云南一次持续性暴雨过程的非地转湿Q*

应用非地转湿Q^*,对2001年5月31日至6月2日发生在云南的持续性暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明,非地转湿Q矢量辐合区是暴雨发生的有利区域;非地转湿Q矢量的垂直分布反映了次级环流的方向和强弱,云南的暴雨落区位于次级环流的上升支附近。     

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.     

湿Q矢量散度场与ω场的比较

结合1991年7月5日20时至6日20时一次典型的江淮梅雨锋暴雨过程实况资料,系统、细致地比较分析了实时分析的湿Q矢量散度场与同时次改进后的MM4(MMM4)模式实时分析输出场之间的差异。结果表明:在整个梅雨锋暴雨过程中,湿Q矢量散度辐合场与同时刻地面雨区之间的对应关系较ω场优越;700hPa湿Q矢量散度辐合区对同时刻地面降水场有指示作用,尤其在梅雨锋暴雨的发展阶段及强盛时期,它对实际降水的落区及强度指示作用更为明显;MMM4模式中关于垂直速度计算的方案有待进一步改进。     

改进的湿Q矢量分析方法及梅雨锋暴雨形成机制

利用实测暴雨资料,结合改进的MM4(MMM4)模式模拟输出的加密资料,分别利用改进的湿Q矢量(记为Q*)及改进的湿Q矢量分解(Partitioning),诊断分析了1991年7月5日20:00~6日20:00一次典型的江淮梅雨锋暴雨过程。结果表明,600hPaQ*矢量散度辐合区对同时刻地面降水的强度、落区及不均匀性有很好的指示作用。在整个梅雨锋暴雨过程中,Q*矢量散度辐散、辐合在垂直方向上是相间分布的,它所激发的次级环流可能是诱发梅雨锋暴雨产生的重要因素。进一步研究表明,改进的湿Q矢量分解比“总”Q*矢量更具有诊断意义,可将梅雨锋暴雨的垂直运动场进行有意义的尺度分离,更有利于梅雨锋暴雨的潜在物理机制的评估。在梅雨锋暴雨的不同阶段,对于垂直运动场而言,不同尺度的Q*矢量散度辐合场的强迫作用不同,有主、次之分。基于上述诊断分析结果,本文进而提出梅雨锋暴雨形成的可能物理机制,并给出其概念模式:由于初始大气中大尺度的水汽及垂直运动场的空间分布不均匀,从而造成了大尺度Q*矢量散度辐合,激发出次级环流,进而引发了中尺度Q*矢量散度辐合场的产生,最终产生次级环流,直接导致梅雨锋暴雨的发生。     

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。     

应用湿Q矢量分解理论诊断分析“05．7”梅雨锋暴雨

利用Q矢量分解理论对发生于2005年7月的一次江淮梅雨锋暴雨过程进行诊断分析,并对比分析了原非地转湿Q矢量（Q^＊）和改进后的非地转湿Q矢量（Q^M）的诊断能力。结果显示：对流凝结潜热的释放对此次梅雨暴雨中尺度系统的形成和维持起到非常重要的作用;将Q^M分解为平行和垂直于等位温线两个方向后,发现在暴雨强盛阶段,低层大气是以大尺度辐合为主,中高层相反,且南北方向有次级环流出现,表明次天气尺度的持续性水汽汇集和正反馈机制是此次梅雨锋暴雨的关键因子．     

几种Q矢量的比较

利用1991-07-05T20—06T20一次江淮梅雨锋暴雨过程实况资料,结合地面降水分布,从定性(矢量场,即Q)、定量(散度场,即2∇·Q)的角度细致、具体地比较分析了准地转Q矢量、半地转Q矢量、非地转Q矢量及湿Q矢量的诊断特性。结果表明:半地转Q矢量诊断能力优越于准地转Q矢量。非地转Q矢量、湿Q矢量诊断能力明显优越于准地转Q矢量、半地转Q矢量。准地转Q矢量诊断能力最差;从定性的角度分析,非地转Q矢量与湿Q矢量诊断能力相差不大。但进一步定量分析发现,在整个梅雨锋暴雨过程中,湿Q矢量的诊断能力大于其他Q矢量;700hPa高度上各Q矢量的矢量、散度辐合区较其在850hPa和500hPa上对降水反映更好,尤其是700hPa湿Q矢量散度辐合区与降水区有非常好的对应关系。     

