广义相当位温及其扩展应用

广义相当位温是一个包含水汽和液态水在内的新的大气热力学参量。通过简明推导和论证，进一步讨论其物理意义和扩展应用；结合耗散结构理论，提出了排熵指数的概念；根据广义相当位温自身的特点，设计了大气液态水含量指数和大气水物质含量指数等预报判据；这些参数在强对流天气和区域性暴雨分析预报中，应用效果较好。     

假相当位温与新余市汛期大暴雨

本文从新余市大暴雨个例入手，通过分析其前期的假相当位温场，揭示大暴雨与假相当位温的关系，为本市的大暴雨预报寻找热力学因子。     

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。      

饱和湿大气Brunt-V3/4is3/4l3/4频率及修正的相当位温

实际大气中受扰动的饱和气块发生凝结后 ,凝结水会部分脱离气块。以前研究饱和湿大气的Brunt V is l 频率 (N2 m)没有考虑凝结水的部分脱离 ,相当位温 (θe)也忽略了饱和气块的混合比的作用。文中针对这些不足 ,在假设饱和空气中只存在气液转换条件下 ,推导出液态水部分脱离气块的、更符合实际情况的N2 m 表达式和修正的饱和湿大气θe 表达式。新的N2 m 表达式增加了部分脱离气块的液态水的作用项 ,新的θe 表达式中包含有饱和气块的混合比 ,并对有关的表达式分别作了讨论和比较     

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。     

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。     

“碧利斯”引发强降水过程的湿位涡诊断分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料,计算了2006年第4号强热带风暴“碧利斯”过境引发强降水过程的湿位涡（MPV）和假相当位温（θse）,分析了其湿位涡中尺度时空分布特矸,探讨了湿位涡发展、减弱与暴雨增幅、减弱的相关性,并结合假相当位温分布对此次强降水发生发展机制进行了分析。结果表明,850 hPa层湿位涡负值中心与强降水区域均有较好的对应关系,强的降水区域在850 hPa层位于湿位涡负中心的暖湿气流一侧,与负中心相距1个纬距左右,MPV负值中心大小可反映降水强度;在低纬地区,MPV的湿正压项MPV1负值区、MPV的湿斜压项MPV2正值中心北部以及θse等值面陡然向地面转折处是预报强降水中心落区的一个判据;MPV1负值增长期,MPV2由负值向正值过渡期,对应降水增幅期;     

山东半岛一次持续性强降水天气的湿位涡分析

利用MICAPS系统提供的常规观测资料对2007年8月9—12日山东半岛持续性强降水进行湿位涡诊断分析。结果表明：产生此次持续性强降水的主要天气系统是高空槽、低空切变线、减弱的热带低压和低空急流。强降水期间,山东上空对流层中低层大气是湿对称不稳定的;强降水落区位于等θe线陡立密集区内,靠近暖区一侧;湿位涡斜压项得到较大增长的地区与强降水中心也有较好的对应。     

500hPa广义位温场与我国西北地区夏季降水的关系

利用1958~2012年JRA55月平均再分析资料和我国西北地区33站降水资料,通过EOF、相关、合成、SVD等统计方法,分析了500 hPa广义位温场与我国西北地区夏季降水的关系。结果表明:夏季500 hPa关键区(40°E~80°E,30°N~60°N)广义位温场与我国西北地区降水关系最为密切,当里海、咸海、贝加尔湖以北地区对流层中层偏暖湿,中亚南部偏冷干时,我国西北地区西部降水偏多,而东部降水偏少。尤其是在新疆南部及甘肃北部降水偏多更为显著,而甘肃南部降水偏少则最为明显;反之亦然。前期2月500 hPa广义位温场自赤道阿拉伯海沿南亚印度北部、中国西北至北亚,呈西南东北向的"+﹣﹢﹣"分布时,随后夏季西北地区降水西部多、东部少。并且,夏季关键区对流层中层广义位温场的异常变化,对应着不同的大气环流场异常,而这种环流形势则进一步影响我国西北地区东西部的降水异常。     

