2009年河南一次大暴雨过程的涡度方程诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析格点资料、常规气象资料及中尺度WRF模式,对2009年8月28-30日发生在河南南部的一次暴雨过程进行中尺度数值模拟及诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程模拟效果较好,模拟物理量能够较好地反映暴雨的实际特征,模拟暴雨强度及落区与实况较一致。高空槽、副热带高压、超低空东风急流及低层风切变是此次暴雨的主要影响系统。利用涡度方程对暴雨过程进行诊断分析发现,涡度方程各项收支中,涡度平流作用与辐合辐散作用对涡度局地变化的贡献最大,垂直输送项与扭转项对涡度局地变化的贡献较弱。涡度平流项对中低层涡度局地变化表现出正反馈作用,垂直输送项、扭转项及辐合辐散项起着负反馈作用。涡度平流作用使得中低层气旋式环流加强,有利于中低层辐合加强,局地涡度增加。垂直输送项、扭转项及辐合辐散项使得低层辐合减弱,气旋性涡度减小。此外,利用垂直螺旋度等模拟产品对暴雨诊断分析发现,暴雨落区与垂直螺旋度大值中心、水汽通量散度负值中心等相对应,此次暴雨正是在良好的动力、水汽及热力条件下产生的。     

2009年河南一次大暴雨过程的涡度方程诊断分析

利用NCEP／NCAR再分析格点资料、常规气象资料及中尺度WRF模式,对2009年8月28—30日发生在河南南部的一次暴雨过程进行中尺度数值模拟及诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程模拟效果较好,模拟物理量能够较好地反映暴雨的实际特征,模拟暴雨强度及落区与实况较一致。高空槽、副热带高压、超低空东风急流及低层风切变是此次暴雨的主要影响系统。利用涡度方程对暴雨过程进行诊断分析发现,涡度方程各项收支中,涡度平流作用与辐合辐散作用对涡度局地变化的贡献最大,垂直输送项与扭转项对涡度局地变化的贡献较弱。涡度平流项对中低层涡度局地变化表现出正反馈作用,垂直输送项、扭转项及辐合辐散项起着负反馈作用。涡度平流作用使得中低层气旋武环流加强,有利于中低层辐合加强,局地涡度增加。垂直输送项、扭转项及辐合辐散项使得低层辐合减弱,气旋性涡度减小。此外,利用垂直螺旋度等模拟产品对暴雨诊断分析发现,暴雨落区与垂直螺旋度大值中心、水汽通量散度负值中心等相对应,此次暴雨正是在良好的动力、水汽及热力条件下产生的。     

迎风坡暴雨预报中多普勒天气雷达资料两种散度反演方法的应用

简单介绍了由多普勒天气雷达径向风资料反演平均散度和径向散度的计算方法,以2004年7月11—12日暴雨过程为例说明两种散度在迎风坡暴雨跟踪、预报中的综合应用。分析结果表明：①平均散度可以作为降水跟踪、预测的背景场。降水出现之前,低层平均散度存在辐合;低层辐合加强或维持,整个区域降水将加强;辐合高度抬升到中层并维持,降水达到最强;辐合减弱并开始出现辐散,区域降水将逐渐结束。②根据径向散度的分布情况,可以提前2 h以上预报强降水的落区。强降水落在径向辐合大值区后部的较弱辐合区内,且弱辐合区强度越强,未来降水强度越大。因此,综合分析平均散度和径向散度随时间的变化,可以跟踪、预测降水的发展演变,特别是可以给出暴雨的大致落区。     

中尺度强暴雨系统高低层散度的非对称发展

利用散度方程,从动力学上研究了中尺度强暴雨系统高低层散度演化,揭示了系统发展强盛期高层辐散大于低层辐合的物理机制.     

江汉平原一次突发性特大暴雨的诊断分析

利用NCEP 1°×1°逐6h分析资料和湖北省自动气象站雨量资料分析了2006年5月24日夜间江汉平原南部一场突发性大暴雨、局部特大暴雨过程的成因.结果表明,这次强降雨发生之前,高空急流南界先向北移出湖北省上空,伴随着强降雨的发展与减弱,急流南界又重新南扩到湖北南部;急流核在强降雨发生之前在35-40°N之间东移,特大暴雨发生时已位于暴雨区东北方向渤海湾一带.这次特大暴雨发生在边界层中尺度正涡度区合并加强过程中.暴雨过程伴随着高层惯性稳定度的减小与低层位势不稳定的维持:南海西北部到华中地区西南水汽通道的建立是特大暴雨发生的有利条件,水汽输送主要集中在中、低层.特大暴雨发生之前低层正值湿螺旋散度增加明显.     

