湿位涡和Q矢量与西北东部暴雨关系的分析

应用湿位涡理论和Ｑ 矢量分析方法,研究了位于发生在副高边缘青藏高原东侧复杂地形条件下一次暴雨过程。通过对湿位涡、Ｑ 矢量散度、涡度和锋生函数等物理量分布特征的诊断,发现造成西北东部暴雨的内在机制, 是一次大环流形势调整后的西太平洋副热带高压西伸北抬,与新疆东移冷空气在其边缘交绥抬升时切变辐合带强烈发展,从而激发前期堆积的不稳定能量释放,并提出了在数值预报产品释用业务中应用湿位涡及Ｑ 矢量场作暴雨落区预报的着眼点。     

贵州暴雨的湿位涡诊断分析

应用湿位涡理论，对2004年贵州的6次暴雨过程进行分析，讨论了湿位涡与贵州暴雨的关系，结果表明暴雨的发展与湿位涡的变化有很好的对应关系：0e面陡立且南侧暖湿气流活跃，易导致湿斜压涡度发展，密集区内暴雨容易发生。湿空气对流活动层仅能达到500～600hPa之间。对流层高层及平流层高位势涡度下传有利于位势不稳定能量的释放，从而造成强对流天气。对流层低层湿正压项负值区的移动反映了强对流过程位势不稳定能量的释放过程，湿斜压项的高值中心区与暴雨的落区相一致，为暴雨强度和落区的预报提供了一定的参考。     

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.     

Q矢量和湿位涡在梅雨期区域性暴雨中的诊断分析

利用常规地面观测资料、区域自动站降水资料和NCEP再分析资料,根据Q矢量与湿位涡理论对2010年6月19-21日长江中下游暴雨过程进行诊断分析。结果表明：此次暴雨是由低层切变缓慢东移南压而造成;Q矢量绝对值大值区和Q矢量锋生函数大值区与强降水带相对应,值的变化也能反映出降水的增强与减弱,但Q矢量锋生函数中心与降水中心对应有时并不一致;Q矢量散度变化与雨带中心的加强减弱对应较好;强降水带处于正负值交界的等值线密集区,且其梯度的增大对应降水增强,梯度减小对应降水减弱。     

华南暴雨中尺度对流系统的形成及湿位涡分析

利用MM5模式对发生在1998年5月23～24日华南暴雨和中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,简称MCS)模拟的模式输出资料,根据湿位涡守恒原理和倾斜涡度发展理论分析了暴雨和MCS形成和发展的原因.结果表明,暴雨和MCS发生在倾斜湿等熵面具有弱对流稳定性的下陷区,沿湿等熵面下滑的冷空气与倾斜上升并具有较强对流有效位能的暖湿空气在下陷区会合的过程中经历了对流稳定性减小的过程,导致暴雨和MCS发生发展区域有气旋性的涡旋发展.对流发展区域的上空满足条件对称不稳定发生的条件,MCS中上升气流呈倾斜状态.由于湿等熵面倾斜,在暴雨和MCS的发展过程中,水平风垂直切变和湿斜压度的增大也有利于涡旋的发展,使暴雨和MCS得以维持.最后,给出了华南地区湿等熵面上暴雨和MCS发生发展的一个物理概念模型.     

Q矢量、螺旋度、位涡及位涡反演在台风暴雨研究中的应用进展

Q矢量、螺旋度、位涡及位涡反演是近代天气学中的先进动力诊断工具。Q矢量被视为估算垂直运动的有效方法。螺旋度是表征流体边旋转边沿旋转方向运动的动力性质的物理量。位涡是一个综合反映大气热力和动力性质的物理量并具有守恒性和可反演性。位涡反演是指在给定位涡分布和边界条件且假定运动是平衡的情况下,可以反演出同一时刻的风、温度、位势高度等物理量的分布。台风暴雨形成机理及其预报研究一直是大气科学研究领域的重点和业务天气预报工作的难点。文章将着重总结分析国内外有关将Q矢量、螺旋度、位涡及位涡反演方法应用于台风暴雨研究的进展状况,并对未来如何综合应用上述诊断工具进行了展望。     

2003年江淮梅雨暴雨与湿位涡的关系

统计了2003年发生在江淮地区的梅雨暴雨，根据暴雨中心对流稳定度及降雨性质将暴雨分为4种类型。分析湿位涡与梅雨暴雨中的惯性不稳定、对称不稳定、对流不稳定的关系发现：第1类暴雨往往与对称不稳定有关，第2类暴雨与对流不稳定有关，且这两类暴雨高层多具有强惯性不稳定，降水相对较大；第3、第4类暴雨是稳定性降雨，高层一般不具备惯性不稳定，雨量一般较小。高层的惯性不稳定对降水的加强作用明显。     

