应用湿Q矢量诊断梅雨锋暴雨

利用湿Q矢量，结合改进的MM4（MMM4）模式模拟输的加密资料，细致地诊断分析了1991－07－05T20－06T20一次典型的江淮梅雨锋暴雨过程，结果表明：湿Q矢量散度辐合场随高度向倾斜；在梅雨锋暴雨发展，衰亡阶段，湿Q矢量散度散，合场在垂直方向上主要呈现出了相间分布的特点；从湿Q矢量散度辐合场这个角度探讨了梅雨锋暴雨的内在机理，并给出了梅雨锋暴雨具体预后的新思路。     

应用湿Q矢量分解诊断梅雨锋暴雨

采用传统的Q矢量分解方法将湿Q矢量(Q*)分解在沿等位温线的自然坐标系中，并结合改进的MM4模式(MMM4)模拟资料，对一次江淮梅雨锋暴雨过程进行诊断分析。结果表明，分解湿Q矢量可将梅雨锋暴雨的垂直运动场进行一个有意义的尺度分离，这不仅验证了梅雨锋暴雨过程中存在不同尺度相互作用的已知结论，而且从定量的角度揭示出不同尺度在梅雨锋暴雨不同阶段所起的作用不同，有明显的主、次之分：在梅雨锋暴雨的开始形成阶段，大尺度对垂直运动场的产生起着主要的强迫作用，锋区尺度的强迫作用处于次要地位；在梅雨锋暴雨的强盛阶段，锋区尺度已经演变为垂直运动场的主要强迫因子，而大尺度的强迫作用则处于次要地位，其至多起着背景场的作用，甚至个别时次可以忽略不计；在梅雨锋暴雨的衰亡阶段，大尺度又逐渐演变为此时垂直运动场的主要强迫动力，而锋区尺度的强迫作用则迅速衰减，其又仅处于次要地位。此外，我们认为分解湿Q矢量比“总”的湿Q矢量更有利于对产生梅雨锋暴雨的潜在物理机制的评估：先是在大尺度2△↓.Qθ*的强迫作用下诱发中尺度2△↓.Qn*强迫作用的产生，随着2△↓.Qn*强迫作用的增强，其所强迫作用产生的次级环流增强，降水的强度也同时随着增大，最终由2△↓.Qn*强迫作用所产生的次级环流直接导致梅雨锋暴雨的发生。     

一次辽宁暴雨过程的Q矢量诊断分析

应用^Q矢量理论 ,分析了2003年8月5～6日辽宁暴雨天气过程 ,探讨了暴雨期间^Q矢量和^Q矢量散度场及^Q矢量锋生函数场的分布特征 ,表明低层^Q矢量散度辐合带与暴雨区有较好的对应关系 ,揭示了^Q矢量散度的辐合中心或辐合线、散度场和锋生函数场与暴雨落区有关。     

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。     

一次辽宁暴雨过程的Q矢量诊断分析

应用Q矢量理论，分析了2003年8月5～6日辽宁暴雨天气过程，探讨了暴雨期间Q矢量和Q矢量散度场及Q矢量锋生函数场的分布特征。表明低层Q矢量散度辐合带与暴雨区有较好的对应关系，揭示了Q矢量散度的辐合中心或辐合线、散度场和锋生函数场与暴雨落区有关。     

一次暴雨过程中的湿Q矢量诊断分析

在非地转Q矢量的基础上,考虑大气系统发展的主要热力强迫因子一非绝热加热作用,引入非地转湿Q矢量(Q^ )的概念,并应用这一理论对1999年6月23日至24日的一次暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明,Q^ 辐合区是暴雨发生的有利区域;Q^ 的垂直分布反映了次级环流的方向和强弱,暴雨落区位于次级环流的上升支附近。从而说明Q^ 对暴雨天气系统的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预报降水落区的重要指标,为暴雨的预报提供了更广阔的思路。     

梅雨锋暴雨的Q矢量定性分析

本文利用1991年7月5日20时－6日20时一次江淮梅雨锋暴雨过程实部资料，结合地面降水分析，定性地比较分析了准地转Q矢量、半地转Q矢量及湿Q矢量的诊断特性。结果表明，半地转Q矢量比准地转Q矢量优越。非地转Q矢量与湿Q矢量相差不大，都明显比半地转Q矢量及准地转Q矢量优越。准地转Q矢量表现最差；700hPa各Q矢量的辐合场较各自在850hPa及500hPa的相应场对降水的反映更好，尤其是700hPa非地转Q矢量及湿Q矢量辐合场与同时刻地面降水的发生有很好的对应关系；与降水对应的Q矢量的辐合场基本位于槽前及气旋的中、前方，这对台站实际业务预报工作有参考价值。     