"96.1”暴雪期中尺度切变线发生发展的动力诊断Ⅱ:散度和散度变率诊断

利用引入三相云显式降水方案后改进和发展的中尺度模式MM4模拟输出资料,对"96.1”暴雪过程的散度及其变率进行诊断分析.结果表明,低空辐合、高空辐散的散度场结构及其演变与暴雪切变线的生成发展及暴雪落区相对应.散度方程计算结果表明,低层散度负变率带及其内中心的生成与发展先于切变线辐合区的形成,揭示了暴雪降水系统的生成与发展,并与未来时刻的降雪强度及落区有较好的对应关系.     

2019年5月湖北东部一次大暴雨过程诊断分析

利用NCEP 1°×1°格距逐6 h再分析资料、FY-2F逐时云顶亮温(TBB)资料、国家气象站常规探空和地面气象观测资料、湖北省区域气象自动站资料,对2019年5月25日湖北省东部一次大暴雨过程进行诊断分析。结果表明:500 hPa中高纬低槽不断分裂南下,盆地低槽稳定维持,中低层低涡扰动,切变线和低空急流维持,是本次大暴雨的有利天气背景;有西南向的水汽输送通道并在暴雨区强烈辐合,水汽辐合中心位于900～950 hPa,500 hPa以下整层温度露点差都在4℃以下;暴雨区在150 hPa以下为正平均涡度;400 hPa以上为正平均散度,其下为负平均散度,最强降水时段高层辐散低层辐合的配置明显向对流层下层压缩,高层负涡度低层正涡度的配置催生了高层辐散低层辐合的散度配置,有利于垂直上升运动加强;暴雨区上升运动从1 000 hPa延伸到200 h Pa,整层以上升运动为主,在最强降水时段上升运动中心明显下移;有明显的上冷下暖层结结构,形成低层暖平流高层冷平流的温度平流配置,有利于产生对流不稳定;降水云顶亮温TBB≤-50℃区域与降水区对应,近似圆形的中尺度对流系统对湖北东部强降水十分有利。     

应用新型散度方程诊断暴雨的触发和增幅机理

分析散度及其变化是进行暴雨研究的途径之,而传统的散度方程不能显示包含热力场分布影响散度演变的问题。因此,利用陈忠明等导出的新型散度方程和NCEP/NCAR(1°×1°经纬度)再分析资料,针对贵州省2007年7月25—26日持续性大暴雨天气过程,通过计算新型散度方程中的各项,定量诊断分析大气运动的正压非平衡强迫、湿斜压非地转与风垂直切变耦合强迫在暴雨发生发展过程中的作用,并与地面1、6h降水观测资料和卫星云图资料进行对比分析。探讨正压非平衡强迫、湿Q矢量与垂直风切变的湿斜压热动力耦合强迫导致辐合增加与暴雨发生、发展的动力机制。结果表明:强降水主要发生在近中性或弱不稳定层结条件下。大气运动的正压非平衡强迫导致辐合增加是强降水过程的触发机制;在暴雨维持和增幅过程中,湿斜压热动力耦合强迫在强降水的维持方面扮演了重要角色。当强降水过程发生后,才存在湿斜压热动力耦合强迫作用,湿斜压热动力耦合强迫作用是暴雨增幅的动力机制。未来6小时强降水发生的区域、降水强度、中心位置与散度演变的强负值区变化一致。新型散度方程对强降水预报有指导意义,可以作为诊断散度场演变的一种有效的数学工具。     

低涡东北部一次暴雨的成因分析

2013年5月15-17日长江下游地区多地出现连续暴雨,数值模式检验显示雨量预报值误差较大。利用常规天气资料、NCEP 0.5°×0.5°格点资料和多普勒雷达资料,对这次暴雨过程进行了成因分析,结果表明:槽前西南气流、低涡切变和深厚湿层提供了有利的大尺度形势背景;低涡东北部产生的暴雨与低层东风急流的扰动和曲率增大密切相关,地面辐合抬升触发了上升运动;700 h Pa切变线和地面中小尺度辐合线的叠加处、925 h Pa水汽通量散度负值中心区都与暴雨区有较好的对应关系;多普勒雷达平均径向速度图像上显示强烈的辐合区,正、负速度区面积比达到1∶3,回波不断在辐合线处生成,下游地区出现"列车效应",强降水时段雷达回波强度为30~40d Bz,小时雨量达到16~20 mm。对比模式预报场,中低层偏东急流量级和气旋性弯曲偏小导致了暴雨区漏报,地面辐合线位置和强度的偏差造成了雨量中心位置的偏差,可通过与实况对比、雷达分析等手段对预报进行订正。     

