西北涡暴雨的湿位涡诊断分析

利用常规的探空和地面观测资料、NCEP格点资料以及中尺度MM5模式,对2000年7月4～5日发生在华北南部的一次西北涡大暴雨过程的湿位涡场特征进行了诊断和分析.结果表明,中尺度低涡暴雨的发生发展与湿位涡的时空演变有很好的对应关系,湿位涡＂正负区叠加＂的配置是低涡暴雨发展的有利形势.强降雨区发生在对流层低层正压项的正值区南侧零线附近,斜压项的最大负值区对暴雨的落区和移动有指示作用.     

呼和浩特市一次大暴雨天气的湿位涡诊断分析

对1998年7月12日发生在呼和浩特地区的大暴雨天气过程进行了湿位涡初步诊断分析。结果表明:湿位涡在暴雨预报中具有较好的指示性,当对流层低层MPVl<0,同时MPV2>0时,暴雨易发生。从500hPa到对流层中高层,在切变线的附近有一个大的湿位涡正值中心,各层中心的位置基本相对应,从中层到高层略向北倾,越到高层中心值越大。强降水位于低层湿位涡高值区东北侧正位涡较小的地区,并与位涡斜压部分的负值中心相对应,随着斜压负值中心强度的增强,暴雨加强。     

一次爆发性气旋的发展与湿位涡关系的研究

通过对一次陆地爆发性气旋的数值模拟与湿位涡的诊断分析发现，气旋的爆发与湿位涡的平流关系密切，气旋的发展并不是在湿位涡中心位于气旋上空时才开始，而是当湿位涡中心位于气旋的后部，并在200hPa对下有明显的倒圆锥形下伸区时，才有利于气旋的发展。当湿位涡中心位于气旋上空时，气旋发展开始减慢。湿位涡局地变化的大小与水平方向位涡梯度的大小有关。湿斜压位涡负值区的上下贯通与气旋发展也有明显的关系。     

一次东移高原低涡的天气动力学诊断分析

利用地面和高空常规观测资料、NCEP 1°× 1°再分析资料以及时空分辨率较高的 TBB 资料,对造成我国长江流域强降水的一次高原低涡东移过程进行了天气学和动力学诊断分析.主要分析了低涡移动、降水分布及水汽输送、假相当位温和湿位涡等物理量.分析表明此次高原低涡随其东部低槽移出高原,降水主要发生在低涡的东半侧并在低涡移出高原后增强.当低涡与热带气旋合并时,产生强降水,造成了长江流域的汛情.卫星 TBB 图与降水时段和落区对应较好.水汽通量散度场的分布较好地反映了水汽的集散情况,其辐合区与降水区相对应,强辐合中心与强降水中心一致,且强降水中心位于 850 hPa θse 等值线密集区和 500 hPa 的高能区.低涡降水的发生发展与湿位涡的时空演变有很好的对应关系,湿位涡正负区的叠置是低涡暴雨发展的有利形势,强降雨区发生在对流层低层湿位涡正压项的正值区东北和东南侧零线附近,而湿位涡斜压项的负值区对暴雨的落区和移动有一定指示意义.     

"龙王"(LONGWANG)台风过程湿位涡的诊断分析

本文应用MM5V3中尺度数值模式对0519号台风“龙王”过程进行了数值模拟,利用模拟结果计算了台风过程湿位涡(Moist Potential Vorticity,MPV)的演变,从湿位涡的角度研究了台风过程大暴雨的产生机制。结果表明:倾斜涡度发展是“龙王”台风在福建沿海产生大暴雨的重要机制之一,湿位涡能够对暴雨落区的预报有较强的指示性作用,暴雨产生在θse线陡立的对流层中低层MPV1等值线密集带中零线附近,对流层中高层的MPV2负值区可以作为暖湿气流或涡旋活动的示踪;另外,对流层中高层中高纬度冷空气扩散南下与台风的东南暖湿空气在福建沿海交汇,加剧了气旋性涡度发展,对暴雨的发生发展也有巨大的作用。     

一次西南涡暴雨的位涡分析

利用NCEP提供的FNL再分析资料对2013年5月25—26日发生在我国中东部西南涡暴雨过程的初期阶段进行了位涡分析,结果表明:高原槽附近异常高位涡,促进了低层西南涡前期的发展,这对西南涡前期的预报有很好指导意义;西南涡发展前期,强降雨中心湿位涡正压子项自低层至高层呈现出"负—正"的分布特征,湿位涡斜压子项在中低层有强负值中心,反映出低层对流不稳定和垂直风切变对于对流性降水的促进作用;西南涡发展阶段,湿位涡正压子项正值中心呈现出倾斜漏斗状,斜压子项在降雨中心低层出现了强负值中心;强降水中心与低层扰动湿位涡负值有较好的对应关系,对于强降雨落区的预报提供了一种参考。     