梅雨锋气旋暴雨的 Q 矢量分析：个例研究

文中对修改的Q矢量(Q*)进行转化、处理后,所得Q矢量(记为QN矢量)与准地转Q矢量具有类似的计算表达式,但其完全用实际风场资料进行计算.结合1991年7月5日20:00-6日20:00 BST的一次典型江淮梅雨锋气旋暴雨过程比较分析表明,QN矢量诊断能力较准地转Q矢量优越,且700 hPa QN矢量散度辐合场对同时期地面降水场的水平分布特征具有较好指示作用.将QN矢量沿以等高线为参照线的自然坐标系进行分解(简称为PG分解),所得各项QNalst矢量(沿流伸展项)、QNcurv矢量(曲率项)、QNshdv矢量(切变平流项)及QNcrst矢量(穿流伸展项)具有明确物理意义.对1991年7月5日20:00-6日20:00 BST此次江淮梅雨锋气旋暴雨过程进行QN矢量PG分解研究表明,QN矢量PG分解可以揭示出天气现象过程中"总"的QN矢量(即QN矢量)难以揭示的潜在物理机制.具体地讲,在梅雨锋气旋不同阶段,QNalst矢量散度场的水平分布特征都与总QN矢量散度场相似,其散度辐合场在总QN矢量散度辐合场中都占有较大比例,对总QN矢量散度对垂直运动产生的激发与强迫作用贡献大,对梅雨锋气旋引发降水的发生始终都起着主要的促进强迫作用.QNcurv矢量在整个梅雨锋气旋暴雨演变过程中,对降水发生的促进作用逐渐减小,直至起到抑制作用.QNshdv矢量对降水发生的促进作用则随着梅雨锋气旋发生发展而明显增强,但随着梅雨锋气旋的东移衰亡,其对降水发生的促进作用迅速减弱,直至对降水的发生基本无影响.对于QNcrst矢量来讲,其在梅雨锋气旋的发生发展及强盛阶段对降水的发生基本不起作用,但在梅雨锋气旋衰亡阶段其对降水发生起着主要促进作用.另外,在梅雨锋气旋发生发展及强盛时期,QNalst矢量与QNcurv矢量、QNshdv矢量与QNcrst矢量的散度水平分布特征相似,只不过强度上存在差异,但无明显相互抵消现象,而在梅雨锋气旋衰亡阶段就不同了,QNalst矢量与QNcurv矢量、QNshdv矢量与QNcrst矢量的散度水平分布特征基本相反,且存在明显的相互抵消现象.可见,通过QN矢量PG分解可以揭示出梅雨锋气旋不同阶段降水的强迫因子是不同的.     

应用Q矢量分析方法结合数值预报产品诊断区域暴雨

简要介绍了准地转Ｑ矢量分析方法。直接利用Ｔ６３、Ｌ１６模式数值预报有限区域格点资料，计算了Ｑ矢量、Ｑ矢量散度及Ｑ矢量湿锋生函数等物理量场。诊断分析了１９９７年５月６日—７日山东区域暴雨过程，对数值预报产品动力学释用作了探索性试验，效果理想。得出了预报区域暴雨有参考价值的结论     

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.     

Q Vector Analysis of Torrential Rainfall from Meiyu Front Cyclone： A Case Study

Following similar derivation of quasi-geostrophic Q vector （Q^C）, a new Q vector （Q^N） is constructed in this study. Their difference is that the geostrophic wind in quasi-geostrophic Q vector is replaced by the wind in Q^N vector. The diagnostic analysis of Q^N vector is compared with that of Q^G vector in the case study of a typical Meiyu front cyclone （MYFC） occurred over Changjiang-Huaihe regions during 5-6 July 1991. The results show that the Q^N vector has more diagnostic advantages than Q^G vector does. Convergence of Q^N vector at 700 hPa is found to be a good indicator to mimic the horizontal distribution of precipitation. Q^N vector is further partitioned into four components： Q^Nalst （along-stream stretching）,Q^Ncurv （curvature）,Q^Nshdv （shear advection）, and Q^Ncrst （cross-stream stretching） in a natural coordinate system with isohypse （PG partitioning）. The application of Q^N PG partitioning in the MYFC torrential rain indicates that PG partitioning of Q can identify dominant physical processes. The horizontal distribution of 2V·Q^Nalst is similar to that of 2V·Q^N and mainly accounts for 2V·Q^N during the entire period of Meiyu. The effects of Q^Ncurv on rainfall enhancement fade from the mature stage to decay stage. Qshdv enhances precipitation significantly as the MYFC develops, and the effect weakens rapidly when the MYFC decays during its eastward propagation. Q^Ncrst shows little impacts on rainfall during the onset and mature phases whereas it displays significant role during the decay phase.Q^N alst and Q^Nshdv and Q^Ncrst show cancellation only during the decay period.     