河南省一次大暴雨天气过程的非地转湿Q矢量分析

利用NCEP/NCAR格点分析资料,根据非地转湿Q矢量对2005年8月28-29日河南省大暴雨天气过程进行了诊断分析,试图找出非地转湿Q矢量与大暴雨过程的关系,分析结果表明,大暴雨区和非地转湿Q矢量辐合区以及上升运动区有较好的对应关系,暴雨产生在低层负的非地转湿Q矢量散度区域内,非地转湿Q矢量所激发的次级环流有利于暴雨的维持和发展,暴雨落区位于次级环流的上升支一侧。     

圣帕台风暴雨的非地转湿Q矢量的诊断分析

利用WRF中尺度模式模拟了台风"圣帕"登陆后减弱成热带低压造成湖南省大暴雨的过程,使用模拟输出的高分辨率资料,借助非地转湿Q矢量对这次暴雨过程做了详细的诊断分析.结果表明:非地转湿Q矢量能比较清楚地揭示此次暴雨演变过程,尤其700 hPa的非地转湿Q矢量散度场对降水预报具有较好的指示意义,其散度辐合区域对应着降水的落区,散度辐合强度变化指示着降水强度的变化趋势,并且非地转湿Q矢量散度辐合强度的大小可预示着未来3～6 h降水的强弱,是具有预报价值的;非地转湿Q矢量散度是非地转ω方程的强迫项,并与地形条件共同作用激发了地面中尺度系统的发展与次级环流的形成,是此次暴雨得以发展与维持的机制.     

几种Q矢量的比较

利用 1 991 - 0 7- 0 5T2 0— 0 6T2 0一次江淮梅雨锋暴雨过程实况资料 ,结合地面降水分布 ,从定性 (矢量场 ,即 Q)、定量 (散度场 ,即 2 · Q)的角度细致、具体地比较分析了准地转 Q矢量、半地转 Q矢量、非地转 Q矢量及湿 Q矢量的诊断特性。结果表明 :半地转 Q矢量诊断能力优越于准地转 Q矢量。非地转 Q矢量、湿 Q矢量诊断能力明显优越于准地转 Q矢量、半地转 Q矢量。准地转 Q矢量诊断能力最差 ;从定性的角度分析 ,非地转 Q矢量与湿 Q矢量诊断能力相差不大。但进一步定量分析发现 ,在整个梅雨锋暴雨过程中 ,湿 Q矢量的诊断能力大于其他 Q矢量 ;70 0 h Pa高度上各 Q矢量的矢量、散度辐合区较其在 850 h Pa和 50 0 h Pa上对降水反映更好 ,尤其是70 0 h Pa湿 Q矢量散度辐合区与降水区有非常好的对应关系。     

台风“利奇马”期间苏州大暴雨物理量诊断和微物理特征分析

采用日本气象厅的最佳台风路径及强度资料、NCEP/NCAR逐6 h细网格再分析数据,分析了"利奇马"暴雨影响相关的云水含量、假相当位温、水汽通量散度、Q矢量、湿位涡等物理量;通过苏州雨滴谱资料,分析降雨强度、雨滴数密度、雨滴平均直径、雨滴含水量、雷达反射率因子、雨滴谱宽等微物理量特征。结果表明降水落区位于环境垂直风切变顺切的左侧。暴雨期间能量和水汽条件较好,低层Q矢量梯度使辐合上升增强,且其非对称性对暴雨落区有指示意义,湿位涡的发展也有利于暴雨的加强;另外,微物理分析表明冷云降水机制使降水效率大幅提高,雨滴谱能较好地反映台风降水特征,强降水主要由层状云中嵌入的对流降水引起。强降水时段雨滴谱的相关微物理量等都呈现较大值。     

非地转湿Q矢量在台风暴雨预报中的应用试验

利用NCEP/NCAR全球格点资料和TRMM卫星资料,采用改进后的非地转湿Q矢量,对0908号台风＂莫拉克＂引起的台湾南部特大暴雨过程进行预报应用试验。试验结果表明：（1）850 hPa高度层的非地转湿Q矢量散度及水汽通量散度分布可以预报未来24 h暴雨的落区及其雨带的分布,暴雨发生在Q矢量散度梯度大值区靠近辐合区域,同时该区域要有水汽辐合中心,雨带分布与该梯度大值区分布基本一致。（2）Q矢量辐合区的倾斜式发展很好地描述了暴雨中心强对流系统垂直结构,强对流系统发展旺盛期出现在暴雨发生前的18 h,具有一定预报意义。（3）台风暴雨发生在次级环流的上升支附近,最强次级环流上升支出现在暴雨发生时期;次级环流中的上升气流从低层到高层的倾斜方向较好地描述了雨带的移动,次级环流的调整比雨带移动提前了24 h,具有较好的预报应用价值。     