三种温湿参数下昆明准静止锋锋面位置及锋生函数诊断的对比分析

针对2008年1~2月昆明准静止锋天气过程,讨论了位温、相当位温和广义位温三个温湿参数及其对应的锋生函数,对比分析结果表明:（1）广义位温因其湿度因子权重过大,不适用于分析以温度梯度定义的昆明准静止锋锋面位置和强度;（2）理想状态下的干大气位温和饱和大气相当位温仅与气压和温度有关,均能较好地反映大气温度场特征,适用于昆明准静止锋的分析,比较而言相当位温对温度锋区的描述更为显著;（3）用位温或相当位温计算锋生函数所得结果直接表达了因温度场变化导致的锋面生消状况,而用广义位温计算锋生函数所得结果同时包含温度锋生（消）和湿度锋生（消）两种情况,不能简洁地判断昆明准静止锋锋面生消状况。     

超强台风“韦帕”的暴雨机制及湿位涡分析

通过对0713号超强台风"韦帕"进行数值模拟,利用高分辨率模拟资料进行湿位涡分析,研究"韦帕"影响过程中暴雨的产生机制,发现中低层水平温位涡负值中心与强降水中心有较好的对应关系,且水平湿位涡绝对值与降水强度成正相关,低层对流稳定度减小导致气旋性涡度迅速增长、低空急流和暖湿气流的加强以及台风与西风槽结合产生湿斜压不稳定触发不稳定能量释放都对暴雨的产生起了巨大作用.     

A diagnostic study of moist potential vorticity generation in an extratropical cyclone

Moist potential voracity (MPV) and Its generation may be important in the development of mesoscale structures such as rainbands within cyclones. In an adiabatic and frictionless flow, MPV generation is possible if the flow is three-dimensional and the air is unsaturated. Moist potential vorticity can be generated through the combined effects of gradients in the potential temperature and moisture fields. The diagnosis of MPV generation in an extratropical cy-clone was performed with the ECMWF objectively analyzed fields for a system that developed during February 1992. It was found that at various stages during the development of the cyclone, negative MPV was generated: at the north end of the cold front; along the occluded front and the cold front; and in the region of the warm core. This pattern of negative MPV generation is in excellent agreement with the predictions of previous theoretical and numerical studies. After the cyclone ceased to deepen, the region of negative MPV generated in the cyclone was horizontally adverted in-to a saturated area. The area of negative MPV generated both along the occluded front in this case study and in the region of the bent-back warm front in a numerical simulation showed a mesoscale structure with a width of about 200-500 km. It was found that the intrusion of moist or dry air into baroclinic zones was important for MPV genera-tion. In addition, baroclinicity increase (adjacent to the area of condensation) in the regions of high moisture gra-dients led to significant MPV production.     

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。     

Study on moist potential vorticity and symmetric instability during a heavy rain event occurred in the Jiang-Huai valleys

In the light of the theory on moist potential vorticity (MPV) investigation was undertaken of the 700 hPa vertical (horizontal) component MP1 (MPV2) for the heavy rain event occurring in Ju-ly 5-6,1991. Results show that the distribution features of the two components were closely related to the development of a mesoscale cyclone as a rainstorm-causing weather system in the lower troposphere in such a way that the ambient atmosphere of which MPV1>0 and MPV2<0 with |MPVl|≥|MPV2| favored the genesis of conditional symmetric instability (CSI) and that, as in-dicated by calculations, a CSI sector was really existent in the lower troposphere during the heavy rain happening and contributed greatly to its development.     

