珠三角一次暖区强降水过程湿位涡的演变特征

首先利用常规资料分析了2008年6月13日发生在珠江三角洲地区的一次暖区强降水的天气背景,再借助于高时空分辨率的WRF中尺度数值模拟结果,对等压面湿位涡在强降水过程中的演变进行了诊断分析,结果表明:暴雨出现在高层高值MPV1和低层低值MPV1、低层高值MPV2的配置区,本次暴雨高层高值MPV1扰动来自西北和西南方向,低...     

陆面参数的扰动对一次西北暴雨模拟影响的研究

利用中尺度模式WRFV2．2及NCEPFNL资料,模拟了2007年6月16—17日的兰州暴雨,检验此次暴雨模拟对NOAH陆面模式参数初始扰动的敏感性。结果表明,此次模拟暴雨对陆面参数的扰动（如土壤孔隙度以及地表反照率的扰动）比较敏感;陆面参数扰动对此次暴雨模拟影响的最小时间尺度小于10h;陆面参数的扰动直接引起地表通量的变化,更为重要的是通过改变水汽输送的环流形势,从而对暴雨模拟产生较大的影响。     

0505号“海棠”台风暴雨数值模拟试验和分析

利用中尺度数值模式WRFv2.2较好的模拟结果, 并结合NCEP再分析资料、 地面自动站降水资料以及实况雷达回波资料对台风 “海棠” 造成的浙闽地区特大暴雨进行分析。研究发现, 这次暴雨属于台风中心北侧附近的螺旋云带降水, 主要是由边界层强中尺度辐合带直接影响造成的, 降水伴随着辐合带发展; 边界层顶的强东风急流和对流层低层强偏南气流在浙闽地区的交汇是强辐合带的成因; 台风向西北方向移动相伴东风急流和强辐合带的北移, 这是本次暴雨出现稳步北抬的原因。台风的三支不同气流在浙江南部和福建北部地区交汇上升, 起到了水汽通道和能量输送以及建立不稳定区的作用, 提供了暴雨的增幅与维持, 而气流的汇合主要发生在边界层内, 这也是中尺度辐合带高度受限于边界层的原因。浙闽地区复杂的中尺度地形对本场暴雨的发生有重要作用, 为暴雨的增幅做出了重要贡献, 但是, 对边界层不同气流造成的中尺度辐合带而言, 地形的作用较小, 仅可阻挡降水向西延伸。     

台风“韦帕”(0713)引发华东暴雨过程的诊断比较

采用湿Q矢量、螺旋度、湿位涡对给华东造成严重灾害的超强台风"韦帕"(0713)强降水过程进行诊断比较分析,结果表明:登陆前,上述物理量均能提前指示强降水落区,湿位涡有更多提前指示时间,螺旋度次之,湿Q矢量最少;登陆后,三者均能表征台风主体云系降水,湿位涡、螺旋度与强降水有较好对应关系,而湿Q矢量指示强降水位置偏北,但湿位涡会出现一定程度空报现象;台风深入内陆后,螺旋度预报指示明显不如湿位涡、湿Q矢量好,螺旋度指示强降水位置偏东,而湿Q矢量指示强降水范围略偏小;对台风后部强降水,湿Q矢量和螺旋度均未能预报出降水落区,而湿位涡仍有较好的预报效果。从区域平均看,螺旋度与湿Q矢量的预报指示时效小于12 h,而湿位涡超过12 h。     

不同参数化方案对安徽一次暴雨过程模拟的影响分析

使用WRF v3.4模式对2012年7月12—14日安徽的一次暴雨进行模拟。保持其他参数如辐射、陆面过程等不变, 将不同微物理过程(Eta、Kessler、Lin方案)与积云参数方案(KF、BMJ、GD方案)进行组合成9个试验。将试验模拟结果与实况进行对比分析, 发现:微物理方案的选取对于降水的雨强、位置、雨区范围的模拟都有一定的影响。积云参数化方案对于降水的范围, 雨带的位置模拟也都有影响, 但对于雨强的影响不大。将各试验模拟的逐小时降水与实况进行比较, 发现试验Eta-GD和Lin-GD模拟降水日变化与实况更接近。通过TS评分、ETS评分和系统偏差分析, 表明试验Eta-GD在此次暴雨过程的降水模拟中表现最好。     