2012年7月北京一次大暴雨过程的湿Q矢量和湿位涡分析

利用NCEP 1°×1°的6 h再分析资料和常规气象观测资料,对2012年7月21日发生在北京地区的一次大暴雨天气过程进行非地转湿Q矢量(Q*)和湿位涡等物理量诊断分析,研究暴雨期间Q*散度、锋生函数和湿位涡的时空分布特征,以及它们与强降水之间的关系。结果表明,Q*在850 hPa高度层上对暴雨表现出良好的诊断特性,冷、暖气流的汇聚加强了锋生作用,强锋生中心出现几小时后即出现暴雨。暴雨区位于Q*辐合区内,Q*散度对6 h后暴雨的落区有很好的指示意义。暴雨落区基本位于MPV1正、负值交界处的等值线密集带上以及MPV2负值区内。暴雨区上空,从近地面到对流层低层的对流性不稳定与条件性对称不稳定同时存在,两者共同作用,这很可能是此次暴雨的中尺度对流系统发生发展的重要条件之一。     

登陆台风内中尺度强对流系统演变机制的湿位涡分析

2005年05号台风"海棠"登陆福建后,在外围云系里有个明显发展的中尺度对流云团经过温州东部及北部地区,引起了强降水,从而造成比热带风暴环流本身更具破坏力的强烈天气,因此研究台风内中尺度对流系统(M(2S)的发展机制能够为预报台风灾害提供依据.文中使用中尺度静力模式WRF对台风"海棠"登陆过程进行了模拟,模式很好地模拟了台风登陆过程的路径、强度变化趋势和降水分布,尤其是模拟出了台风环流内的一次中尺度对流系统的发展过程,并利用模拟结果对台风环流内的这次中尺度对流系统进行了与之相关联的湿位涡分析,从而揭示了台风环流内中尺度对流系统发展演变的湿位涡特征.结果表明,在对流形成阶段,MPV1即对流不稳定为MCS的形成提供背景不稳定条件,由MPV2即湿等熵面的倾斜和水平风的垂直切变而引起的涡旋发展作为强迫机制:MCS形成的区域及东南区域中低层是强对流不稳定层,蕴含丰富的不稳定能量,倾斜上升运动把对流不稳定区具有强不稳定能量的暖湿卒气向西北中层的中性层结区输送.由于θep的减小,气旋性涡度增强,有利于形成对流,另一方面,由于湿等熵面倾斜和低空急流加强而引起的涡旋发展作为一种强迫机制激发对流不稳定能晕得到释放,从而形成对流;在对流系统的发展阶段,由于低层的对流不稳定性进一步减弱,θep一步减小,气旋性涡度进一步增强,有利于MCS的增强,中层等θe线的倾斜度比绝对动量M等值线的倾斜度大,对应有条件对称不稳定区域,满足条件对称不稳定(CSI)条件,在湿等熵面倾斜和台风低空急流作用下引起的涡旋发展强迫对称不稳定能量释放,从而使得对流得以维持和加强.通过以上的分析给出了台风环流内中尺度对流系统发生发展的概念模型.     

“15·8”川东西南涡暴雨的Q矢量分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料和常规地面观测资料,应用非地转湿Q矢量(Q*)的理论,对2015年8月16~18日一次川东地区持续性暴雨进行了分析。500h Pa高空槽、700h Pa西南低涡(SWV)和850h Pa低空急流为造成此次持续性暴雨的主要系统。结果表明:(1)Q*散度的辐合区与未来6小时雨带相对应,能较好地诊断未来6小时雨带的分布,西南涡中心位于辐合区西偏南侧,强降水中心位于辐合区中心南部;(2)西南涡中心和未来6小时雨带分别位于Q*正涡度区东南侧和西侧,但Q*涡度诊断能力不如Q*散度;(3)在西南涡发展阶段,大尺度强迫占主导地位,在西南涡成熟阶段则是中小尺度强迫占主导地位;(4)Q*散度垂直分布能较好地反映出西南涡的垂直结构,西南涡位于Q*矢量散度辐合垂直带的西南侧。     

阿克苏北部暴雨和冰雹湿位涡对比诊断分析

应用湿位涡理论,分别对阿克苏北部2次暴雨和冰雹过程进行诊断分析。结果表明：θse面陡立易导致湿斜压涡度发展,形成θse陡峭密集区,密集区内暴雨和冰雹容易发生;850hPa MPV1〈0和MPV2〉0以及700hPa MPV1〉0和MPV2〈0,易产生暴雨,且MPV1和MPV2数量级相当,即正压过程与斜压过程同样重要。冰雹发生时850hPa MPV1〉0和MPV2〈0,由于影响系统的不同,700hPa MPV1和MPV2分布有所不同,但存在MPV1和MPV2的正负配置,有利于倾斜涡度发展。     