华北一次强对流暴雨的湿位涡诊断分析

应用常规地面观测资料、区域加密站降水资料、NCEP再分析资料（水平分辨率1°×1°,间隔为6 h）,对2009年6月8日发生在华北的一次强对流暴雨过程的湿位涡场进行了诊断分析。结果表明:湿位涡的分布对强对流暴雨的发生、落区有较强的指示性作用,MPV1“正负值区垂直叠加”的配置是强对流暴雨发生、发展的有利形势。暴雨出现在850 hPa上MPV、MPV1、MPV2正负值过渡带附近,是对流不稳定与斜压不稳定相结合的地区。θse的等值线接近垂直的地区有利于垂直涡度的增长,亦有利于强降水发生。     

华北一次强对流暴雨的湿位涡诊断分析

应用常规地面观测资料、区域加密站降水资料、NCEP再分析资料（水平分辨率为1°×1°,时间间隔为6 h）,对2009年6月8日发生在华北的一次强对流暴雨过程的湿位涡场进行了诊断分析。结果表明：湿位涡的分布对强对流暴雨的发生、落区有较强的指示性作用,MPV1＂正负值区垂直叠加＂的配置是强对流暴雨发生、发展的有利形势。暴雨出现在850 hPa上MPV、MPV1、MPV2正负值过渡带附近,是对流不稳定与斜压不稳定相结合的地区。θse等值线接近垂直的地区有利于垂直涡度的增长,亦有利于强降水发生。     

一次北疆暴雪天气的热力和湿位涡条件分析

2010年2月22～24日北疆出现了一次暴雪天气过程。本文基于高空和地面实况、欧洲中心数值预报、NECEP资料,通过对环流形势、低层风场、假相当位温、湿位涡的分析,结果表明：极锋锋区与副热带锋区在新疆汇合是产生暴雪的主要原因,低层辐合为暴雪提供了足够的上升动力条件,极锋锋区上的冷空气和北疆上空的垂直风切变为暴雪提供了不稳定条件。暴雪发生常伴随在北疆低层大的能量锋区附近,暴雪落区在700hPa负的湿位涡中心值附近,可以把它作为一个暴雪落区预报的一个参考指标。     

基于湿位涡和积雪效率的降雪预报技术探讨

本文对南京地区2015年的一次强降雪过程进行了湿位涡诊断分析,根据2008—2015年的57次强降雪个例归纳出了积雪效率与地面2 m气温的关系。结果表明:湿位涡正压项对降雪强度变化有较好的指示意义;结合湿位涡斜压项和地面气温可以较好地判断降雪落区,且强降雪落区和湿位涡斜压项的大值中心对应较好;积雪效率和地面2 m气温是分段函数关系,利用该统计关系及气温、降雪量的预报,可以作出积雪深度的预报。     

包含冻结过程的广义位温及位涡特征分析

为了对比分析降水过程中不同表达形式热力学变量和位涡时空分布特点,本文针对2017年7月13～14日吉林省强降水过程,利用模式输出资料对常规位温（θ）、相当位温（θ_e）、包含凝结概率函数的广义位温（θ_Gao）、包含冻结概率函数的广义位温（θ_Wang）和同时涵盖凝结过程与冻结过程（θ_Gu）五种不同形式位温进行计算,并分析五种对应位涡[PV(θ)、PV(θ_e)、PV(θ_Gao)、PV(θ_Wang)、PV(θ_Gu)]与降水的关系。结果表明,引入冻结概率函数的广义位温（θ_Wang）和对应的广义湿位涡PV(θ_Wang)与强降水的对应性更好。θ_Wang与θ_Gao差异集中在降水区对流层中高层5～11 km,前者始终高于后者,最大差异达2.5 K,说明冻结概率函数的引入扩大了广义位温的适用范围,更适合描述降水区湿大气非均匀饱和热力状态。五种位涡的差异主要在降水区上空12 km以下,由θ_Gao和θ_Wang定义的位涡PV(θ_Gao)和PV(θ_Wang)的正负异常中心更为明显。相比于PV(θ_Gao)和PV(θ_Wang)异常值更大,差异可达±0.2 PVU,这主要是由于冻结概率函数的引入增大降水区上空广义位温,促使冻结区的湿位涡异常增强。