陕西中南部一次突发性大暴雨过程分析

利用常规观测资料、陕西地面加密观测资料、FY2-2C卫星TBB资料,对2007年8月8-9日陕西中南部突发性大暴雨过程进行了诊断分析.结果表明:500hPa中尺度切变线、700hPa低涡是这次暴雨的主要影响系统,MCC是造成此次暴雨的直接原因.暴雨的发生发展与湿位涡的时空演变有很好的对应关系,湿位涡"正负区叠加"的配置是暴雨发展的有利形势.暴雨区发生在700hPa湿位涡正压项的零线附近及负值区等值线密集区中,700hPa低涡东侧的强辐合区与200hPa西北风高空急流右侧的强辐散区叠置,为暴雨区提供了持续强劲的上升运动.     

一次西南涡暴雨的等熵位涡特征分析

应用常规资料和0.5°×0.5°的GFS再分析资料,对2010年7月19日发生在河北山东的一次西南涡暴雨过程产生的条件及其等熵位涡演变特征进行了分析。结果表明：西南涡、高、低空急流、地面低压是这次暴雨过程的主要影响系统;等熵位涡的演变和形态对冷空气活动有很好的示踪作用;等熵位涡中心两侧气流辐合,利于地面低压发展;高位涡下传,导致了大暴雨产生;等熵位涡大值区及移动方向与降水落区有很好的对应关系。     

台风“榴莲”暴雨的湿位涡诊断分析

分析 2 0 0 1年 7月 2 - 3日台风“榴莲”暴雨过程中湿位涡及其各分量的变化 ,发现对流层低层 85 0 h Pa湿位涡的负值中心、 70 0 h Pa湿位涡的正值区与强降水中心相对应 ;急流与层结稳定度的变化 ,影响着湿位涡的变化     

等熵位涡在一次淮河流域大暴雨分析中的应用

利用NCEP/NCAR 1°×1°逐日再分析资料、常规气象观测资料,通过等熵位涡理论对淮河流域2009年9月24—25日的大暴雨过程进行分析。结果表明:淮河流域对流层低层的中尺度低涡的发生发展与此次暴雨密切相关;315 K等熵位涡高值中心的移动和强度变化很好地反映出中尺度低涡系统的发展变化情况,其移动方向与雨带走向一致,降水落区主要位于等熵位涡高值中心轴线移动方向右侧的强西南气流处,对应于345 K等熵面上干冷空气移动方向前部的暖湿区内;在暴雨发展强盛时期,淮河流域暴雨区上空从对流层高层至低层均存在明显的正等熵位涡平流,干冷空气的侵入使得低涡加强发展,辐合上升运动增强,有利于暴雨的增幅,这是引发此次暴雨过程重要的触发机制。     

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。      

2006年6月6—7日福建特大暴雨数值模拟和诊断分析

采用PSU／NCAR等共同研制的新一代细网格WRF（WeatherResearchandForecasting）中尺度数值模式,对2006年6月6-7日福建地区出现的一次特大暴雨过程进行了数值模拟,并利用模式输出的高分辨率动力协调资料进行了初步诊断分析。结果表明,中尺度低涡是本次暴雨过程的主要影响系统之一,低涡的时空演变特征与暴雨中心的移动和雨强的变化相一致。暴雨中心的强上升运动及低层辐合、高层辐散的配置有利于中尺度对流系统的发生发展,高低空急流耦合是此次强降雨爆发的重要机制。暴雨区域850hPaθse场呈现典型的“Ω”型,高湿能条件的维持,保证了强降雨过程的能量供给,是强降雨持续的重要条件。暴雨中心位于最大垂直速度中心附近,暴雨区两侧存在垂直的次级环流,对流层中低层负湿位涡区、高层正湿位涡区的配置有利于造成较强烈的中尺度上升运动。     

贺兰山东麓两次局地暴雨过程的湿位涡诊断分析

利用自动气象站雨量资料、MICAPS4调阅资料以及NCEP再分析资料,对比分析了2016年8月21日和2018年7月22日宁夏贺兰山东麓两次局地暴雨过程的降水特征、环流形势等,重点对两次过程的湿位涡场进行了诊断分析。结果表明:两次暴雨过程第一阶段均为暖区降水,表现出降水范围小、时间短、强度大,相对第一阶段降水,第二阶段降水范围较大、雨强较小。两次过程强降水均发生在假相当位温(θse)等值线密集区,并沿低空急流轴呈长条状分布,强降水时段与θse最大值出现时间相一致。暴雨区位于位涡(PV)负值中心区附近,暴雨发生发展过程与PV负值中心的移动和变化较为一致,PV负值中心的加强和减弱以及移动方向对局地暴雨的预报有很好的指示意义。对流层500 hPa以上湿位涡正压项(MPV1)正的大值区对应700 hPa以下负的大值区,正负中心区垂直叠加的配置有利于暴雨发生发展。垂直剖面图上600 hPa都存在湿位涡斜压项(MPV2)负极值中心,对流层中低层MPV2负极值中心的强度和维持时间以及变化对局地暴雨的预报有一定的指示作用。     

