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。     

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。      

近年来我国暴雨中尺度动力分析研究进展

总结了近十年以来中国气象科研人员在暴雨中尺度动力分析研究领域的主要研究成果，从大尺度环流背景与中小尺度系统的相互作用、高低空急流、低涡、位涡与对流涡度矢量、螺旋度、不稳定等方面对它们进行了分类概括。对暴雨中尺度动力分析研究的回顾表明，以往常用的数值模拟、能量转换收支分析、涡度、散度、涡度收支、涡度平流、温度平流、各种不稳定指数等的诊断仍然是暴雨中尺度动力分析的主要手段，但是，近年来，除了位涡、螺旋度等动力变量在暴雨中尺度动力分析中的广泛应用以外，一些新的物理量，如非均匀饱和广义湿位涡、对流涡度矢量以及有限区域风场分解方法在暴雨中尺度动力分析中也得到了更多的应用。     

西北区东部一次暴雨的数值模拟试验

运用双向嵌套的中尺度数值预报模式MM5，对1998年7月上旬西北区东部一次暴雨过程进行了高分辨率数值模拟和敏感性试验。结果表明，该模式能较好地模拟这次暴雨过程，对这次暴雨过程相关的中尺度系统的发生发展也作出了较成功的模拟；大尺度及积云对流尺度的凝结潜热在降水过程中是一个主要因子，潜热释放将加热中高层大气，促使高层大气辐散，低层辐合，垂直运动加强，导致较大的降水；初始时刻不同地区低层大气水汽含量的多寡直接对本次暴雨产生影响，并为这次暴雨提供了水汽源；地面水汽和感热的垂直输送为暴雨的发生发展补充了能量。     

Impacts of cloud-induced mass forcing on the development of moist potential vorticity anomaly during torrential rains

1. Introduction The Ertel (1942) potential vorticity (PV) has beenwidely used, especially in the studies of large-scale sys-tems (Hoskins et al., 1985; McIntyre and Norton, 2000;Wu et al., 1995; Wu and Liu, 1999). The vorticityequation in quasi-geostrophic ?ows only predicts thevariation of the vorticity and cannot provide a usefulconstraint to the vorticity. PV provides a constraintfor the variation of the vorticity in the baroclinic at-mosphere (Gao et al., 1990). The PV may not bec…     

CLIMATOLOGICAL VARIATION FEATURES OF TYPHOON PRECIPITATION INFLUENCING FUJIAN FOR THE PAST 46 YEARS

The results of an analysis of the temporal and spatial distribution of typhoon precipitation influencing Fujian from 1960 to 2005 show that typhoon precipitation in Fujian province occurs from May to November, with the most in August. There has been a decreasing trend since 1960. Typhoon precipitation gradually decreases from the coastal region to the northwestern mainland of Fujian and the maximum typhoon precipitation occurs in the northeast and the south of Fujian. Typhoon torrential rain is one of the extreme rainfall events in Fujian. High frequencies of typhoon torrential rain occur in the coastal and southwest regions of the province. With the impact of Fujian’s terrain, typhoon precipitation occurs more easily to the east of the mountains than to the west. Atmospheric circulation at 500 hPa over Asia and sea surface temperature anomalies of the equatorial eastern Pacific are analyzed, with the finding that they are closely connected with the anomaly of typhoon precipitation influencing Fujian, possibly mainly by modulating the northbound track of typhoons via changing the atmosphere circulation to lead to the anomaly of typhoon precipitation over the province.     

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。     

近46年影响福建的台风降水的气候特征分析

对1960～2005年46年间影响福建的台风降水进行时空分析,结果表明:影响福建的台风降水主要发生在5～11月,8月是台风降水最多的月份;自1960年以来台风降水整体呈下降趋势;在地域分布上台风降水由闽南沿海向闽西北内陆逐渐减小,最大台风降水出现在闽南和闽东北地区;台风暴雨是福建地区的极端强降水事件之一,台风暴雨频发区主要集中在沿海及闽西南地区;受福建山地地形作用山脉以东的台风暴雨发生的概率要大大高于山脉西侧地区.台风降水的异常与亚洲地区500 hPa大气环流和赤道东太平洋海温异常关系密切,它们可能主要通过大气环流的改变进而对影响中国台风北上路径起到调制作用,并最终引起福建地区台风降水的异常.     

