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矢量分析及其在暴雨过程中的应用

从包含非绝热效应的“P”坐标出发，直接通过方程各项的量级比较，对方程尺度分离后进行简化，引入非绝热加热作用的非地转湿Q矢量概念，并推导出其表达式以及以非地转湿Q矢量散度为唯一强迫项的非地转w方程。并将其在实际暴雨过程中应用，分析非地转湿Q矢量在降水过程中的可应用性。发现非地转湿Q矢量散度的辐合区与上升运动有较好的对应关系，而且与非地转w方程的垂直速度相比较能分离出较小的尺度，对暴雨的预报起更好的指示作用。     

Q矢量的改进与完善

在完全考虑非绝热加热项潜热作用的前提下，从原始方程出发，推导出改进后的湿Q矢量(以下记为Q^M)的表达式以及用其散度作强迫项的ω方程，并结合一次梅雨锋暴雨天气过程将改进前、后的湿Q矢量诊断能力进行比较，结果发现：(1)改进后的湿Q矢量对同时刻的地面降水的反映能力较原湿Q矢量(Q^*)有显著的提高。(2)在整个梅雨锋暴雨过程中，600hPa高度上的改进后的湿Q矢量散度辐合场的辐合强度及其辐合中心的位置对同时刻的地面实际降水的强度及雨区位置都有非常好的指示作用。     

非地转湿Q矢量的改进及其应用

在完全考虑非绝热加热项作用的前提下,从原始方程出发,推导出改进后的非地转湿Q矢量(Qq),以及用其散度作强迫项的ω方程,将其应用于一次梅雨锋暴雨诊断分析,结果表明:改进后的非地转湿Q矢量对同时刻地面降水的反映能力较岳彩军改进的湿Q矢量(QM)、原非地转湿Q矢量(Q*)、非地转Q矢量(Q#)有显著的提高;在整个梅雨锋暴雨过程中,500 hPa高度上的Qq矢量散度辐合场的辐合强度及其辐合中心位置对同时刻的降水强度及雨区位置有非常好的指示作用;Qq矢量的垂直分布揭示了次级环流的方向和强弱,暴雨位于次级环流的上升支附近.     

非地转湿Q矢量及其在华北特大台风暴雨中的应用

在非地转 Q矢量的基础上 ,考虑天气系统发展的主要热力强迫因子——非绝热加热作用 ,引入非地转湿 Q矢量的概念 ,并推导出其表达式以及用非地转湿 Q矢量散度为唯一强迫项所表示的非地转ω方程。同时 ,用非地转湿 Q矢量分析方法诊断了由北上台风倒槽引起的一次华北特大暴雨过程 ;结果表明 ,非地转湿 Q矢量能较清楚地揭示暴雨过程系统的演变 ;通过比较非地转湿 Q矢量、垂直速度和不考虑“湿”过程的“干”Q矢量散度与暴雨落区的配置关系 ,结果发现 ,非地转湿 Q矢量与降水落区存在最佳的对应关系 ,非地转湿 Q矢量散度负值区能较好地预报出未来 6h的降水落区 ,而且其中心数值的大小与未来 6h降水的强度存在正相关的对应关系 ,从而说明非地转湿 Q矢量对于暴雨天气系统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未来 6h降水落区预报的重要指标 ,为暴雨的预报提供了更广阔的思路     

引入对流凝结潜热作用对非均匀饱和大气中非地转湿Q矢量的改进研究

结合2009年第8号台风"莫拉克"登陆福建省引发的强降水过程,通过考虑对流凝结潜热加热,探讨了对非均匀饱和大气中非地转湿Q矢量(Qum)的改进。结果表明:(1)2009年8月9日08:00(北京时,下同)～10日08:00台风"莫拉克"给浙江大部分地区和福建中北部地区带来了一次暴雨过程,WRF模式较成功地模拟出了此次强降水过程。(2)850hPa Qum矢量散度场对同期降水落区具有一定指示意义,散度辐合强度变化与降水强度变化趋势有一定的对应关系。(3)此次暴雨过程中伴有大量的对流凝结潜热释放,最大潜热中心主要位于600hPa。(4)考虑对流凝结潜热加热作用得到改进的Qum矢量,600hPa改进后的Qum矢量散度辐合区对同期降水落区的指示作用得到进一步增强,诊断能力也得到进一步提高。     

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.     

黄山地区梅雨期暴雨个例的诊断分析

应用NCEP再分析资料,通过计算ω方程非绝热加热项对垂直速度贡献大小,详解非绝热加热凝结潜热释放对梅雨暴雨反馈机理,分析黄山地区2008年6月9-10日连续两场梅雨期大暴雨动力特征,表明潜热释放加强了暴雨区垂直运动和暴雨中尺度系统发展;梅雨锋上降水存在两种不同性质降水:一种是与切变线、低涡等相联系的大尺度连续性降雨,另一种是因对流性降水加热造成中尺度强降雨;其次黄山山脉地形及其摩擦对暴雨的增幅作用也不可忽略.     