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。     

“海棠”台风(2005)暴雨过程数值模拟及位涡分析

采用WRF模式对2005年"海棠"台风登陆福建省前后24h内所造成的降水过程进行了数值模拟,在此基础上,利用模式输出结果,借助位涡理论分析位涡与台风低压流场及降水的关系,并结合对风场、相当位温、相对湿度等诊断量的分布特征分析,探讨了台风强降水的发展和维持机制。结果表明,310K等熵面上高位涡发展演变较好反映了台风低压系统路径移动以及强度变化的过程。暴雨中心主要出现在位涡大值区及其偏东北方向,且位涡气块回旋少动,与暴雨的发展维持密切相关。高位涡区主要位于等熵面坡度和梯度最大处,当等熵面上下贯通,对流层高层的高位涡沿等熵面下传,形成位涡柱时,有利于暴雨增幅。台风环流内水汽充足,上升运动强烈,也有助于此次台风降水强度持续强大。     

2018年7月5日江淮暴雨发生发展机制的模拟及诊断北大核心

利用WRF中尺度模式对2018年7月5日江淮地区一次局地暴雨过程进行模拟,拟通过真实模拟降水过程降水落区、强度及大值中心等,深入分析此次暴雨及其中尺度系统的发生、发展机制。结果表明:高低空急流耦合、低层辐合高层辐散加之整层正涡管产生探至对流层顶的强烈上升运动为强降水及落区飑线系统的发生发展提供有利的动力条件;显著湿区、西南水汽输送与汇聚提供了充沛的水汽条件;假相当位温等温线在暴雨落区的密集分布提供了热力条件。湿位涡分析中,淮河流域的湿位涡正压部分(MPV1)低层负值、中层正值的形势使低层不稳定能量持续积蓄。湿位涡分析展现了本次江淮暴雨的特殊性:一是不稳定能量积蓄位置较低,二是对流系统发展区的东西两侧均处于相反值区域,在不稳定能量受到两侧稳定能量夹击时,系统发展剧烈,但趋于稳定的时间变快,使系统留存时间缩短;同时由于这样的牵制,系统移动较为缓慢,导致降水中心停留在苏皖一带,解释了本次江淮暴雨来势迅猛、降水集中的原因。     

2003年6月24～25日江南特大暴雨数值模拟和诊断分析

采用NCAR、NCEP和FSL／NOAA等共同研制的新一代细网格WRF中尺度数值模式，对2003年6月24～25日江南地区出现的一次特大暴雨过程进行了数值模拟，并利用模式输出的高分辨率动力协调资料进行了初步诊断分析。结果表明：WRF模式比较成功地再现了高低空环流形势的演变及暴雨带的分布特征；低层切变线上分布不均匀的辐合区，中低层正涡度区、高层负涡度区的配置有利于造成较强烈的中尺度上升运动；同时有很强的湿度锋区，大气处于不稳定状态。分析发现，沿850hPa切变线的局地风暴相对螺旋度与暴雨有很好的对应关系。     

贵州南部山区一次大暴雨的数值模拟

利用WRF模式,对2008年5月27日夜间贵州南部山区大暴雨天气进行了数值模拟。复杂地形条件下,数值模拟有一定难度。本次数值模拟能够反映此次大暴雨的降水区域、降水特征和降水强度。在此基础上,利用高分辨率的数值结果,对该暴雨过程的中尺度气旋及地形对降水的作用进行了分析,结果表明：中β尺度气旋是造成此次局地暴雨的直接系统;气旋在结构上表现出中低层强烈的辐合和正涡度柱的耦合,出现了伸展到对流层顶的深厚强上升运动;造成大暴雨的辐合线生成在贵州西部地形梯度较大地方,辐合线上发展起来的中尺度气旋在850 hPa和地面上表现为生成在一个开口向南的喇叭口地形上,由于喇叭口地形对气流的辐合和抬升作用,水汽辐合和上升运动在该地达到最强,无疑对降水的落区和强度有重要影响。     

不同边界层和陆面过程参数化方案对比分析

利用WRF模式选用不同的边界层参数化方案 (YSU、MRF) 结合三种陆面过程方案 (RUC、SLAB、Noah) , 模拟了2011年5月1~3日的四川东部暴雨过程, 对不同参数化方案结合不同陆面过程结果进行对比试验基础上发现, 模式对24h降水落区及强度有较强预报能力, 但对单站小时降水分布的预报能力还需改进;不同边界层方案与陆面过程的对比试验说明降水对于边界层物理过程有一定敏感性, 各试验的差异主要体现在对暴雨中心雨强以及降水峰值强度和峰值出现时段的预报上;WRF模式基本上能够模拟出边界层要素日变化特征。      

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。