2004年云南秋季强降水位涡诊断分析

利用NCEP格点资料和常规观测资料对2004年云南秋季强降水进行位涡诊断分析，结果表明，干湿位涡均能较好地反映天气系统的演变特征，干位涡能很好地反映滇黔辐合强弱和地面冷空气的移动路径。湿位涡则能反映暖湿气流活动特征。强降水发生期间，中高层强干湿位涡向低层传送，低层负湿位涡向上伸展。对流层中高层的干湿位涡强中心向低层传送方向和强度变化与强降水雨带移动方向及雨强变化一致。此次强降水对流层中层的强干位涡源位于川东，表明该过程与9月2—6日川东大暴雨有关。     

天津地区三次低涡暴雨过程的诊断分析

利用地面实况资料及NCEP再分析资料(1°×1°),选取2016年、2010年及2011年发生在天津市的3次强降水天气过程,分析其天气形势及水汽条件,并应用湿位涡理论对3次暴雨天气进行了诊断分析。分析结果表明:3次暴雨过程均发生在典型的东高西低的环流形势下,低空低涡是主要的影响系统之一。低涡的动力结构及水汽条件的差异对应不同的降水强度。正涡度区强度越强、维持时间越长,降水强度越大。2016年过程水汽通量散度明显强于另两次过程的,与其降水强度相匹配。湿位涡的时空演变可以很好地描述天津地区暴雨的发生发展。天津上空MPV_1负值区标志着不稳定能量的急剧增加,MPV_1负值区出现在降水发生前3 h至6 h,提前预示了天津地区暴雨天气的发生。MPV_1正值区对应强降水的区域。过程降水前MPV_2绝对值的激增,表明大气的斜压性增强,有利于气旋性涡度发展。MPV_2绝对值的激增基本同步于降水的发生。     

华南一次暴雨过程热力和动力特征的诊断分析

2015年5月19—20日广东省强降水过程具有降水集中、强度大和局地性强的特点,利用广东省自动气象站观测资料、ECMWF_FINE再分析资料,对此次强降水过程进行分析发现:华南地区受低槽东移影响,强降水发生在切变线南侧偏南暖湿流场中,粤北降水属于锋面降水,粤东降水属于锋前暖区降水,两者在水汽输送和动力机制上有显著区别。孟加拉湾和南海输送的水汽在这次强降水过程中占主导地位,南边界和东边界为水汽的流入边界,整体水汽输送以经向输入为主。暖区降水区域处于较强的水汽平流环境中,具有更大的水汽净输送量,造成粤东地区的降水量更大。对流层高层辐散比中低层辐合更为重要,是粤东暖区降水重要的动力属性,且暖区中低层流场的旋转效应弱,有区别于典型的梅雨锋降水。利用绝热无摩擦湿位涡守恒进行诊断发现对流不稳定是此次强降水发展的主要机制,暴雨发生区域对应湿位涡垂直分量为负值,水平分量为正值,底层MPV1＜0和MPV2＞0综合反映了大气对流不稳定和斜压不稳定的增强过程。降水区对流层低层受负湿位涡控制,低层湿位涡负值区与强降水落区有较好的对应关系。      

阿克苏北部暴雨和冰雹湿位涡对比诊断分析

应用湿位涡理论,分别对阿克苏北部2次暴雨和冰雹过程进行诊断分析。结果表明：θse面陡立易导致湿斜压涡度发展,形成θse陡峭密集区,密集区内暴雨和冰雹容易发生;850hPa MPV1〈0和MPV2〉0以及700hPa MPV1〉0和MPV2〈0,易产生暴雨,且MPV1和MPV2数量级相当,即正压过程与斜压过程同样重要。冰雹发生时850hPa MPV1〉0和MPV2〈0,由于影响系统的不同,700hPa MPV1和MPV2分布有所不同,但存在MPV1和MPV2的正负配置,有利于倾斜涡度发展。     