“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。      

A study of partitioning Q vector on background conditions of a torrential rainfall over Shanghai, China on 25 August 2008

A rainfall that occurred during 0200–1400 Beijing Standard Time(BST)25 August 2008 shows the rapid development of a convective system,a short life span,and a record rate of 117.5 mm h-1for Xujiahui station since 1872.To study this torrential rainfall process,the partitioning method of Q vector is developed,in which a moist Q vector is first separated into a dry ageostrophic Q vector(DQ)and a diabatic-heating component.The dry ageostrophic Q vector is further partitioned along isothermal lines in the natural...     

青藏高原低涡活动的统计研究

利用1980-2004年5～9月逐日08时、20时(北京时,下同)两个时次的500 hPa天气图资料,统计分析了夏季青藏高原低涡(简称高原低涡)的活动特征.结果表明:夏季高原低涡的发生频次具有明显的年代际、年际和季节内变化特征,20世纪90年代以后低涡出现频次较之80年代有下降趋势,7月份是夏季高原低涡的活跃期;青藏高原上产生低涡的四个源地分别为:申扎-改则之间、那曲东北部地区、德格东北部和松潘附近;移出青藏高原的高原低涡在青藏高原上主要有四个涡源:那曲东北部、曲麻莱地区、德格附近和玛沁附近,也存在季节内变化,与青藏高原上产生低涡的涡源不同;部分高原低涡形成后,能在高原上生存36 h以上并发展东移,移动路径主要有东北、东南和向东三条,其中向东北移动的低涡数量最多;而低涡移出青藏高原后的路径与在高原上的移动路径并不相同,移出高原后的低涡多数是向东移动的,其次才向东北、东南移动;高原低涡移出高原时主要有两条路径:一条为东北路径,主要移向河西、宁夏和黄土高原一带;另一条是东南路径,主要移向四川盆地附近,其中,移向黄土高原的低涡最多;移出低涡也表现出一定的年际变化和季节内变化特征;高原低涡移出青藏高原后,多数在12 h内减弱消亡,有些可持续60 h,极少数能存活100 h以上,最长可达192 h,不仅影响我国东部广大地区的降水,甚至可能影响朝鲜半岛和日本;高原低涡在青藏高原上初生时,暖性涡比斜压涡多近两倍,而移出青藏高原后12 h内的低涡性质却发生了很大改变,以斜压涡居多;与60、70年代相比,80年代中期以后高原低涡的发生源地、移动路径和性质等特征都有所改变.     

使用6S模型由GMS5卫星资料反演陆地大气气溶胶光学厚度

采用每日08、11、14、17时（北京时）地面气象观测资料、卫星资料，应用6s辐射传输模型（second simulation of satellite signal in the solar spectrum）建立一幅晴空条件下4个时次的大气辐射参数背景底图。利用辐射传输理论，在辐射参数（背景底图上）与大气气溶胶光学厚度（aerosol optical depth，AOD；任意一天与背景底图同时次）之间建立了闭合一元非线性方程，求解方程得到晴空条件下陆地大气气溶胶光学厚度。选用一月内的GMS5-VISSR可见光通道资料，按上述方法得到选定时间段内的每日08、11、14和17时北京气象观测站位置处的550nm晴空大气气溶胶光学厚度。反演得到的晴空AOD值可以反映1个月内气溶胶光学厚度的日变化规律。另外，在中国大陆范围内划定反演试验区域，选择试验区域内的气象站所在位置为反演点，制作底图，并求算2002年5月1-17日、7月13日-8月14日站点位置的AOD。由站点值插值到整个反演试验区域内，所得结果反映出任意时次反演试验区内的气溶胶空间分布情况。     

A modified moist ageostrophic <Emphasis Type="Italic">Q</Emphasis> vector

The quasi-geostrophic Q vector is an important rainfall associated with large-scale weather systems diagnostic tool for studying development of surface and is calculated using data at single vertical level. When ageostrophic Q vector was introduced, it required data at two vertical levels. In this study, moist ageostrophic Q vector is modified so that it can be calculated using data at a single vertical level. The comparison study between the original and modified moist ageostrophic Q vectors is conducted using the data from 5 to 6 July 1991 during the torrential rainfall event associated with the Changjiang-Huaihe mei-yu front in China. The results reveal that divergences of original and modified moist ageostrophic Q vectors have similar horizontal distributions and their centers are almost located in the precipitation centers. This indicates that modified moist ageostrophic Q vector can be used to diagnose convective development with reasonable accuracy.     