渭河流域三次暴雨过程水汽和上升运动的垂直结构比较

利用常规高空观测资料和NCEP/NCAR 6 h再分析资料等,着重从水汽和上升运动的垂直结构上对发生在渭河流域的三次致灾暴雨过程进行了比较分析。结果表明:三次暴雨过程具有相似的水汽通量散度场垂直结构,即低层辐合、中层或高层辐散,但低层辐合远大于其上层辐散,低层强水汽通量辐合不仅为暴雨区提供了充沛水汽,也导致并促使水汽在垂直方向上从低层向高层输送,从而增强大气垂直上升运动发展;600 hPa(或400 hPa)水汽辐合或辐散突然增强,预示降水强度将增大,其突然减弱,则标志着强降水趋于结束;三次暴雨过程中,强降水主要出现在整层上升运动形成前后和450 hPa附近垂直上升运动增强最快时段内。     

应用新型辐散方程诊断“6.28”关岭大暴雨的激发和维持机制

利用NCEP/NCAR 1°×1°和2.5°×2.5°再分析资料、FY—2E相当黑体亮温TBB资料和区域自动站逐时降水资料,结合新型辐散方程,对2010年6月28日贵州省关岭县一次特大暴雨天气的发生和维持机制进行了诊断分析。结果表明:(1)大气运动非平衡强迫使贵州西部地区出现辐合增长,激发了该区域暴雨天气的产生;(2)能量锋生与垂直风切变的耦合强迫,促进了贵州西部地区辐合的持续增长,使暴雨得以维持;(3)对流层中低层湿位涡水平分量与垂直涡度耦合,其负值中心与地面强降水中心相对应,随后中尺度对流复合体(MCC)云团北侧出现了新生单体,第二轮暴雨随即发生并维持。     

完全Q矢量的引入及其诊断分析

参照准地转Q矢量推导，考虑天气系统发展的主要热力强迫因子－非绝热加热作用，引出考虑非绝热效应的完全Q矢量的概念，并应用于实例分析。结果表明，完全Q矢量能较清楚地揭示暴雨天气系统的演变；考虑了湿过程的完全Q矢量在暴雨的诊断过程中显示了更大的优越性；定性而言，完全Q矢量散度的辐合中心或辐合线、散度场和锋生函数场有助于确定暴雨的落区，暴雨区正好落在低层完全Q矢量散度场辐合中心和锋生函数场正值中心之间；定量而言，低层完全Q矢量散度场辐合中心和锋生函数场正值中心大小对暴雨强度有显著的指示作用。因而在暴雨的诊断和预报过程中完全Q矢量散度和锋生函数是两个重要的参数。     

重庆2次西南涡暴雨过程的类比分析

基于AREM模式分别对2010年夏季发生在重庆的两次西南涡暴雨过程进行数值模拟,并利用模拟结果对暴雨过程的动力和热力场演变以及涡度收支变化进行分析。结果表明:1)西南涡造成的降水落区位于低涡中心附近,整个降水过程雨带分布与低涡移动路径相一致;2)整层水汽通量辐合极值出现时间超前于最大降水出现时间,降水增强阶段,整层水汽呈增长趋势,说明存在稳定的水汽输送;3)最强辐合出现时间略早于最大正涡度出现的时间,说明大气辐合能够促进涡度的发展,辐合中心比正涡度中心位置低;4)涡度辐合辐散项对低涡的发展加强起最主要的作用;涡度平流项和涡度辐合辐散项的作用集中体现在中低层大气中,而垂直对流项和扭转项的作用则在中高层更为明显;降水的强弱与涡度变率的大小及伸展高度相对应。     

青南地区两次强对流天气过程中物理量诊断分析

利用NECP的1°×1°的再分析同化全球资料,对玉树地区发生的两次强对流过程进行了动力条件及水汽条件的物理量诊断分析。结果表明,在强降水发生的时段内,中、低空垂直螺旋度有明显的增大过程,并出现正值中心,而高空垂直螺旋度则出现明显的减小且出现较强的负值中心。高、低空的负、正值闭合极值中心出现时间和强降水发生时间段具有良好的对应关系,尤其高层负值中心;中、低层均有较强的辐合区,辐合中心强度大于30×10-5·s-1,且一个明显的特征是该辐合区扩展到350 hPa以上,高层有较强的辐散区,其中心一般在250 hPa以上;青南地区出现较强的水汽辐合同时在其偏南地区出现较强的水汽辐散中心,对形成强降水过程非常有利;湿位涡的负值出现可能对临近强对流天气有一定的预报指示意义,湿位涡的正负值过渡区域可能是强对流天气的发生区域。     

“96.1”暴雪期中尺度切变线发生发展的动力诊断：Ⅱ：散度和散度变率 …

利用引入三相云显式降水方案后改进和发展的中尺度模式ＭＭ４模拟输出资料,对“９６．１”暴雪过程的散度及其变率进行诊断分析。结果表明,低空辐合、高空辐散的散度场结构及其演变与暴雪切变线的生成发展及暴雪落区相对应。散度方程计算结果表明,低层散度负变率带及其内中心的生成与发展先于切变线辐合区的形成,揭示了暴雪降水系统的生成与发展,并与未来时刻的降雪强度及落区有较好的对应关系。     