2005年6月湖南大暴雨过程的天气动力学诊断分析

利用NCEP分析资料和实测资料，对2005年6月初湖南大暴雨过程进行了天气动力学诊断分析。结果表明：暴雨区中上升运动和水汽辐合均大于周围区域，中低层为对流不稳定层结。暴雨区位于非地转湿Q矢量辐合强迫的次级环流上升支中，其南北两侧为非地转下沉气流，下沉气流的补偿有利于暴雨系统的维持。非地转湿Q矢量辐合区对6小时暴雨落区预报有指示意义。暴雨区位于700hPa湿位涡和850hPa湿相对位涡负值中心附近偏暖湿气流一侧。低层暖湿平流和强上升运动致使低层湿空气辐合补偿、热量上传，利于高层辐散增强，抽吸作用加强低空辐合，促使暴雨发展。     

一次江淮切变线暴雨过程的数值模拟与诊断分析

采用非静力中尺度模式WRFV3.3对2010年7月12-13日一次江淮切变线暴雨过程进行数值模拟,分析了暴雨形成的大尺度环流条件、中尺度气旋演变,并对涡旋与变形场的相互作用指数VDI与降水之间的关系进行了探讨。结果表明：本次暴雨过程为典型的切变线降水过程,是在高层200 hPa强大的南亚高压稳定少动,中层500hPa短波槽生成东移、西太平洋副热带高压维持的背景下,由低层700 hPa和850 hPa切变线上中尺度低涡以及地面梅雨锋扰动的共同作用造成的。WRFV3.3较好地模拟了本次暴雨过程的雨带和暴雨中心。中尺度气旋发生于长江中下游呈东北-西南走向的切变线上,暴雨发生于700 hPa切变线南侧、低空急流轴的左侧,急流轴上的大风速中心与1 h雨强有较好的对应关系。中尺度涡旋与大风速中心之间存在着明显的相关性,风速增强,涡旋增强。VDI指数对降水中心和强度有较好的指示性,有助于在实际预报业务中对降水中心和强度做出正确判断。     

江苏一次大暴雨过程的数值模拟

采用中尺度数值模式WRF（v2．2）对2007年7月7～9日发生在江苏的一次区域性大暴雨过程进行数值模拟,对模式输出资料,利用位涡与湿位涡理论分析了这次大暴雨维持发展的机制。分析结果表明,正位涡异常区对应着强上升区,低层湿位涡负值中心对应降水中心,高层正值区的移动也能预示雨区的移动,湿等熵面的陡立面的出现致使对流不稳定发展。     

北京7.21暴雨低涡演变的湿位涡分析

通过诊断再分析资料和数值模拟结果,从中层湿位涡守恒和低层湿位涡变化的角度分别对北京7.21暴雨过程中中尺度低涡的演变进行分析。结果表明,暴雨前期,对流层中高层高湿位涡的冷空气扩散南下,冷空气到达华北地区上空时,在有利等熵面的引导下从稳定层结向不稳定层结快速下滑,产生了剧烈的正涡度个别变化,使得低涡得到发展加强。另一方面,等熵面上冷暖空气的剧烈交汇在增强雨势的同时,也使得对流层低层至中层产生明显的涡度制造。在不考虑稳定度影响时,低层的非绝热过程引起的湿位涡制造与低涡发展有着很好的正相关,二者在位置上和量级上都有很好的对应。进一步分析表明,非绝热加热的水平不均匀分布是引起湿位涡变化的主要原因。     