影响山东的台风暴雨天气的湿位涡诊断分析

应用湿位涡理论 ,对发生在山东境内由台风和台风减弱的低压引发的两场大暴雨过程进行诊断。结果表明 :这两场暴雨都产生在θe 陡立密集区附近 ,θe 陡立密集区附近易导致湿斜压涡度发展 ;对流层中低层MPV1 <0 ,850hPa上MPV2 >0 ,综合反映了暴雨区对流不稳定和斜压不稳定的发展 ;对流层高层高值湿位涡下传 ,有利于位势不稳定能量的储存和释放 ,使降水增幅。     

西北涡暴雨的湿位涡诊断分析

利用常规的探空和地面观测资料、NCEP格点资料以及中尺度MM5模式,对2000年7月4～5日发生在华北南部的一次西北涡大暴雨过程的湿位涡场特征进行了诊断和分析.结果表明,中尺度低涡暴雨的发生发展与湿位涡的时空演变有很好的对应关系,湿位涡＂正负区叠加＂的配置是低涡暴雨发展的有利形势.强降雨区发生在对流层低层正压项的正值区南侧零线附近,斜压项的最大负值区对暴雨的落区和移动有指示作用.     

On the Significance and Use of the Generalized Moist Potential Vorticity Equation

In this paper,the continuity and thermodynamic equations including moisture forcings were derived.Using these two equations and the basic momentum equation of local Cartesian coordinates,the budget equation of generalized moist potential vorticity(GMPV) was derived.The GMPV equation is a good generalization of the Ertel potential vorticity(PV) and moist potential vorticity(MPV) equations.The GMPV equation is conserved under adiabatic,frictionless,barotropic,or saturated atmospheric conditions,and it is closely associated with the horizontal frontogenesis and stability of the real atmosphere.A real case study indicates that term diabatic heating could be a useful diagnostic tool for heavy rainfall events.     

一次北方春季罕见暴雨天气的湿位涡分析

应用湿位涡理论 ,对 2 0 0 3年 4月发生在山东境内的一次暴雨天气进行诊断。结果表明 :暴雨产生在θe 线陡立密集区附近 ,θe 线陡立密集区附近对流稳定度较小 ,有利于湿斜压涡度发展 ;湿位涡在 70 0hPa上具有MPV1 <0 ,MPV2 >0的特征 ,对流层高层高值湿位涡下传有利于位势不稳定能量的储存和释放 ,也是低涡东移发展为气旋的重要机制。     

内蒙古一次区域性暴雨的湿位涡诊断分析

应用自动气象站观测资料及NCEP再分析资料,对2012年7月27日发生在内蒙古中西部地区一次暴雨天气过程的湿位涡场进行了诊断分析。结果表明:MPV1"正负值区垂直叠加"的配置对暴雨的发生、发展非常有利,且MPV1负值中心区对暴雨落区有一定的指示作用;MPV2的分布表明,随着大气斜压性增强,强降水总是发生在对流层低层斜压性较强的区域;低层斜压项的负值区与暴雨的落区存在着良好的对应关系。     

一次爆发性气旋的发展与湿位涡关系的研究

通过对一次陆地爆发性气旋的数值模拟与湿位涡的诊断分析发现，气旋的爆发与湿位涡的平流关系密切，气旋的发展并不是在湿位涡中心位于气旋上空时才开始，而是当湿位涡中心位于气旋的后部，并在200hPa对下有明显的倒圆锥形下伸区时，才有利于气旋的发展。当湿位涡中心位于气旋上空时，气旋发展开始减慢。湿位涡局地变化的大小与水平方向位涡梯度的大小有关。湿斜压位涡负值区的上下贯通与气旋发展也有明显的关系。     

呼和浩特市一次大暴雨天气的湿位涡诊断分析

对1998年7月12日发生在呼和浩特地区的大暴雨天气过程进行了湿位涡初步诊断分析。结果表明:湿位涡在暴雨预报中具有较好的指示性,当对流层低层MPVl<0,同时MPV2>0时,暴雨易发生。从500hPa到对流层中高层,在切变线的附近有一个大的湿位涡正值中心,各层中心的位置基本相对应,从中层到高层略向北倾,越到高层中心值越大。强降水位于低层湿位涡高值区东北侧正位涡较小的地区,并与位涡斜压部分的负值中心相对应,随着斜压负值中心强度的增强,暴雨加强。     

山东春季一次罕见暴雨天气的湿位涡分析

应用湿位涡理论,对2003年4月发生在山东境内的一次罕见暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:这次暴雨产生在925hPa以下θe线陡立密集区附近,θe线陡立密集区附近对流稳定度较小,有利于湿斜压涡度发展;湿位涡在这次暴雨过程前期700hPa上ξMPV1<0,ξMPV2>0的演变,综合反映了暴雨区对流不稳定及斜压不稳定的增强;对流层高层高值湿位涡下传有利于位势不稳定能量的释放,使降水增幅,也是低涡东移发展为气旋的重要机制。