西南低涡东移引发重庆暴雨的综合诊断

利用NCEP/NCAR Reanalysis 1°×1°格点资料和MICAPS实时观测资料,使用水汽散度垂直通量、湿螺旋度等新型诊断物理量,对2009年8月2~4日发生在重庆地区由西南低涡东移引发的暴雨做了综合分析。结果表明:水汽主要在大气低层850hPa附近积聚,上升运动强,水汽的辐合上升区域与降水大值区较吻合。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,垂直分布上:暴雨区低层正涡度、水汽辐合旋转上升与高层负涡度、水汽辐散相配合,是触发暴雨的有利动力机制。      

一次区域暴雨过程综合诊断分析

利用NCEP 1°×1°的6h再分析资料对2008年7月22日河南省南阳市的区域性暴雨天气进行了综合诊断分析,结果表明：此次暴雨过程是中低层的西南涡在高空急流的引导下,沿着河套高压与副高之间的辐合带移出造成的。降雨的水汽供应主要来自对流层中低层,且水汽强辐合出现在强降雨前。随着对流活动的发展,水汽通量和水汽辐合都向高层发展,湿层明显增厚。在整个降雨过程中,700hPa垂直螺旋度正值中心的位置和强度与西南涡的移动和强弱变化有很好的对应关系,垂直螺旋度正值长轴区与切变线辐合区相吻合,在某种程度上能反映出西南涡的移动和强度的演变;垂直螺旋度强弱的变化与暴雨强度变化基本一致。高层辐散、低层辐合的大气垂直结构能增强大气的抽吸作用,促进垂直上升运动的发展,反之,抑制垂直上升运动,降雨减弱。上、下层负、正垂直螺旋度耦合的结构对暴雨的发生和维持非常有利。在雷达速度PPI上,逆风区的出现预示着局地强降雨的产生。     

2009年8月17日河南北部区域性暴雨诊断分析

利用常规气象观测资料和降水量资料,通过大气热力学和动力学物理量场的计算,对2009年8月17日发生在河南省北部地区的一次区域性暴雨天气过程进行了分析.结果表明,副热带高压加强并西伸,中低层切变线稳定维持,冷暖空气在河南北部交汇,造成这次区域性暴雨.物理量诊断结果显示,深厚的湿层和持续的水汽辐合为暴雨的产生提供了充沛的水汽;中低层大气处于对流不稳定状态;垂直上升运动强盛;中低层辐合、高层辐散的抽吸作用有利于低层垂直上升运动的加强;中低层正涡度、中高层负涡度结构的维持,促使低层气旋性涡度环流增强,为暴雨的产生提供了动力条件,从而触发不稳定能量释放.     

一次飑线过程对流稳定度演变的诊断分析

针对2016年5月2日发生在华东地区的一次飑线过程,利用WRF模式进行高分辨率数值模拟。在成功模拟飑线发生、加强和移动的基础上,对此次过程中对流不稳定特征以及引起对流稳定度变化的原因进行诊断分析。结果表明:（1）在降水发生前,低层大气表现为对流不稳定;降水发生后,对流不稳定能量得到释放,大气趋于稳定。为了分析引起对流稳定度变化的原因,推导了局地直角坐标系中相当位温垂直梯度的倾向方程,其中位势散度是引起位势稳定度局地变化的主要强迫项。在弱降水区,低层位势散度为负值,有利于增强位势不稳定;强降水区及其前沿为位势散度正值区,倾向于抑制位势不稳定。在强降水区低层,位势散度的主要分量为垂直风切变项,代表垂直风切变和大气湿斜压性的综合作用;高层的主要分量为散度项,代表水平散度和位势稳定度的耦合作用。（2）位势散度能综合表征降水区上空垂直风切变、大气湿斜压性、水平辐合辐散和大气位势稳定度变化等特征,因而与降水联系紧密。本文利用位势散度对飑线降水进行预报,结果表明,位势散度与小时观测降水在时间和空间上吻合较好,对降水区有一定的指示意义,可以为飑线降水业务预报提供参考。     

准地转Q矢量在河南省区域暴雨过程中的诊断应用

应用NCEP再分析资料及常规地面观测资料,对2005年7月21～24日河南省大暴雨过程中准地转Q矢量作了诊断分析,结果发现:在对流层低层850 hPa等压面上,Q矢量散度的负值区与暴雨落区有着较好的对应关系;Q矢量散度场在垂直方向上出现低层辐合、高层辐散配置时,利于暴雨的产生,暴雨区位于Q矢量辐合中心下方,降水的强弱与Q矢量的低层辐合及高层辐散强弱变化一致.Q矢量的y分量能较好地反映出锋生、锋消的作用,并能指示6～12 h后的暴雨落区.