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。     

2009年豫南一次强暴雨过程的位涡方程诊断分析

利用中尺度WRF模式、NCEP/NCAR再分析格点资料及常规气象观测资料,对2009年8月28—30日河南省南部一次强暴雨过程进行中尺度数值模拟,借助模式输出的模拟数据计算位势涡度及位势涡度方程收支,并利用位涡收支方程对此次暴雨过程进行诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程的模拟效果较好,模拟暴雨强度及落区与实况较一致,位势涡度能够较好地反映此次暴雨过程的动力及热力特征。位涡异常高值区与暴雨中心有较好的对应关系,暴雨中心大致位于位涡高值中心东南侧。位涡收支方程中各收支项同样能够反映此次暴雨过程的动力、热力性质。暴雨发展过程中大气中低层位涡局地增加,位涡局地变化大值中心驿应暴雨中心。各收支项中,引起中低层位涡局地变化的贡献主要来源于潜热加热作用、水平平流作用、垂直输送作用及摩擦作用。其中潜热加热与水平平流作用对暴雨中低层正变位涡起正贡献作用,潜热加热作用有利于位涡局地增加,水平平流作用易于低层位涡向流场辐合区聚集,引起局地位涡增加;垂直输送及摩擦作用对中低层位涡变化表现为负贡献作用,垂直作用易于将中低层位涡向高层输送,使得低层位涡减小,高层位涡增加。在摩擦作用下,低层位涡被大量耗散,使得中低层位涡局地减小。     

2005年7月一次大暴雨过程的模拟和诊断分析

基于2005年7月9—10日河南、安徽等地一次大暴雨的巨大影响,利用中尺度模式（MM5）对此次过程进行了模拟,并使用NCEP/NCAR再分析资料和模式输出产品作了多种物理量诊断分析,结果表明,贝加尔湖附近阻高、下游的东北冷涡及其伴随的高空槽造成了有利的环流形势,低层切变线及急流是此次暴雨过程的最主要影响系统。散度、涡度、垂直速度、螺旋度及位温的分布和演变反映出在此次降水发生过程中,暴雨区出现了很强的辐合上升运动,中低层大气层结不稳定性强,上下层大气物质交换强烈,在暴雨区上空螺旋度呈＂下正上负＂的垂直结构,螺旋度正的大值区对应强降水中心;水汽通量散度的分布说明暴雨区有充足的水汽供应,而锋生条件为降水的形成和维持提供了一定的能量。     

一次江淮暴雨中中尺度低涡的数值模拟及分析

利用MM5模式对2003年7月4—5日一次江淮梅雨暴雨过程进行了数值模拟。分析表明：暴雨与江淮地区对流层中低层中尺度低涡的发生发展有密切关系。中尺度低涡与中尺度雨团相伴移动，低涡强度与雨强的演变近于一致；低涡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；低涡低层有不稳定能量的积聚。应用螺旋度理论分析指出，较大的螺旋度是对流层中低层低涡发生和发展的一种有利机制。     

一次区域性大暴雨过程中尺度诊断分析

利用实况降水、FY-2C资料、实时探空、NECP/NCAR再分析资料对2009年8月2—5日川渝地区大暴雨过程主要环流系统、水汽输送特征,以及湿位涡和垂直螺旋度演变特征进行了诊断分析。结果表明：此次强降水环流背景是高空槽东移,耦合了＂天鹅＂台风动力阻塞维持在川渝地区的西南低涡,南侵的冷空气和西南急流输送的暖湿气流交汇,形成明显的气旋性辐合,导致不断有中小尺度对流系统的生成、发展,且降水过程中一直维持较好的水汽输送条件;湿位涡对本次降水落区有较好的指示意义,由于强降水湿位涡负值中心上空的大尺度下沉气流、强上升气流的倾斜程度和最大锋生强迫区的位置和强度,强降水落区（重庆西部）位于负值中心（四川盆地）暖气流一侧;垂直螺旋度发展演变与暴雨有着密切的关系,当螺旋度等值线密集（稀疏）时,强降水发生（减弱或结束）,且暴雨发生时,总是伴随着高（低）空正（负）垂直螺旋度的耦合发生。     

