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。     

“海棠”台风（2005）降水非对称分布特征成因之大气因子研究

利用NCEP/NCAR FNL（Final Analysis）资料,通过分析1 000～600 hPa（低层）、500～100 hPa（高层）气柱内水汽条件、垂直上升运动条件及计算非地转干Q矢量及其分解、非绝热加热作用,进一步揭示大气因子对“海棠”台风（2005）降水非对称分布特征形成的贡献。结果表明:（1） 台风路径左右两侧低层大气湿度条件相当,而高层大气的湿度则是右侧明显比左侧大。（2） 台风路径右侧的高、低层大气中的垂直上升运动的范围、强度均比左侧广、强。（3） 台风路径左右两侧的高层大气对垂直上升运动的强迫作用相当,而台风路径右侧低层大气垂直上升运动的范围、强度明显比左侧广、强。均呈现出明显的非对称分布特点。进一步Q矢量分解诊断分析表明,低层大气中尺度天气系统对垂直上升运动的强迫作用比大尺度天气系统的强迫作用大。（4） 台风路径左右两侧的高、低层大气中均一直存在非绝热加热作用,且在范围及强度上均呈现出一定的非对称分布特点。高层大气的湿度条件、低层大气对垂直上升运动的强迫作用,尤其是低层大气中尺度天气系统的强迫作用,及高、低层大气中的非绝热加热作用,均呈现出与“海棠”台风（2005）降水场相似的非对称分布特征,表明上述大气因子均有助于降水非对称分布特征的形成。      

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。     

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。     

一次北方暴雨的Q矢量诊断分析研究

考虑水汽相变的凝结潜热作用,引入广义位温,发展了包含广义位温的Q矢量,并在此基础上推导了非地转湿大气Omega方程。(1)包含广义位温的Q矢量是Omega方程的唯一强迫项,由拟涡度伸展矢量、锋生矢量和非绝热加热梯度等三项构成。(2)利用包含广义位温的Q矢量对一次北方夏季暴雨进行诊断分析,发现包含广义位温的Q矢量对降水区的垂直运动结构有良好指示意义,可以综合表征次级环流、锋生和锋消、大尺度和中尺度强迫等多种物理因素,而这些均是影响暴雨发生发展的重要因素,因而包含广义位温的Q矢量及其散度与强降水的发生发展密切相关。(3)利用美国全球预报系统24 h预报场对包含广义位温的Q矢量散度进行计算,结果表明预报的Q矢量散度在时间和空间上与观测6 h降水联系紧密,根据预报的Q矢量散度的异常能够判断降水的可能落区。     

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。     

台风登陆后非对称降水的非地转湿Q矢量研究

利用NCEP再分析资料和热带降水测量卫星资料,采用改进后考虑非绝热加热的非地转湿Q矢量理论,对“0907”号热带风暴“天鹅”登陆后非对称降水特征进行研究.结果表明:(1)台风登陆后雨带出现断裂,降水呈现明显非对称性特征,强降水主要位于第二象限;(2)非地转湿Q矢量散度分布较好描述了台风登陆后降水的非对称性,与降水的分布有较好的对应关系,强降水主要位于湿Q矢量散度梯度的大值区;(3)沿台风移动方向上,非地转湿Q矢量辐合、辐散交替分布构成雨区内的垂直环流结构,其中倾斜上升支的非对称结构,造成了降水的非对称性;(4)经过台风中心存在纬向的次级环流,对降水起抑制作用,其东西向的不对称结构有利于降水的非对称性发展;(5)非绝热加热项有利于加强降水的非对称性特征.     

“尼伯特”台风暴雨过程中温州北部和南部降水差异的成因分析

利用温州地面自动气象站资料和日本0.5°×0.5°分析资料,对2016年7月8—9日"尼伯特"台风暴雨过程中温州北部与南部降水差异的成因进行分析。结果表明:1)北部东南气流较弱,降水小;南部受东南低空急流影响时间较长,有利于产生强降水。2)北部水汽辐合弱,提供的水汽有限;南部水汽辐合强,提供的水汽充足。3)南部的SWEAT指数高于北部,强降水的不稳定条件优于北部。4)北部低层辐合弱,高层辐散弱,低层非地转湿Q矢量辐合小,上升运动弱,降水也弱;南部低层辐合强,中低层和高层辐散强,低层非地转湿Q矢量辐合大,上升运动强,有利于产生强降水。     

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。     

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.     

