广义湿位涡与暴雨落区预报的诊断分析

探讨了广义湿位涡理论及其倾向方程在暴雨落区预报方面的可应用性,为非均匀饱和广义湿位涡理论的业务应用提供了新的思路。 资料诊断结果表明, 非均匀饱和大气中的广义湿位涡虽然不具有守恒性, 但由于其体现了实际大气的非均匀饱和特性,尤其是水汽梯度效应的引入,使得广义湿位涡的异常在对流层低层能比较清楚地反映出暴雨发生时期的高水汽集中的特性和机制,有效地反映出暴雨区以及暴雨落区的变化。      

非均匀饱和广义湿位涡在暴雨分析与预测中的应用

考虑实际大气非均匀饱和特性, 通过引入广义位温及广义湿位涡方程, 对华北暴雨和江淮梅雨锋暴雨的发生及落区进行了广义湿位涡异常的诊断分析, 表明暴雨形成时大气低层有广义湿位涡的异常出现。对广义湿位涡倾向的计算表明:它对暴雨的发生有一定指示作用, 因而可利用广义湿位涡的异常来识别暴雨的出现。     

广义湿位涡理论及其应用研究

押重点介绍了诊断暴雨落区与强度的广义湿位涡理论研究方面的两个内容,一是由于暴雨系统中强降水引起的质量亏空导致的暴雨系统中质量强迫下的湿位涡异常理论,二是非均匀饱和大气中的广义湿位涡理论;对暴雨系统中质量强迫的物理意义和非均匀饱和大气中的广义位温引入的思路与意义作了详细说明,并对位涡理论作了细致推导。在此基础上,针对暴雨个例,利用质量强迫的湿位涡异常和非均匀饱和广义湿位涡异常诊断了暴雨落区,从理论和诊断上论证了利用这两种湿位涡异常判断暴雨落区的可行性。     

四川盆地西部两次极端暴雨的广义湿位涡诊断分析

利用ERA5 0.25°×0.25°再分析资料、MICAPS4的常规资料以及四川加密自动站逐时降水观测资料,对2020年8月11～13日和15～18日发生在四川盆地西部的两次极端暴雨过程的广义位温和广义湿位涡进行诊断分析。结果表明：两次暴雨过程均属于500 hPa“东高西低”型暴雨,中高层南亚高压、高空急流、西风槽和低层切变线、低涡等天气系统是两次暴雨有利的动力条件,低空急流则是暴雨区良好的水汽条件。两次过程暴雨区上空均存在强广义位温梯度区和强广义湿位涡异常区,“8.11”暴雨出现高度为800～900 hPa,“8.15”暴雨出现高度为700～800 hPa,这种分布与低层相对湿度含量密切相关,即相对湿度越高,广义位温垂直梯度越强,广义湿位涡异常区中心值越高。两次暴雨的强降水站点广义位温和广义湿位涡的时空演变和降水的时间演变均有较好的对应关系,但广义湿位涡强度与小时雨强并不存在明显的正相关关系。     

青藏高原东北侧致洪暴雨湿位涡特征分析

利用湿位涡理论,对青藏高原东北侧致洪暴雨作系统分析。根据700 hPa湿正压场特征,将青藏高原东北侧致洪暴雨分为3种类型:陕北和鄂尔多斯高原致洪暴雨、川东北和陕南致洪暴雨、青藏高原东北侧大范围致洪暴雨。归纳总结了3种致洪暴雨不同阶段700 hPa湿正压场、湿斜压场特征。为青藏高原东北侧致洪暴雨的预报研究提供参考依据。     

广义湿位涡在江淮流域暴雨分析和预报中的应用

利用中尺度数值模式MM5, 以6 h间隔的NCEP/NCAR 1°×1°的格点资料为背景, 加入新一代天气雷达 (CINRAD－SA雷达) 1 h间隔的反演风廓线资料和12 h探空、 3 h常规地面观测进行四维同化模拟得到的输出资料, 检验非均匀饱和大气中的广义湿位涡在2003年江淮流域暴雨动力指示方面的分析和预报能力。理论分析表明: 广义湿位涡综合体现了大气的动力、 热力及水汽作用, 相对于常用的温度、 湿度等物理量来说, 在一定程度上包含了风场、 温度场和湿度场的相互作用, 对实际非均匀饱和大气的热力变化和水汽影响有较好的反映。对模拟结果的诊断发现, 广义湿位涡倾向值的正负及强弱变化对暴雨落区预报和单站降水变化趋势预报都有一定的指示意义。利用NCEP/NCAR 1°×1°格点资料和气象台站观测的实况降水资料, 对1999年长江流域梅雨和2007年淮河流域大洪水时期的广义湿位涡及其倾向变化与区域平均降水变化的对比分析进一步表明了在持续性暴雨发生时期, 在大气中低层(主要在500 hPa以下), 确实持续存在广义湿位涡和广义湿位涡倾向的异常, 这种异常能在一定程度上反映出对应时期的水汽分布和水汽集中特征, 与降水量的变化是一致的, 而850 hPa以下的广义湿位涡倾向在一定程度上也能反映出降水的增强或减弱趋势, 即: 广义湿位涡倾向为正 (负) 异常时, 未来降水量可能增加 (减小), 因此, 广义湿位涡倾向可以定性地给出暴雨是加强还是减弱的强度趋势预报。类似于涡度、 湿位涡等其他动力变量, 广义湿位涡除了可作为一个分析暴雨系统发生发展的动力变量外, 还可体现出暴雨时期高水汽集中的特点, 在暴雨分析中有一定的优势。     

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.     