2010年河南两次大暴雨过程中的低涡特征对比分析

利用常规气象观测、区域自动站、多普勒雷达等资料及NCEP再分析资料,对2010年7月16—19日河南省连续发生的两次大暴雨过程（分别简称＂7.17＂过程和＂7.19＂过程）及其低涡特征进行对比分析。结果表明：＂7.17＂过程中低涡发展于黄淮西部,而＂7.19＂过程中低涡为源于四川盆地并在河南境内发展加强的西南涡;副热带高压边缘强盛的西南暖湿气流与北方扩散南下的冷空气相互作用,有利于中尺度低涡形成和发展;远距离台风及副热带高压外围偏南暖湿气流北上为暴雨过程提供了充沛水汽;涡旋中心东南侧的窄带回波造成了暴雨、龙卷等强对流天气,其北侧的东北气流入流区也是强降水集中区域;两次过程能量锋区特征明显,＂7.17＂过程强降水主要发生在对流不稳定条件下,雨强大,而＂7.19＂过程强降水主要发生在弱的对流不稳定或中性大气环境中,雨强（1 h）相对较弱;强的低层辐合与高空辐散耦合的动力结构有利于低涡和垂直上升运动发展,也加强了水汽辐合抬升;涡度收支诊断表明,两次过程中低涡均处于旺盛发展阶段,散度项和扭转项是黄淮地区中低层低涡发展的重要因子。     

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.     

一次华北暴雨过程的数值模拟及水汽螺旋度和水汽涡度收支应用分析

运用WRF模式对2009年8月发生在华北地区的一次暴雨过程进行了数值模拟,按照性质的不同对模拟降水进行了研究,还进行了湿度场试验,最后利用模式输出结果对水汽螺旋度和水汽涡度收支进行了诊断分析。结果表明,数值模式比较合理地再现了本次暴雨天气过程。显式降水在模拟的总降水量中占了很大的比重,但是在暴雨爆发初期,积云降水起了重要作用。对流层中层的水汽饱和程度对模拟降水性质及降水量大小有重要影响,显式降水一般发生在空气饱和程度较高的区域,而位势不稳定则是诱发积云降水的主要原因。对流层中低层水汽螺旋度的强度变化在一定程度上代表了降水系统的强弱变化,其高值区与强降水落区在出现的时间和空间上都存在较好的一致性。水汽涡度收支对于水汽涡度及水汽螺旋度的变化具有很好的指示意义,可以作为预报降水的一个动力指标。     

一次梅雨锋暴雨的数值模拟及位涡诊断

在对2005年7月11—12日发生在长江中下游地区的一次暴雨过程进行天气分析的基础上,利用MM5数值模式对这次暴雨过程进行模拟,模拟结果及客观分析对比表明,MM5基本上成功地再现了这次暴雨过程。对模式输出的高分辨率结果进行诊断分析,发现梅雨锋暴雨期间,暴雨区上空对流层中低层有平行于雨带的位涡（PζV）、湿位涡垂直分量（MζPV1）的正值区以及湿位涡水平分量（ζMPV2）的负值区,而分布在高层相当位温（eθ）线密集带上PζV、ζMPV1正值中心以及ζMPV2负值中心沿该密集带传向低空。干空气侵入在这次暴雨过程中有重要作用,对流层高层西风分量下传将高纬高层高位涡干空气带到低纬暴雨区低层,促使对流层低层对流发展,从而产生强降水。     

2009年7月广西一次暴雨过程的数值模拟和诊断分析

运用WRF模式对2009年7月发生在广西地区的一次暴雨过程进行了数值模拟,并利用模拟结果进行诊断分析.结果表明,模式能够合理地再现此次暴雨天气过程.在对流层中低层,水汽通量散度的负高值区、假相当位温广义波作用量密度和z-螺旋度的正高值区,与强降水落区都存在较好的对应关系;水汽通量散度负值中心大小及负值区向上伸展的高度、...     