台风Lekima(1909)登陆前后动热力结构变化对浙江极端降水的影响

利用NCEP FNL 1 °×1 °的全球再分析资料、FY-2F卫星相当黑体亮温TBB资料、中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水资料和多普勒天气雷达资料,重点分析了台风Lekima(2019)发展演变过程中的动热力结构变化和水汽分布特征与浙江极端强降水之间的关系。台风Lekima(2019)近海急剧加强为具有特殊双眼壁结构的超强台风,登陆前后环境水平风垂直切变维持较小值是主导台风高强度维持的重要原因。浙江上空维持着强盛的低层辐合和高层辐散场,高低层辐散风的高强度维持使得次级环流抽吸作用强,低层旋转风和辐散风对水汽、动量和热量的输送和分布起到显著的再分配作用,而中层的辐散风风向和风速变化对螺旋云带中的中尺度对流性降水具有重要的指示意义。登陆前后台风低层东北侧(超)低空急流和中层的辐合线是此次浙江台风暴雨的关键点,业务中需密切关注登陆前后台风东北侧的低空急流的影响区域及其变化。此外,700 hPa上非地转湿Q矢量散度场能较好指示未来1小时短时强降水的落区和强度变化,同时结合垂直速度场和低层水汽辐合场来综合判断台风降水落区的效果更佳。      

STUDY ON THE GENESIS OF ASYMMETRICAL DISTRIBUTION CHARACTERISTICS OF PRECIPITATION ASSOCIATED WITH THE TYPHOON HAITANG (2005) FROM THE VIEW OF ATMOSPHERIC FACTOR

The distribution of precipitation field from the typhoon Haitang (2005) during its landing on Fujian province shows obvious asymmetric feature. Based on the NCEP/NCAR FNL (Final Analysis) data, this study reveals the contributions of atmospheric factor to the asymmetrical distribution characteristics of precipitation associated with the typhoon, through the analysis of water vapor condition, vertical ascending motion condition, the calculation of the dry Q vector and its decomposition, and adiabatic heating in the air column of 1000hPa -600hPa (lower atmosphere) and 500hPa-100hPa (upper atmosphere). The results are as follows: (1) In the lower atmosphere, the humidity on both sides of typhoon path can be equivalent, while it is more wet on the right side than left in the upper atmosphere, which obviously presents asymmetric distribution characteristics. (2) Both range and intensity of the vertical motion on the right side are wider and stronger than counterparts on the left side no matter in the lower or upper atmosphere. (3) In the upper atmosphere, forcing role of atmosphere in vertical upward motion on the right side of typhoon path is the same as that on the left, while it is significantly different in the lower atmosphere, which is significantly broader in scope and stronger in the intensity, along with obvious asymmetric distribution characteristics. In addition, the further analysis of the Q vector decomposition indicates that the forcing effect of mesoscale weather systems on vertical upward motion is stronger than that of large scale weather systems in the lower atmosphere. (4) The adiabatic heating always exists on both lower and upper atmosphere, and the range and intensity of the adiabatic heating forcing showed asymmetric distribution on both lower and upper atmosphere. (5) In a summary, the upper atmosphere humidity conditions, the forcing role of lower atmosphere in vertical upward motion, especially, to mesoscale weather system, and adiabatic heating in the lower atmosphere, all show similar asymmetric distribution characteristics to that of precipitation field from the typhoon Haitang (2005), that is to say, the atmospheric factors as mentioned above are all contributed to genesis of the asymmetric distribution characteristics of precipitation.     

一次暴雨过程中的湿Q矢量诊断分析

在非地转Q矢量的基础上,考虑大气系统发展的主要热力强迫因子一非绝热加热作用,引入非地转湿Q矢量(Q^ )的概念,并应用这一理论对1999年6月23日至24日的一次暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明,Q^ 辐合区是暴雨发生的有利区域;Q^ 的垂直分布反映了次级环流的方向和强弱,暴雨落区位于次级环流的上升支附近。从而说明Q^ 对暴雨天气系统的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预报降水落区的重要指标,为暴雨的预报提供了更广阔的思路。     