西南低涡暴雨的湿位涡诊断分析

文章分析了１９８１年７月１１－１５日的一次与西南低涡有关的四川特大暴雨过程中的湿位涡变化,发现湿位涡由负变正预示着暴雨的威弱和消失;同时利用湿位涡方程进行了诊断计算,结果表明：暴雨的发展趋势与位涡变率的变化趋势基本一致,位涡变率的正负转换对预报大暴雨的形成和减弱有一定的指示意义。     

北京7.21暴雨低涡演变的湿位涡分析

通过诊断再分析资料和数值模拟结果,从中层湿位涡守恒和低层湿位涡变化的角度分别对北京7.21暴雨过程中中尺度低涡的演变进行分析。结果表明,暴雨前期,对流层中高层高湿位涡的冷空气扩散南下,冷空气到达华北地区上空时,在有利等熵面的引导下从稳定层结向不稳定层结快速下滑,产生了剧烈的正涡度个别变化,使得低涡得到发展加强。另一方面,等熵面上冷暖空气的剧烈交汇在增强雨势的同时,也使得对流层低层至中层产生明显的涡度制造。在不考虑稳定度影响时,低层的非绝热过程引起的湿位涡制造与低涡发展有着很好的正相关,二者在位置上和量级上都有很好的对应。进一步分析表明,非绝热加热的水平不均匀分布是引起湿位涡变化的主要原因。     

强暴雨系统中湿位涡异常的诊断分析

从动力上推导了热力、质量强迫下的湿位涡方程,阐明了在暴雨系统中引起的强降水会造成热力、质量强迫下的湿位涡异常。并用NCEP1°×1°的分析资料对1999年6月23日到6月26日引起长江流域暴雨的对流系统进行了湿位涡诊断分析,分析结果表明湿位涡异常高度主要出现在700~500 hPa之间,中心最大值可超过1.4 PVU。从动力和资料诊断两个方面均揭示出湿位涡异常区与强降水区有很好的对应关系。     

Application of Generalized Moist Potential Vorticity to the Analysis of a Torrential Rain Case

Considering the non-uniform saturation of the real atmosphere,a diagnostic study of a torrential rain event is performed from the perspective of the anomaly of the generalized moist potential vorticity(GMPV) after introducing the generalized potential temperature into the thermodynamic frame of the real atmosphere. The results show that the anomaly appeared at mid-lower levels of the troposphere when the torrential rain happened.Analysis of the magnitudes and locations of maximum values of the tendency o...     

青藏高原东侧突发性暴雨的湿位涡诊断分析

利用MICAPS系统提供的常规观测资料对2004年6月29日、2004年8月10日发生在关中和陕北的突发性大暴雨进行湿位涡诊断分析。分析表明,700hPa等压面上,MPV1≤-0．3PVU中尺度对流不稳定区的生成、伴随对流不稳定区临近上游MPV1≥0．3PVU中尺度对流稳定区的生成,是形成突发性暴雨的湿正压场特征。伴随高原槽东移入河套（或关中）,槽后有MPV2〈0湿斜压中心生成,槽前有MPV2〉0湿斜压中心生成,正负湿斜压中心在暴雨区及其临近上游生成MPV2等值线密集区,形成了突发性暴雨的700hPa湿斜压场特征。暴雨区上空有深厚湿位涡负值层的形成,伴随暴雨区上游对流层中低层有正湿位涡柱东移在暴雨区形成陡直的湿位涡等值线密集区,对突发性暴雨的发生有指示意义。扰动湿位涡的三维空间结构及其演变也是青藏高原东侧突发性暴雨预报当中可利用的重要信息。     

"碧丽斯"台风暴雨影响广西的湿位涡诊断分析

应用湿位涡理论,对发生在广西境内由台风减弱的低压引发的大暴雨过程进行诊断。结果表明:暴雨产生在eθ面陡峭密集区附近,eθ陡立密集区附近易导致湿斜压涡度发展;当对流层低层M PV 1<0,同时M PV 2>0时,暴雨易发生,暴雨产生在高低空正负湿位涡柱的下方;对流层高层高值湿位涡下传,使得对流层低层稳定度降低,导致对流不稳定能量释放,有利于暴雨产生。低层西南暖湿气流加强,不稳定能量在释放的同时不断得到补充,使得暴雨增幅。     

消除MODIS图像重叠现象的方法研究

利用常规的探空和地面资料以及NCEP数值预报产品分析场,对2004年7月发生在山西省南部的一次暴雨过程的湿位涡场进行了诊断分析。结果表明:MPV1由负变正标志着暴雨由强到弱。整个过程中,强降水总是发生在MPV1零值线附近。MPV2的正负与低空暖湿气流有着较好的对应关系;对流层高层高值湿位涡向对流层低层下传,引导高层冷空气侵入高温、高不稳定的山西南部,冷空气增强了对暖湿气流的强迫抬升作用,触发不稳定能量的释放,有利于降水增幅,是此次暴雨产生的重要机制。     

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。     

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。     

相当湿位涡异常与梅雨锋暴雨分析

基于位涡异常与中尺度对流系统发展密切相关的分析事实,以及中尺度天气的发生发展的过程中水汽的重要作用,在引入水汽变化方程的基础上,导出了非均匀饱和大气中的相当湿位涡方程,进而分析了引起相当湿位涡异常的主要因子。依据相当湿位涡包含动力因子、热力因子和水汽因子的特点,利用相当湿位涡及增量对一次梅雨锋暴雨进行诊断和模拟分析,初步揭示了相当湿位涡及其增量对梅雨锋强降水的指示意义,相当湿位涡及其增量大值区对未来1～3小时的强降水具有较好的指示作用。针对梅雨锋暴雨,可以将梅雨湿度锋与相当湿位涡相结合作为强降水短时临近预报的一个指标。