2009年7月广西一次暴雨过程的数值模拟和诊断分析

运用WRF模式对2009年7月发生在广西地区的一次暴雨过程进行了数值模拟,并利用模拟结果进行诊断分析。结果表明,模式能够合理地再现此次暴雨天气过程。在对流层中低层,水汽通量散度的负高值区、假相当位温广义波作用量密度和z-螺旋度的正高值区,与强降水落区都存在较好的对应关系;水汽通量散度负值中心大小及负值区向上伸展的高度、假相当位温广义波作用量密度的高值中心值,与降水强度之间存在一定的相关性;z-螺旋度的强度变化对降水强度的增大和减弱也具有较好的指示意义。     

2011年梅汛期一次暴雨过程的对流涡度矢量方程诊断分析

利用NCEP FNL资料、FY-2E云顶亮温、常规观测及加密自动站降水量等资料,以及高分辨率中尺度模式WRF V3.3的模拟结果,结合对流涡度矢量方程对2011年6月一次江淮梅雨锋暴雨过程进行了诊断分析。结果表明,模拟结果再现了该次暴雨过程的降水特征,该过程主要受地面低压及梅雨锋锋面系统的控制和影响,其中6月14-15日为所选暴雨个例最旺盛的阶段,且该时段伴随梅雨锋上中尺度对流系统的移动发展和梅雨锋锋生。对流涡度矢量及其垂直分量的倾向方程的诊断分析表明,对流涡度矢量垂直分量的局地变化主要受非绝热加热项的影响;而非绝热加热与次级环流和梅雨锋锋生的关系说明中尺度对流活动与梅雨锋锋生存在类CISK机制的反馈关系。因此,对流涡度矢量,特别是其垂直分量可以用来诊断和揭示伴随非绝热加热的中尺度对流系统与梅雨锋锋生之间的关系。     

河北中南部一次大暴雨个例的成因诊断

利用NCEP 1°×1°再分析资料和常规资料,分析了一次河北中南部罕见短时特大暴雨的环流背景,计算了暴雨发生过程的干位涡、湿位涡值以及暴雨区域垂直螺旋度的大小.然后利用这些物理量从动力、热力学方面对河北暴雨进行综合分析.结果发现:500 hPa干位涡正压项能较好地表征冷空气和辐合区的强度和移动方向,斜压项负值由小到大引发降水强度的增加,斜压项负值的减小预示着降水的减弱.在此暴雨个例中,强对流发生区域与湿位涡异常的移动方向有较好的相关性,强对流出现在湿位涡移动方向前部的等值线密集区,且短时暴雨靠近零线一侧.正MPV1异常与负MPV2异常相叠置区域,即大气对流稳定时,因垂直涡度得到发展,激发出强对流.低层螺旋度正值中心的出现并增大,预示着强对流的发生,同一经度相邻正负螺旋度中心的存在有利于正螺旋度区域暴雨强度的增大.     

一次低涡东移引发的大暴雨过程诊断分析

利用气象常规观测资料和NCEP 1°×1°格点再分析资料,对温州地区2007年梅汛期雨量最大的一次降水过程做了较为全面的分析。分析结果表明：低涡东移是造成这次局地大暴雨的直接原因;强降水往往发生在低涡移动的前部和右侧．大暴雨落区与水汽通量散度负中心有着较好的对应关系;并指出华南低涡在沿海地区和内陆地区产生强降水的水汽源地有所不同;此次局地大暴雨过程的水汽输送源地有两个,分别是南海和西太平洋;在沿海地区来自西太平洋的偏东气流对华南低涡暴雨有增幅作用;低涡前部中、低层强烈的上升气流为浙南沿海持续强降水的产生提供了十分有利的动力条件。     