台风“利奇马”期间苏州大暴雨物理量诊断和微物理特征分析

采用日本气象厅的最佳台风路径及强度资料、NCEP/NCAR逐6 h细网格再分析数据,分析了"利奇马"暴雨影响相关的云水含量、假相当位温、水汽通量散度、Q矢量、湿位涡等物理量;通过苏州雨滴谱资料,分析降雨强度、雨滴数密度、雨滴平均直径、雨滴含水量、雷达反射率因子、雨滴谱宽等微物理量特征。结果表明降水落区位于环境垂直风切变顺切的左侧。暴雨期间能量和水汽条件较好,低层Q矢量梯度使辐合上升增强,且其非对称性对暴雨落区有指示意义,湿位涡的发展也有利于暴雨的加强;另外,微物理分析表明冷云降水机制使降水效率大幅提高,雨滴谱能较好地反映台风降水特征,强降水主要由层状云中嵌入的对流降水引起。强降水时段雨滴谱的相关微物理量等都呈现较大值。     

1909号超强台风“利奇马”强降水特征的诊断

基于TRMM卫星降雨资料、MERRA-2卫星位势高度、风速、垂直速度等资料，对1909号台风"利奇马"的移动特征及其引发浙江、江苏、山东等地暴雨进行诊断分析.分析结果发现，台风"利奇马"是北上型台风，移动路径主要受副高与1910号台风"罗莎"等系统影响.在北上的过程中，由于台风倒槽与西风槽携带的冷空气配合，且存在大量不稳定能量，引发了此次强降水过程.此外，低空急流及西风槽为降水提供了良好的动力上升条件，南海西南季风与台风"罗莎"是台风"利奇马"充沛的水汽与能量来源，为暴雨提供了良好的水汽条件.     

非地转湿Q矢量在台风暴雨预报中的应用试验

利用NCEP/NCAR全球格点资料和TRMM卫星资料,采用改进后的非地转湿Q矢量,对0908号台风＂莫拉克＂引起的台湾南部特大暴雨过程进行预报应用试验。试验结果表明：（1）850 hPa高度层的非地转湿Q矢量散度及水汽通量散度分布可以预报未来24 h暴雨的落区及其雨带的分布,暴雨发生在Q矢量散度梯度大值区靠近辐合区域,同时该区域要有水汽辐合中心,雨带分布与该梯度大值区分布基本一致。（2）Q矢量辐合区的倾斜式发展很好地描述了暴雨中心强对流系统垂直结构,强对流系统发展旺盛期出现在暴雨发生前的18 h,具有一定预报意义。（3）台风暴雨发生在次级环流的上升支附近,最强次级环流上升支出现在暴雨发生时期;次级环流中的上升气流从低层到高层的倾斜方向较好地描述了雨带的移动,次级环流的调整比雨带移动提前了24 h,具有较好的预报应用价值。     

非地转湿Q矢量在台风暴雨预报中的应用试验

利用NCEP/NCAR全球格点资料和TRMM卫星资料,采用改进后的非地转湿Q矢量,对0908号台风“莫拉克”引起的台湾南部特大暴雨过程进行预报应用试验.试验结果表明:(1) 850hPa高度层的非地转湿Q矢量散度及水汽通量散度分布可以预报未来24 h暴雨的落区及其雨带的分布,暴雨发生在Q矢量散度梯度大值区靠近辐合区域,...     

西行台风背景下云南一次短时强降水过程的成因分析

利用云南省自动气象站雨量资料、卫星和闪电定位仪资料、雷达回波资料、NCEP 1 °×1 °再分析资料和地面、高空常规观测资料对云南一次典型的台风前侧短时强降水过程的成因进行分析,结果表明:在2017年13号台风“天鸽”西行影响云南的天气背景之下,短时强降水出现在台风前侧700 hPa风速辐合区和边界层辐合线附近。台风前侧偏东低空急流向云南境内输送水汽和能量,边界层辐合线触发垂直上升运动,700 hPa风速辐合区利于垂直上升运动的维持和加强,促使水汽的辐合与不稳定能量的释放,引发短时强降水。在中等强度深层垂直风切变的作用下,云南东部中尺度对流系统(MCS)频繁产生并向西传播发展,MCS相互作用组织成飑线系统,在东北气流的引导下,飑线从云南中部移至云南西南部,MCS和飑线是大范围短时强降水的直接影响系统。