强烈发展的中尺度涡旋影响下持续性暴雨的位涡诊断

利用高分辨率的模式输出资料,对2008年6月广西致洪暴雨及其中尺度低涡(简称广西涡)进行了等熵位涡(IPV)和湿位涡(MPV)的诊断分析。结果表明,低值等熵面上正IPV带的位置和强度可以反映暴雨的落区和强度,等熵面上的西风气流可分别将高纬度干冷和低纬度暖湿的高值IPV向广西涡处输送,使得广西涡维持高IPV。高值等熵面上南部的IPV存在下传现象,有利于其下游的广西涡IPV的增长,从而使得广西涡强烈发展、降水增强。利用MPV守恒原理的分析表明,持续性暴雨出现在高值等熵湿位涡前方的对流不稳定区中;暴雨区南北两侧对流层中高层的冷空气下沉时对流稳定性减小,对应的气旋性涡度增大;而暖湿气流沿着干冷空气爬升,它与具有强涡度的沿等熵面下滑的干冷空气发生强烈的辐合,使得涡度急剧增强,再加上地形的强迫抬升作用,形成强烈的垂直上升运动,导致涡旋强烈发展。等压面上的MPV及其分量分布显示,对流层中低层MPV负值带对雨带有指示作用,强降水时段对应着对流不稳定和条件性对称不稳定。     

积云对流对涡度场和散度场的反馈作用

在涡度和散度方程简要讨论的基础上,计算得出长江中下游地区暴雨过程中涡度和散度收支各项的水平和垂直分布。结果表明,雨带附近对流层高层是源、低层是汇,尤其以散度场的不平衡更为显著,可见积云对流垂直输送涡度和散度是重要过程。     

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。     

一次突发性暴雨的诊断分析

根据突发性暴雨的定义，选择陕西1987－05－31的一次突发性暴雨过程，进行诊断分析，通过对涡度、散度、位势稳定度、水汽通量等的分析，可知：涡度和散度场的形势，有利于降雨的产生，暴雨发生前，位势不稳定度很强，在暴雨即将发生或发生的过程中，各层水汽输送明显增强。涡度、散度、稳定度、水汽输送等几方面的共同作用，促使了这次暴雨过程的发生、发展。     

对华北一次特大台风暴雨过程的位涡诊断分析

通过对９６０８号台风低压及其外围暴雨位和等熵面上物理量场的分析,揭示了台风低压北上诱发暴雨过程的位涡场的结构及冷空气对暴雨增幅的作用,给出此次暴雨增幅过程的图像。分析表明：对流层低层中高纬度冷空气（高位涡）扩散南下在台风低压环流区附近的“侵入”作用是此次特大暴雨过程的最重要的原因之一;等熵面位涡的分析进一步说明了中高纬地区冷空气的活动状况;对流层高层或平流层低层位涡的下传有利于位势不稳定能量的释放     

2021年7月河南极端暴雨事件的位涡诊断和精细化预报

2021年7月17～22日，河南省发生一次大范围极端暴雨事件。本文利用ERA5再分析资料，基于湿位涡和倾斜涡度发展理论对此次暴雨过程进行诊断分析，并考察高分辨率全球模式天机系统及欧洲中期天气预报中心业务预报系统对此次降水过程的预报能力。结果表明此次事件是中高—低纬系统相互作用、协同影响的结果。18～19日，来自中高纬度的高湿位涡沿倾斜的湿等熵面自对流层中高层向下入侵，降温和相对湿度增加，导致河南省西北部高涡度带的形成及对流层低层倾斜湿等熵面在河南省北部建立。20日受低纬台风的影响南风增强，沿倾斜湿等熵面的上滑运动增强，导致相对涡度迅猛发展，强降水发生。天机系统对此次强降水过程的预报能力较欧洲中期天气预报中心的业务预报系统好，能为业务部门提前发布预警信号提供科学支撑。湿位涡和倾斜涡度发展理论是暴雨的诊断及预报的有力理论基础，在再分析资料及模式预报数据中与降水强度、降水落区及雨带的移动均有很好的对应。     