贵州“2011.6”两次暴雨数值模拟研究

应用湿位涡理论,利用贵州84个县市地面气象观测站及1473个乡镇自动站逐时降水观测资料、ECMWF提供的0.25°×0.25°再分析格点资料及非静力中尺度模式WRF提供的数值模拟结果,对贵州省2011年6月17日08:00~18日20:00(简称“过程Ⅰ”)和6月22日08:00~23日20:00(简称“过程Ⅱ”)两次典型暴雨过程的θ_se和湿位涡进行诊断分析和数值模拟。结果表明:“过程Ⅰ”受一股冷空气影响,“过程Ⅱ”受两股冷空气影响。“过程Ⅰ”辐合中心位于27°N、107°E上空800hPa处,辐散中心位于27°N、107°E上空550hPa处。“过程Ⅱ”辐合中心位于27°N、107°E上空800hPa处,辐散中心位于28°N、107°E上空750hPa处。“过程Ⅰ”,贵州上空700hPa至近地面的MPV1正值中心和MPV2负值中心的分布与大暴雨落区(兴仁-晴隆-安顺和金沙-湄潭-务川)基本一致,“过程Ⅱ”MPV1的两个正值中心和MPV2强负值中心与大暴雨落区(毕节、六枝)吻合。两次暴雨天气过程中的贵州上空MPV1值明显比MPV2值偏大。WRF模式模拟的水汽辐合中心强度比实况偏强,模拟的“过程Ⅰ”辐合区比实况偏小,模拟的“过程Ⅱ”辐合区比实况偏大。WRF模式模拟“过程Ⅰ”的贵州上空MPV1正值区中心值比实况偏小,模拟“过程Ⅱ”的贵州上空MPV1正值区中心值比实况偏大,但模拟的正值中心与强降水中心基本一致。WRF模式对两次暴雨过程MPV2负值中心的模拟均表现为不太准确。WRF模式模拟影响贵州的冷空气比实况偏强,模拟的特大暴雨中心值比实况偏大,但“过程Ⅰ”模拟的特大暴雨中心位置比实况偏南10km,“过程Ⅱ”模拟的特大暴雨中心位置比实况偏南7km,可供贵州β中尺度暴雨预报参考。      

广义湿位涡理论及其应用研究

押重点介绍了诊断暴雨落区与强度的广义湿位涡理论研究方面的两个内容,一是由于暴雨系统中强降水引起的质量亏空导致的暴雨系统中质量强迫下的湿位涡异常理论,二是非均匀饱和大气中的广义湿位涡理论;对暴雨系统中质量强迫的物理意义和非均匀饱和大气中的广义位温引入的思路与意义作了详细说明,并对位涡理论作了细致推导。在此基础上,针对暴雨个例,利用质量强迫的湿位涡异常和非均匀饱和广义湿位涡异常诊断了暴雨落区,从理论和诊断上论证了利用这两种湿位涡异常判断暴雨落区的可行性。     

一次西南涡暴雨的湿位涡诊断分析

利用NCEP1°×1°再分析资料对2013年5月25~26日发生在我国中东部大范围的暴雨过程进行了湿位涡诊断分析,结果表明:(1)暴雨发生时低层湿位涡明显增加,湿位涡正压项自底层至高层呈现出“负-正”的分布特征,湿斜压项负值中心的演变反应出斜压性在强降水发生时所起的重要作用;(2)本次暴雨过程分两个阶段,第一阶段主要是因为强垂直风切变作用,使得降水具有强对流特征;第二阶段则是由于斜压性作用,降水分布广、持续时间长;(3)干冷空气沿着等熵面向下入侵到低层负位涡之上会导致对流不稳定度进一步加大,垂直运动发展使得低层水汽抬升,凝结潜热释放有利于中低层低涡的维持和发展。      