不稳定能量参数在一次强对流天气数值模拟中的应用

采用常规观测资料和1°×1°NCEP／NCAP再分析资料,运用MM5V3．7高分辨率中尺度数值模式,对2004年7月12日17时30分前后发生在江苏南通的一次强中尺度对流系统（龙卷）进行模拟分析。结果表明：南通上空处在上干冷、下暖湿的大气不稳定层结中。干冷空气侵入与边界层暖湿气流强烈辐合,大量能量释放造成了本次龙卷的发生。运用数值模拟结果,计算了最佳对流有效位能IBCAPE、对流抑制能量ICIN、归一化对流有效位能INCAPE、能量—螺旋度指数,刚和强对流天气威胁指数／SWEAT等不稳定能量参数。通过分析上述参数的空间分布和在南通上空的时间分布,发现它们对强对流天气的发生有一定反映。     

不同天气条件下沈阳城市热岛特征

利用1992—2008年沈阳站和新城子站逐日4个时次的平均气温、平均风速、降水量、云量和能见度资料,对不同天气条件下沈阳的城市热岛效应进行研究。结果表明：除雾和浓雾天气条件下,沈阳城市热岛强度在08时最弱外,其他天气条件下均表现为20时最强,14时最弱;不同天气条件下,夜间城市热岛强度均高于白天;晴朗无风条件下昼夜城市热岛强度差最大,为0.73℃。四季相比,除雾条件下秋季城市热岛强度最强外,其他天气条件下均为冬季最强;除大雨条件下春季城市热岛强度最弱外,其他条件下均为夏季最弱。沈阳城市热岛强度随降水量的增加而减弱,随能见度的降低而减弱,随着风速的增加而减弱。白天和夜间两个时次的差值表现为,1～3级风夜间变化幅度大于白天,0级和4～5级风速有相反规律,其他天气条件下无明显规律。     

TOPMODEL模型在重庆市开县温泉小流域径流模拟中的应用研究

以重庆市开县温泉流域(984km2)为研究区域,利用自动雨量站资料作为TOPMODEL(TOPography based hydrological MODEL)降水一径流模型的输入,以08:00 BST观测的流域出口流量作为模型率定的依据,探讨了用小时面雨量和08:00流量资料和TOPMODEL水文模型进行小流域流量模拟的可行性.结果表明,以08:00流量为依据对TOPMODEL水文模型进行率定后,模型效率系数达到0.872.结果表明,TOPMODEL在所研究的流域基本上是适用的.此工作是自动雨量站资料、天气雷达定量测量降水产品等用于小流域山洪预报的基础工作之一.     

江苏苏南地区高速公路闪电时空分布特征研究

利用江苏省闪电监测定位系统探测2007—2013年地闪观测资料和2013年云闪观测资料,研究了苏南地区高速公路沿线地闪和云闪的时空分布特征。研究表明:1)苏南地区高速公路的年、月地闪频次具有西部多于东部的分布特征,其中扬溧高速最多;6—8月是地闪出现的高峰期,且西部地区出现峰值时间(7月)早于东部地区(8月);但日地闪频次的峰值出现时间东部(13～16 h)要略早于西部地区(14～18 h)。2)地闪强度(峰值电流)主要集中在20～50 kA,总体趋势是东部大于西部;高速公路地闪强度高值区主要集中在宁镇丘陵以及太湖、长江沿线附近,其中南京绕城高速、扬溧高速镇江段、宁杭高速南京段、沿江高速无锡段、沪宁高速等都是地闪密度较高路段。3)云闪集中发生在5—9月,西部地区云闪频次波动明显,总体呈双峰型月变化分布特征;东部地区云闪频次相对集中,呈单峰型月变化分布特征;西部地区出现云闪日高频次的时间(13～18 h)要早于东部地区(17～18 h)。     

Diagnostic analyses and application of the moist ageostrophic vector<Emphasis Type="Italic">Q</Emphasis>

Considering the main thermal forcing factor, which is critical for the development of synoptic systems,the concept of the moist ageostrophic vector Q is introduced. A formula of the moist ageostrophic Q and the ageostrophic diabatic equation, in which the divergence of the moist ageostrophic Q is taken as a single forcing term, is derived. Meanwhile, the moist ageostrophic Q is applied to diagnose a torrential rain process in North China. The results suggest that the moist ageostrophic Q can clearly reveal the system development during the torrential rain process; the corresponding relationship between the divergence of the moist ageostrophic Q and the rainfall area is better than that of the vertical velocity (ω) and the divergence of the dry Q; the 6-h rainfall region can be correctly drawn according to the negative area of the divergence of the moist ageostrophic Q, and its precipitation is positively correlated to the magnitude of the divergence of the moist ageostrophic Q. The research provides valuable information for improving short-term weather forecast.