江淮流域梅雨锋暴雨南北雨带干冷空气侵入作用的对比研究

对2007—2011年梅雨期江淮流域降水进行统计分析,确认此时段降水频次与降水量空间分布在淮河与长江中下游,形成两个分离的多降雨区。长江与淮河两分离雨带在盛行中尺度系统、空间结构、梅雨锋位置、水汽输送通道、暴雨落区、干冷气团入侵以及干冷动量南移等方面,均有各自特征。在主导高空环流下,更多低涡暴雨(77%)位于长江流域,更多辐合线暴雨(86%)发生在淮河流域,这些盛行的浅薄降水系统,造成梅雨暴雨雨强大、风速小的特征。长江流域低涡环流引导水汽输送来自南海与东海两地,因而暴雨范围更大,雨带更宽,而淮河流域辐合线主要水汽来源仅为南海。假相当位温表现的梅雨锋作为干冷空气的前缘,在淮河流域因辐合线结构垂直剖面陡峭,在长江流域因低涡环流,形成干冷和暖湿气团的层次叠加混合。在梅雨锋北侧,干冷空气从对流层中高层向下侵入,在淮河流域位置较长江流域偏高且狭窄。湿位涡垂直分布显示,暴雨区与湿位涡斜压项大于0的正涡度发展区对应。干冷动量中心的下传与湿位涡斜压项小于0对应,下传时向南移,其前缘对暴雨雨带位置有指示性;其南下速度,因纬度与密度差异,在淮河流域移速小于长江流域。     

“04.6”湘西北特大致洪暴雨形成机理分析

对湖南省西部和北部的一次特大致洪暴雨过程综合分析得出：此次特大暴雨过程的发生与对流层中低层西南急流和亚欧大陆上空维持阻塞形势密切相关。阻塞形势的维持，使得对流层中低层两个冷涡稳定少动，从而形成了东北向干冷气流，其与西南暖湿气流在湘西北地区上空形成一条东北西南向的切变线。切变线上生成的深厚的中尺度气旋的演变、发展，是特大暴雨产生的根本原因。对流层中层涡度、Q矢量散度及345K等熵面上位势涡度的由南向北发展与强降水区由南向北发展有较好的对应关系，可作为暴雨预报指标。超强散度柱、强涡度柱和陡立深厚θse，耦合结构是垂直上升动力和暴雨产生和持续的重要动力机制。     

2003年天气气候异常灾害机理的定量分析Ⅰ——夏季淮河流域洪涝和南方酷暑

利用PSU／NCAR MM5V3非静力数值模式对1999年8月11～12日由变性台风引发的山东特大暴雨过程进行了较为成功的数值模拟。用模式输出资料,根据位涡理论探讨了这次特大暴雨天气发生、发展的动力学机制。结果表明：西风带弱冷空气侵入台风环流,触发不稳定能量释放是这次特大暴雨形成的重要原因;应用位涡守恒原理能较好地解释特大暴雨和中尺度低涡发生发展的原因,对流层高层位涡扰动是影响中尺度低涡和特大暴雨发生发展的重要因素;345K湿等熵面上风场和气压场的分布揭示了东南暖湿空气沿等熵面爬升与扩散的冷空气相遇,对流强烈发展,产生特大暴雨的物理机制。     

2003年7月4～7日淮河流域特大暴雨等熵位涡分析

利用等熵位涡理论对 2 0 0 3年江淮梅雨期 7月 4～ 7日淮河流域特大暴雨进行了天气动力诊断分析。发现 :等熵面上的西风急流将高位涡向下游输送 ,强西北气流穿越等压线形成强下沉气流 ,将高层和高纬的高等熵位涡向南输送 ,使得强降雨区维持高等熵位涡 ,是强雨带持续的重要原因。等熵位涡高值区与强暴雨有较好的对应关系 ,并具有预报指示意义     

一次暴雨的湿位涡分析及EVAD技术应用

利用NCEP/NCAR再分析资料和实测资料对2004年6月24-25日的一次江苏暴雨过程进行了分析,并且根据湿位涡守恒原理和倾斜涡度发展理论,对这次暴雨过程中的湿位涡进行了诊断分析,结果表明:此次暴雨由中尺度低涡、切变线直接触发产生;西南低空急流的稳定维持为这次暴雨的发生提供了重要的水汽条件;当负湿位涡向上的扰动高度增加、强度增强,高低空正负湿位涡区配合较好时常会出现强降水.另外,利用EVAD技术由多普勒雷达基数据定量计算了这次过程的平均散度场,通过分析其演变情况,发现:低层散度场由辐散逐渐向辐合过渡、高层散度场由辐合逐渐向辐散过渡时,预示着强降水将要发生,如果出现相反的变化趋势,则降水减弱或停止;低层由辐散向辐合、高层由辐合向辐散的转折出现时间早于强降水出现的时间,对强降水产生有预示作用,对预报员准确作出短时临近预报预警具有重要实际应用价值.     