中国东部夏季风雨带向北推进与条件对称不稳定的关系研究

利用1981～2010年欧洲中期天气预报中心（ECMWF）ERA-interim再分析资料和中国741站日降水资料,分析了中国东部夏季风雨季期间,条件对称不稳定（CSI）与季风雨带季节性向北推进的关系。结果表明,逐月强降水距平场显示了雨带强降水中心自华南（4～6月）先北跳到江淮（5～7月）,再到华北（7～8月）的季节性进程,特别是7～8月强降水距平场具有“北多南少”分布特征,与对应的平均雨量场相比,其表征雨带季节性北跳现象更显著。与雨带强降水中心季节性变化一致,大气负湿位涡通量中心亦先在华南停滞（4～6月）、然后移到江淮（5～7月）,最后到达华北（7～8月）。在垂直方向上,CSI区4、5及9月主要在925～600 hPa,而6～8月抬升到700～600 hPa,CSI区也很好地表征了夏季风北进加强、南撤减弱以及所伴随的雨带变化趋势。在春末夏初,夏季风建立初期的华南、江淮雨季集中期,热成风（垂直风切变）作用对倾斜对流有效位能（SCAPE）的贡献占绝对优势,盛夏的华北雨季集中期则相反,浮力作用项（CAPE）占主要作用;同时,热成风作用项的季节分布与强降水中心季节变化一致,但浮力作用项却没有这种变化关系。条件性湿位涡通量指数（CMF index）可指示雨带强降水异常区。     

Study on moist potential vorticity and symmetric instability during a heavy rain event occurred in the Jiang-Huai valleys

In the light of the theory on moist potential vorticity (MPV) investigation was undertaken of the 700 hPa vertical (horizontal) component MP1 (MPV2) for the heavy rain event occurring in Ju-ly 5-6,1991. Results show that the distribution features of the two components were closely related to the development of a mesoscale cyclone as a rainstorm-causing weather system in the lower troposphere in such a way that the ambient atmosphere of which MPV1>0 and MPV2<0 with |MPVl|≥|MPV2| favored the genesis of conditional symmetric instability (CSI) and that, as in-dicated by calculations, a CSI sector was really existent in the lower troposphere during the heavy rain happening and contributed greatly to its development.     

热带风暴莲花外围特大暴雨的成因分析

利用1°×1°的NCEP再分析资料计算螺旋度、湿位涡及各种基本物理量,并结合多普勒雷达资料,对0903号热带风暴莲花外围环流在粤东引发特大暴雨过程进行追踪和诊断分析,探讨此次特大暴雨天气发生、发展的热力学和动力学机制以及雷达回波特征。分析结果表明：台风低槽外围的西南急流为特大暴雨提供了充沛的水汽条件和热力条件;暴雨区上空中低层（）θ_（se）/（）p〉0,存在明显的等θ_（se）陡立面,同时该区上空低层MPV为高负值区,两者结合可见特大暴雨区上空存在强对流性不稳定层结;而低空强辐合、高空强辐散的高低空形势配置、中尺度次级环流以及强烈的旋转上升运动为此次特大暴雨提供了重要的动力机制。分析还表明：高θ_（se）舌和MPV低舌出现叠加的区域和时间与特大暴雨落区和发生时段有很好的一致性;垂直螺旋度中低层正值中心和高层负值中心与特大暴雨中心区域对应较好;强降水最易发生在旋转上升运动迅速加强发展的时间段里;天气雷达在暴洪预报中的运用,有利地追踪了暴雨系统的演变过程,回波特征显示此次特大暴雨是由高降水率配合较长降水持续时间产生。     

湿位涡与锋面强降水天气的三维结构

湿位涡（MPV）给出了大气短期行为的热力状态和涡旋运动之间的约束关系，这种关系导致了强降水这样的天气现象中涡旋爆发性增长的重要机制，它的大小与大气层结的状态、斜压性以及风的垂直切变有关，其正负符号取决这三者的配置。文章分析指出500 hPa上MPV1零线或0～20（0.1 PVU）的区域可作为强降水区的后界（西北界）。锋面南侧暖湿对流不稳定层结大气中，在对流层700 hPa及以下的中低层（低空急流之上）。存在着向东的正涡度环流对应MPV2的正值中心，该中心北部对应强降水区，而锋面北侧的对流稳定层结大气中，