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．     

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。     

河南省两场初雪的Q矢量诊断分析

2003年11月8～9目河南省发生了近10年来唯一一次初雪即达暴雪的过程。利用Q矢量方法和常规观测资料，将2003年11月8～9目和2000年11月7～8目过程中的Q矢量和水汽条件进行对比分析，结果表明：Q矢量散度场、水汽通量散度和Q矢量湿锋生函数与河南省暴雪预报有较好的对应关系，对降雪预报有指示作用。     

一次东风波中尺度暴雨的Q矢量与MM5预测能力对比

利用NCEP 1°×1°再分析资料对2001年8月3～4日的浙南闽北的东风波暴雨过程进行了分析。根据Q矢量散度分析讨论了这次过程中的暴雨演变以及东风波诱生中尺度低涡发生发展的原因。同时,利用中尺度有限区域模式MM5V2对该东风波诱生中尺度低涡进行模拟。结果表明:Q矢量散度大值中心强度和位置的演变较好反映了暴雨落区和中尺度低涡的诱生,其预示能力较MM5V2预报的准确率高,将中尺度模式和Q矢量计算结合起来可以提高风暴路径和雨区的预报准确率。     

"049"川渝暴雨的Q矢量与湿位涡分析

采用NCEP/NCAR再分析资料对"049"暴雨过程的准地转Q矢量及湿位涡进行诊断分析,揭示了暴雨期准地转Q矢量散度场、涡度场以及锋生函数的分布特征以及与暴雨之间的时空配置关系,指出了Q矢量散度与垂直运动有很好的配置关系,低层Q矢量辐合有利于上升运动的发展和维持,Q矢量对此次暴雨过程具有一定作用;暴雨区对流层中低层的对流不稳定与条件性对称不稳定对此次暴雨过程起了关键作用,而且很可能是中尺度对流系统发生发展的重要条件之一.     

强降水过程中热力切变平流参数的诊断分析

在以往研究的基础上, 本文把对流涡度矢量的垂直分量、水平散度和广义位温的垂直梯度有机地结合起来, 引入热力切变平流参数的概念。本文针对两次强降水过程, 利用NCEP/NCAR全球最终分析资料对热力切变平流参数进行诊断分析, 结果表明, 热力切变平流参数能够比较准确地综合表征雨区上空水平风场切变和湿等熵面漏斗状向下伸展等动力学和热力学典型的垂直结构特征, 因而该参数与降水系统的发展演变密切相关, 与观测的6小时累积地面降水区存在一定的对应关系; 在空间水平分布和时间演变趋势上, 热力切变平流参数的异常值区覆盖着观测的6小时累积地面降水区; 该参数在降水区内表现为强信号, 而在非降水区表现为弱信号。影响热力切变平流参数发展演变的因素分析表明, 该参数倾向方程中通量散度项的异常值区覆盖着观测的6小时累积地面降水区, 表明雨区内通量散度项导致的热力切变平流参数变化比较明显, 其中纬向风速与经向风速相互作用的贡献是不容忽略的。     

一次连续暴雨的非地转湿Q矢量分解分析

利用实测暴雨资料,运用改进的非地转湿Q矢量对青藏高原东侧2005年7月18日至19日的一次连续暴雨天气进行了诊断分析。分析结果表明：700 hPa Q矢量散度场不仅将暴雨区反映出来了,而且散度辐合中心与降水中心对应。进一步把改进的非地转湿Q矢量分解为平行于等位温线和垂直于等位温线两部分,分析表明：准地转的大尺度系统与非地转非绝热的中小尺度系统在不同高度起着不同程度的作用,二者相叠加,形成暴雨。在第一阶段的暴雨中,大尺度的上升运动强迫作用在700 hPa占主要作用,而中小尺度系统在较低层次和中层起主要作用,促使强对流的发展和深对流的形成,对暴雨落区的反映也更准确。在第二阶段的暴雨中,垂直上升运动以中尺度非绝热强迫为主,随着对流不稳定能量的大量释放,中小尺度系统作用快速减弱,降水趋于减弱。     

An Analysis of Thermally-Related Surface Rainfall Budgets Associated with Convective and Stratiform Rainfall

Both water vapor and heat processes play key roles in producing surface rainfall.While the water vapor effects of sea surface temperature and cloud radiative and microphysical processes on surface rainfall have been investigated in previous studies,the thermal effects on rainfall are analyzed in this study using a series of two-dimensional equilibrium cloud-resolving model experiments forced by zonally-uniform,constant,large-scale zonal wind and zero large-scale vertical velocity.The analysis of thermally-related surface rainfall budget reveals that the model domain mean surface rain rate is primarily associated with the mean infrared cooling rate.Convective rainfall and transport of hydrometeor concentration from convective regions to raining stratiform regions corresponds to the heat divergence over convective regions,whereas stratiform rainfall corresponds to the transport of hydrometeor concentration from convective regions and heat divergence over raining stratiform regions.The heat divergence over convective regions is mainly balanced by the heat convergence over rainfall-free regions,which is,in turn,offset by the radiative cooling over rainfall-free regions.The sensitivity experiments of rainfall to the effects of sea surface temperature and cloud radiative and microphysical processes show that the sea surface temperature and cloud processes affect convective rainfall through the changes in infrared cooling rate over rainfall-free regions and transport rate of heat from convective regions to rainfall-free regions.