风垂直切变和下滑倾斜涡度发展

本文根据绝热无摩擦的饱和湿空气具有湿位涡守恒的特征，研究湿斜压过程中涡旋垂直涡度的发展。由于传统的等熵位涡分析的应用受等熵面倾斜的限制，本文进而发展了Z坐标及P坐标中的倾斜涡度发展理论。指出在梅雨锋南侧暖湿区的北端，以及梅雨锋北边界附近，湿等熵面十分陡立，是涡旋发展及暴雨发生的重要地区。还证明了倾斜涡度发展的必要条件和充分条件。指出在对流不稳定的饱和大气中，倾斜涡度发展必伴有低空急流存在。对1991年6月12～15日江淮流域暴雨过程的诊断表明，湿位涡分析，尤其是等压面上湿位涡量Pm1和Pm2的分析不仅在中高纬有效，在低纬度及低对流层均十分有效，是暴雨诊断和预报的有力工具。     

对湖北省2000年5月一次暴雨天气过程的分析

使用2000年5月22－25日500hPa、700hPa、850hPa以及地面天气图资料，描述了当年5月24日发生在湖北境内一次暴雨天气过程的高空和地面天气形势；同时根据武汉暴雨研究MAPS模式提供的有关物理量格点场资料，对此次暴雨天气过程的能量场、散度场、涡度场与水流通量散度场进行了分析。其结果表明，中低层低涡、切变线以及地面中尺度耦合带是形式这次暴雨过程的主要天气系统，且地面中尺度辐合系统与大暴雨落区存在很好的对应关系。     

“等熵思维”到“等熵位涡思维”回顾与讨论

等熵位涡守恒与中纬度斜压扰动发展之间的诊断关系可用于对气旋发生发展的预报,并作为理解水汽图像的动力学场而在业务上使用。"等熵位涡思维"建立在等熵面分析的"等熵思维"基础上。本文首先依据基础的动力学理论,对等熵面上物理量场的动力学解释和业务应用作回顾和讨论,内容包括:等熵面随高度分布特征、等熵坐标中的垂直速度场、等熵面上水汽输送解释、等熵面上高空急流和锋区的特征等。其次,通过与等熵面物理量场分析和斜压二层模式准地转垂直运动方程的比较,着重回顾和讨论等熵位涡面上的物理量场和业务应用,内容包括:对流层顶定义及其温压湿分布特征、对流层顶等熵位涡面上急流和锋区的特征、对流层顶等熵位涡面上的垂直速度场、"等熵位涡思维"与气旋发展及位涡、水汽图像在改进数值预报模式中的作用等。     

湿位涡和倾斜涡度发展

从完整的原始方程出发，在导出精确形式的湿位涡方程的基础上，证得绝热无摩擦的饱和湿空气具有湿位涡守恒的特性。并由此去研究湿斜压过程中涡旋垂直涡度的发展。结果表明，在湿等熵坐标中，涡旋的发展与对流稳定度的减少，等熵面上的辐合和潜热的释放有关。由于等熵位涡分析的应用受等熵面倾斜的限制，又进而发展了Ｚ坐标及Ｐ坐标中的倾斜涡度发展理论。指出无论是湿对称不稳定或对流不稳定大气，还是湿对称稳定或对流稳定大气，除对流稳定度的影响外，风的垂直切变的增加或水平湿斜压的增加均能因湿等熵面的倾斜而引起垂直涡度的增长。湿等熵面的倾斜越大，这种由干湿斜压性加强所引起的涡旋发展更激烈。在梅雨锋附近及其南侧暖湿区的北端，湿等熵面十分陡立，是涡旋发展及暴雨发生的重要地区。对１９９１年６月１２—１５日江淮流域暴雨过程的湿位涡分析表明，湿位涡分析，尤其是等压面上湿位涡量ＭＰＶ１和ＭＰＶ２的分析不仅在中高纬有效，在低纬度及低对流层也十分有效，是暴雨诊断和预报的有力工具。     

