应关系,其强度变化既反映了天气影响系统的演变,又对应了降水强度的变化。因此,垂直螺旋度的空间分布特征可用于确定影响系统的位置和降水落区,垂直螺旋度的强度与降水的强度成正比。     

广东"05.6暴雨"垂直螺旋度分析

利用NCEP的1°×1°格点资料和常规观测资料,对2005年6月广东发生的连续性特大暴雨进行垂直螺旋度诊断分析,结果表明:广东特大暴雨范围和强度与中低层正、高层负垂直螺旋度中心迅速增大、减小密切相关,并和中心增大、减小区域也有很好对应关系。当中低层正螺旋度迅速增大、高层负螺旋度迅速减小,或中低层正螺旋度中心增大、高层负中心减小区上下对应时,地面雨强最强且强降水范围最大。龙门连续2 d特大暴雨和广东最多暴雨日出现期间,垂直螺旋度有中低层正、高层负螺旋度闭合中心向低层明显传送的特征。     

齐齐哈尔一次暴雨的螺旋度诊断分析

本文利用NCEP再分析资料和实测资料对2009年8月19-20日齐齐哈尔暴雨过程进行垂直螺旋度诊断分析,分别对垂直螺旋度水平分布和垂直分布特征进行分析,求出垂直螺旋度在预报暴雨中的贡献。结果表明:根据垂直螺旋度的水平分布特征,可以预报暴雨移动方向和影响区域;螺旋度的垂直分布可以表明气旋发展和降水强度不同阶段。     

贵州02.6大暴雨的模拟与诊断分析

利用MM5中尺度模式对贵州2002年6月18日00时～19日00时的暴雨天气过程进行了数值模拟，首先利用模式输出的基本物理量分析了相当位温、垂直速度，并计算垂直螺旋度以及湿位涡正压、斜压项，诊断分析发现：暴雨中心位于最大垂直速度中心附近；南北两支闭合经向垂直环流对于暴雨区的低空入流和高空出流具有非常重要的作用。螺旋度的变化对暴雨的强度变化有很好的指示性，暴雨区位于螺旋度等值线密集区靠正螺旋度区一例；贵州大暴雨与500hPa“漏斗”形MPV1高值区同位相变化，高低层MPV1“正负值区垂直叠加”的配置是暴雨发生、发展的有利形势。500hPa上MPV2正值区与对流性降水区对应很好，而且强度变化也一致。     

我国螺旋度的研究及应用

对自20世纪90年代以来至今国内关于螺旋度理论及应用研究工作进行了较系统地总结,将螺旋度归类为垂直螺旋度、水平螺旋度及完全螺旋度,同时又将垂直螺旋度划分为局地垂直螺旋度和积分垂直螺旋度,详细介绍并给出了每一类螺旋度的计算表达式以及其在天气诊断分析中的应用状况,对螺旋度的应用研究现状进行了简单地分析与讨论,最后展望了未来螺旋度研究与应用的发展方向。     

一次台风倒槽暴雨过程的螺旋度分析

2005年7月20—23日,5号台风”海棠”登陆后与中纬度系统相互作用造成了河南省区域性暴雨天气过程。使用NCEP再分析资料,对这次暴雨过程中的螺旋度分布及演变特征进行了诊断分析。结果表明：本次台风倒槽暴雨发生在相对螺旋度大的环境场中,暴雨落在螺旋度大值轴附近偏向大值中心一侧,相对螺旋度值的变化大致反映了暴雨及其影响系统的强弱趋势;本次暴雨发生前和发生时,暴雨区上空对流层低层的局地螺旋度有大值中心形成并维持,而对流层上层则表现为局地螺旋度的低值区;相对螺旋度在反映暴雨强弱和落区方面存在一定局限性,其大小随环境场的风垂直切变大小而变化。