1996年初次华南暴雨过程的数值模拟及其分析

文章运用新近开发的双向嵌套的MM5中尺度模式，在国家气象中心的CRAY-C92巨型机环境下，对1996年4月中旬末的华南暴雨过程进行了高分辨率数值模拟和敏感性试验。结果表明，该模式比较成功地模拟了这次暴雨过程及相关的中尺度系统的发生发展；凝结潜热通过一个类似于CISK的机制对暴雨过程的发生发展产生了至关重要的作用；低空西南急流为暴雨的发生发展输送了潜在不稳定能量，并在与暴雨的相互作用中得以维持和加强；初始时刻（暴雨发生前12小时）南海北部—华南地区低层潜在不稳定能量的储备是暴雨发生不可缺少的条件。     

THE THEORY OF MOIST POTENTIAL VORTICITY AND ITS APPLICATION IN THE DIAGNOSIS OF TYPHOON RAINFALL AND INTENSITY

This paper tests the impacts of cloud-induced mass forcing on the moist potential vorticity (MPV) anomaly associated with torrential rains caused by Typhoon No.9914 (Dan) by using fine model simulation data outputted by the Fifth-Generation NCAR / Penn State Mesoscale Model (MM5). The diagnostic results show that the positive MPV anomaly region, which is obtained by integrating the MPV from 600 hPa to 300 hPa in the vertical, roughly coincides with the precipitation at their synchronous stages either in position or in the distribution pattern, and the maximum positive MPV area of Dan is located mainly between 600 hPa and 300 hPa, which is much higher than torrential rain cases. Further analyses also showed that the value of positive MPV anomaly increased or decreased with the development of Dan, and the positive MPV anomaly may also be served as a tracer to indicate the evolution of tropical cyclone intensity.     

2004—07—16河南省特大暴雨过程螺旋度分析

应用螺旋度理论对2004年7月16～17日河南省特大暴雨天气过程进行了诊断分析。结果表明：螺旋度分布低层天气系统有很好的对应关系，暴雨过程中相对垂直螺旋度大值区长轴始终与低层南北向切变线走向一致；大暴雨区与低空水平螺旋度大值区长轴走向一致，且与水平螺旋度梯度≥130m．s^-2的区域基本对应；暴雨首先产生在高湿中心与不稳定能量中心相重叠区域，并随相对垂直螺旋度正值增大而增强，且与水汽输送区相对应。     

Evolution of instability before and during a torrential rainstorm in North China

NCEP-NCAR reanalysis data were used to analyze the characteristics and evolution mechanism of convective and symmetric instability before and during a heavy rainfall event that occurred in Beijing on 21 July 2012.Approximately twelve hours before the rainstorm,the atmosphere was mainly dominated by convective instability in the lower level of 900-800 hPa.The strong southwesterly low-level jet conveyed the moist and warm airflow continuously to the area of torrential rain,maintaining and enhancing the unstable energy.When the precipitation occurred,unstable energy was released and the convective instability weakened.Meanwhile,due to the baroclinicity enhancement in the atmosphere,the symmetric instability strengthened,maintaining and promoting the subsequent torrential rain.Deriving the convective instability tendency equation demonstrated that the barotropic component of potential divergence and the advection term played a major role in enhancing the convective instability before the rainstorm.Analysis of the tendency equation of moist potential vorticity showed that the coupled term of vertical vorticity and the baroclinic component of potential divergence was the primary factor influencing the development of symmetric instability during the precipitation.Comparing the effects of these factors on convective instability and symmetric instability showed some correlation.     

华南一次特大暴雨诊断分析及数值模拟

用NCEP/NCAR再分析格点资料对2009年5月23-24日发生在华南的特大暴雨过程进行了诊断分析,并利用中国新一代GRAPES模式进行了数值模拟研究。结果表明：副高稳定维持,西侧偏南气流引导季风云团北抬;水汽来源主要为孟加拉湾西南气流和南海东南气流,水汽辐合主要集中在925hPa-850hPa,具有明显日变化特征;垂直上升运动提前约6小时于强降水的出现,暴雨中心位于最大垂直速度中心附近。模式成功模拟了暴雨过程的雨带分布及环流形势演变,显示中尺度涡旋是造成暴雨的主要影响系统,其不仅造成陆地的低层辐合高层辐散,还为暴雨区提供了正涡度,促使2个中α尺度对流系统的生成和发展东移,直接导致暴雨的发生。     

暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断研究

本文总结了近年来我们在暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断研究领域的主要成果。从广义位涡理论、梅雨锋及变形锋生、暴雨中尺度系统的不稳定性、有限区域风场分解技术对暴雨中尺度系统的识别、中尺度波流相互作用理论以及数值模拟研究等方面进行了分类概括。对暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断的研究回顾表明,雷达资料同化进入模式有效地改进了对中尺度系统发生、发展的模拟结果;一些新的物理量,如非均匀饱和位涡、对流涡度矢量、变形场锋生以及有限区域风场分解方法等在暴雨中尺度系统及热带对流发展诊断分析中得到了广泛应用。同时,波流相互作用理论也被应用到了中尺度系统发展的动力分析研究中。     

"99.8"山东特大暴雨形成机制的数值模拟分析

利用双重嵌套的非静力数值模式MM5V3,成功地模拟了1999年8月11~12日山东诸城发生的特大暴雨。利用模式输出的高时空分辨率资料,对这次暴雨天气及中尺度低涡的形成机制进行了诊断分析。结果表明,这次特大暴雨是在弱冷空气侵入台风低压环流,热带辐合带北伸的形势下形成的;倾斜涡度发展是特大暴雨及中尺度低涡产生、发展的重要机制,鲁东南有利的地形对中尺度低涡的形成具有重要作用;台风低压倒槽顶部的强辐合作用首先触发上升运动,产生强降水,强降水位于低层气旋性暖式切变最明显的地方;强降水释放的凝结潜热使高层气层增暖,高层辐散加强,引起低层中尺度低涡强烈发展,导致降水增幅。可见,CISK机制是特大暴雨和中尺度低涡加强的另一种机制。     

A Review of Potential Vorticity and its Possible Application in the moist Atmospheric Flow

Potential vorticity (PV) has been served as a powerful and useful dynamic tracer for the understanding of the large-scale dynamics and synoptic variations in the atmosphere and oceans. Significant progress has been made on the application of PV. In recent decades there has been a substantial amount of work done on PV in a general moist atmosphere. In this paper PV and the generalized moist potential vorticity (GMPV) and their application in the tropical cyclones and mesoscale meteorological field are reviewed. The GMPV is derived for a real atmosphere (neither totally dry nor saturated) by introducing a generalized potential temperature instead of the potential temperature or equivalent potential temperature. Such a generalization can depict the moist effect on PV anomaly in the non-uniformly saturated atmosphere. A new convective vorticity vector (CVV) is introduced in connection with GMPV in order to diagnose the development of tropical deep convections.     

长江流域一次暴雨过程中的不稳定条件分析

文中分析了 1998年 7月 2 0～ 2 3日发生于长江流域的持续性降水和暴雨过程 ,在分析大尺度降水和中小尺度暴雨相对应的环流场和天气实况的基础上 ,主要分析相应大气层结的对流不稳定和条件性对称不稳定条件 ,并对切变线上涡层不稳定做了重点介绍和分析 ,计算了条件性对称不稳定判据和涡层不稳定判据。结果表明 :降水期间大气低层有对流不稳定和对称不稳定能量的积聚 ,在这两类不稳定条件都基本满足的情况下 ,涡层不稳定的维持对此次降水过程中暴雨的发生提供了有利的不稳定环境场 ,具体的计算分析还表明环境场的配置制约着切变线上低涡扰动的发展 ,是造成降水的重要原因之一。     

从’98特大洪水中看改进的HLAFS数值降水预报的性能

文章对1998年大洪水期间改进的HLAFS[1]的降雨预报产品进行检验.结果表明, 改进的HLAFS对松嫩流域的暴雨预报较好, 中到大雨则是长江中下游地区预报较好, 而三峡库区相对较差; 对于主要降雨过程降雨区的强度预报往往比实况弱, 且其落区约有半数较实况偏北, 但其轴向一般与实况一致; 改进的HLAFS对小雨预报比原HLAFS好, 对中雨和暴雨预报也有不同程度的改进; 整体预报面积偏大和大雨以上降水预报准确率低仍是HLAFS有待改进的问题.对三峡库区面降水量预报, 半数左右的预报较好; 对大量级降水预报往往偏弱, 而小量级则相反     

气候变暖背景下宁夏暴雨日数的变化

 根据宁夏夏季暴雨日数资料、银川探空资料和NCEP再分析资料，分析了气候变暖背景下，宁夏暴雨日数的变化规律和成因。结果表明，气候变暖后年暴雨日数明显增多， 6、7月白昼和夜间的暴雨日数增加，8月白昼的暴雨日数增加而夜间的减少。成因分析结果表明，气候变暖后7、8月白天的大气潜在不稳定性增强，夜间的大气潜在不稳定性7月增强而8月减弱，造成了银川上空大气温度垂直结构的日变化明显，导致了宁夏暴雨日数的增多和暴雨的日变化显著。