非地转湿Q矢量在台风暴雨预报中的应用试验

利用NCEP/NCAR全球格点资料和TRMM卫星资料,采用改进后的非地转湿Q矢量,对0908号台风“莫拉克”引起的台湾南部特大暴雨过程进行预报应用试验.试验结果表明:(1) 850hPa高度层的非地转湿Q矢量散度及水汽通量散度分布可以预报未来24 h暴雨的落区及其雨带的分布,暴雨发生在Q矢量散度梯度大值区靠近辐合区域,...     

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.     

一次大暴雨过程的湿Q矢量比较分析

结合2005年7月18～19口出现在青藏高原东侧的一次大暴雨天气过程,对改进前（Q^＊）后（Q^q）两种非地转湿Q矢量的散度和锋生函数进行了比较诊断分析。结果表明：①改进后的掣矢量散度辐合场在位置、强度及走向上对暴雨区的反映都较改进前的Q^＊矢量更为准确。低层大气强迫为产生暴雨区上升运动的主要强迫作用,在不稳定的层结下使大气加速上升而产生强对流。②包含了所有非绝热效应的湿Q矢量锋生函数对暴雨中心和雨区走向的反映更准确,锋生作用更强。当出现一定程度降水后,由于大量不稳定能量的释放,锋消作用明显。     

2005年6月湖南大暴雨过程的天气动力学诊断分析

利用NCEP分析资料和实测资料，对2005年6月初湖南大暴雨过程进行了天气动力学诊断分析。结果表明：暴雨区中上升运动和水汽辐合均大于周围区域，中低层为对流不稳定层结。暴雨区位于非地转湿Q矢量辐合强迫的次级环流上升支中，其南北两侧为非地转下沉气流，下沉气流的补偿有利于暴雨系统的维持。非地转湿Q矢量辐合区对6小时暴雨落区预报有指示意义。暴雨区位于700hPa湿位涡和850hPa湿相对位涡负值中心附近偏暖湿气流一侧。低层暖湿平流和强上升运动致使低层湿空气辐合补偿、热量上传，利于高层辐散增强，抽吸作用加强低空辐合，促使暴雨发展。     

热带气旋“苏迪罗”（2015）海上活动时段降水物理过程模拟诊断研究

利用WRF模式对2015年热带气旋（TC）"苏迪罗"发展演变过程开展高分辨率数值模拟,模式较好地再现了"苏迪罗"路径、强度、高低空环流、云系演变和降水分布等。应用三维地面降水诊断方程对"苏迪罗"海上活动时段的降水物理过程模拟诊断指出,Q_WVA（三维水汽通量辐合辐散率）对TC环流区域内降水相关的水汽相关过程变率（Q_WV）变化起主导作用,但环流区域内Q_WVL（垂直积分负的水汽局地变化率）和Q_WVE（海面蒸发率）亦有重要贡献（尤其是后者）,尽管Q_WVE贡献明显小于Q_WVA,但由环流区域外辐合来的水汽也可能主要源于区域外不同海域的海面蒸发,海面蒸发的总体贡献应更大。海上活动时段云相关过程变率（Q_CM）特征及变化与Q_WV相比更为复杂,环流区域内的Q_CLL（负的液相水凝物局地变率）基本维持正值（液相水凝物持续减少）,其消耗主要用于向冰相水凝物转化和地面降水,以及向区域外的三维通量辐散,6日04时之前,环流区域内Q_CIL（负的冰相水凝物局地变率）的变化主要归因于微物理转化及地面降水,而6日04时之后,来自环流区域外的通量辐合也有一定作用;降水强度逐渐增强时期,水凝物含量的短暂增长（负值Q_CLL和Q_CIL）主要归因于明显增强和垂直扩展的上升运动,伴随上升运动增强,水凝物含量明显增加,霰融化（P_gmlt）和雨滴碰并云滴（P_racw）是造成雨滴含量增加的主要微物理过程。"苏迪罗"环流内区域和时间平均的降水效率高达96%,其中Q_WVA是主要贡献项,而Q_WVE和Q_WVL亦有重要贡献,这与TC所处海洋下垫面有关,海上活动时段,充足的降水源和较小的降水汇共同造成此时段的高降水效率,雨滴生成主要微物理来源中,P_gmlt约占P_racw的72%,体现出海上活动时段TC环流内旺盛的深对流活动特征。