广西一次大范围西南涡暴雨过程多尺度特征分析

利用常规观测资料、地面自动站资料、FY2E卫星云图和雷达资料对2014年8月广西一次大范围西南涡暴雨过程大尺度环境特征、中小尺度系统特征等多尺度多角度进行分析,结果表明:西南涡和低涡切变是这次暴雨过程的直接影响系统,雨带与850hPa低涡切变活动密切相关,主要降雨区在西南涡、切变线附近和移动方向的前侧;850hPa水汽通量散度辐合中心、等值线密集区对强降水落区分布有较好的指示意义。降雨过程在一定程度上可以体现为中尺度系统的生消、移动,较强的对流回波和列车效应是造成柳江出现强降雨的重要因素。     

一次河北大暴雨的华北低涡结构和涡度收支分析

利用Micaps系统下常规资料、云图资料和NCEP全球再分析资料,对2004年7月11-12日发生在河北省中南部的一次局地大暴雨个例进行了诊断分析。结果表明：200hPa西风槽、500hPa华北低涡和中低层偏东风,是这场暴雨的直接影响系统,该过程中的华北低涡为低层冷心、高层暖心结构,具有随高度向西北倾斜的特征,涡度场特征明显。暴雨区对应着深厚的正涡度区,散度场结构零乱,非高层辐散、低层辐合的配置,暴雨区上空上升运动较强。冷空气来源于500hPa以下的东北地区,水汽的源地来自渤海,低层偏东风可能是暴雨区所需水汽的主要携带者。水平涡度平流项和水平涡度辐散项作用相反,水平涡度辐散项对总涡度起直接作用且为正贡献,而垂直平流项对总涡度贡献比较小。     

一次诱发山地灾害突发性暴雨数值模拟及诊断分析

应用MM5V3.5中尺度非静力数值模式对2003年7月14～15日发生在陕西省一次区域性暴雨过程进行数值模拟和诊断分析,结果发现,西太平洋副热带高压西侧的暖湿气流和新疆冷空气是这次暴雨的主要影响系统,充沛的水汽输送、能量的积聚和强烈的上升运动为暴雨的发生提供了充分的条件,700hPa低涡、切变线是暴雨形成的触发机制.模拟结果表明：涡度场和散度场及垂直上升运动互耦;特强辐合辐散柱的出现早于强涡度柱,而深厚的强气旋性涡柱则几乎与暴雨最强盛时期同时出现.     

对一次台风暴雨的位涡与湿位涡诊断分析

利用中尺度模式WRF对台风卡努模拟所输出的高分辨率资料,借助等熵位涡及湿位涡的方法进行诊断分析,揭示台风暴雨过程中的中尺度系统演变特征以及探讨台风暴雨发展与维持的机制.结果表明:等熵面位涡图的分析清楚地揭示了台风低压及周边环境的位涡演变特征.暴雨区落在低层等熵面位涡高值中心的东北侧,或者在高层等熵面位涡高值中心右侧最大位涡梯度处;等位温面向正位涡异常中心收拢,高层的高位涡值下传,高位涡的干冷空气加强了低层的扰动,引起低层暖空气的抬升,这些条件促使对流不稳定能量与潜热能的释放,有利于暴雨增幅;条件性对称不稳定与对流不稳定是此次台风暴雨发展与维持的重要机制,暴雨区内中尺度系统的发展符合倾斜涡度发展理论.     

9012号台风暴雨过程的位涡分析

通过９０１２号台风登陆前后等熵面位涡图和位涡剖面图的分析，研究了台风的位涡场结构以及它登陆后与中纬度天气系统相线作用过程中的演变特征，结果表明：台风的位涡结构为一深厚的高位涡“柱”对流层的高低中有一个高位涡中心；中层高位涡平流或正位涡平流随高度增加以及等熵面上的初变线可作为定性判断台风和外围暴雨落区的一个指标，中纬度系统对９０１２号台风的作用，主要在于冷空气进入台风环流的导致台风迅速减弱消亡，等熵