山西一次低涡暴雨过程的成因分析

采用地面、高空常规观测资料和NCEP全球再分析资料（空间分辨率1°×1°）,对2005年7月1日20时至2日20时（北京时）发生在山西的一次低涡暴雨过程从环流形势、物理量场方面进行了初步的分析,发现这次暴雨过程是受5OOhPa高空槽、副热带高压以及中尺度低涡等天气系统共同作用产生的。利用数值模拟输出的高时空分辨率资料探讨了此次暴雨过程的发生发展特征和机理,指出中低层中尺度涡旋是造成这次过程的主要天气系统,低涡的时空演变与暴雨中心的移动和雨强的变化有着较好的对应关系。湿位涡诊断表明：强降水发生时,暴雨区上空低层是不稳定区,湿位涡负中心出现在暴雨中心附近,且对流不稳定性远大于湿斜压性。地形的敏感试验进一步揭示了地形对暴雨的增幅作用。     

一次陕西初夏暴雨过程的数值模拟及诊断分析

利用常规观测资料、陕西地面加密观测资料和NCEP再分析资料对2006年6月2日00:00(协调世界时,下同)至3日12:00陕西中部初夏的一次区域突发性暴雨进行了数值模拟和综合分析.结果表明受500 hPa冷涡底部短波槽、700 hPa切变线和地面偏东风气流的共同作用造成这次突发区域性暴雨.模式结果与实况降水情况基本一致,24 h降水模拟能够很好地体现暴雨过程的中心位置,暴雨区域的主要范围和暴雨形势的走向.垂直运动场和降水区对应较好.通过对位涡的分析可得到,此次暴雨过程中有一股很强的干冷空气从对流层顶向下传播,这种强干侵入的形式有利于强降水的生成.广义位温和对流涡度矢量异常的分布和垂直变化很好地反映了陕西这次暴雨过程的落区及其演变,并且对本次暴雨的预报有较好的预报指示意义.     

一次西南低涡形成过程的数值试验和诊断 II:涡度方程和能量转换函数的诊断分析

本文是对第一部分的数值试验结果进行涡度方程以及位能、散度风动能和旋转风动能之间的能量转换函数诊断分析,并讨论了地形动力作用和潜热加热影响西南低涡形成和发展的物理过程.结果表明:从涡度收支上看,地形和潜热加热通过增大辐合使涡度增加.从能量转换上看,在低层地形和潜热加热加强位能向散度风动能转换以及散度风动能向旋转风动能转换;在高层,地形通过加强旋转风动能向散度风动能转换,使高空辐散增强,而潜热加热通过加强位能向散度风动能转换亦使高空辐散增强.     

华东地区强对流降水过程湿斜压涡度的诊断分析

湿斜压涡度(Moist Baroclinic Vorticity,MBV)、湿热力斜压涡度(Moist Thermodynamic Baroclinic Vorticity,MTBV)及湿位涡(Moist Potential Vorticity,MPV)是能够完整表征涡度三维信息的物理量,其中MBV代表切变风对湿比容的平流输送作用,MTBV反映了垂直气压梯度、对流稳定度、风垂直切变与湿比容水平梯度之间的耦合效应。本文利用这些物理量对2009年8月17日发生在华东地区的一次强对流降水过程进行了诊断分析。该过程是在高空急流、中层浅槽和低空切变线的密切配合下产生的,共经历了"团状结构—带状结构—团状结构"三个发展阶段。诊断结果表明,MPV、MBV和MTBV的异常值区与降水落区有较好的对应关系;随着强对流降水的发展演变,MPV、MBV和MTBV都产生了相应的变化,MPV、MBV和MTBV对降水和对流系统有追踪指示意义。相对而言,在反映降水强度变化方面,MBV和MTBV比MPV更具优势。     

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。     

一次西南低涡形成过程的数值试验和诊断——Ⅱ:涡度方程和能量转换函数的诊断分析

本文是对第一部分的数值试验结果进行涡度方程以及位能、散度风动能和旋转风动能之间的能量转换函数诊断分析,并讨论了地形动力作用和潜热加热影响西南低涡形成和发展的物理过程.结果表明:从涡度收支上看,地形和潜热加热通过增大辐合使涡度增加.从能量转换上看,在低层地形和潜热加热加强位能向散度风动能转换以及散度风动能向旋转风动能转换;在高层,地形通过加强旋转风动能向散度风动能转换,使高空辐散增强,而潜热加热通过加强位能向散度风动能转换亦使高空辐散增强.