中国Q矢量分析方法的应用与研究

对自20世纪80年代以来国内关于Q矢量分析方法的应用及研究工作进行了较系统的总结,也具体给出了每一种Q矢量的计算表达式及以其散度场作为强迫项的ω方程的计算表达式,对每一种Q矢量分析方法的特点给予了简单介绍和说明,最后也提出了对未来Q矢量分析方法应用与研究的设想。     

Q矢量研究进展

1978年至今30多年期间,Q矢量一直不断得到改进与完善,并被广泛应用于天气诊断分析及实际业务预报。Q矢量理论研究主要包括:准地转Q矢量、C矢量、广义Q矢量、半地转Q矢量、非地转干Q矢量、非地转湿Q矢量及非均匀饱和大气中的非地转湿Q矢量等。Q矢量应用研究主要包括:Q矢量分解及对Q矢量诊断分析能力的提高;Q矢量散度被定性用于短期天气预报工作;对以Q矢量散度为强迫项的ω方程的迭代计算及水汽作用的考虑,则将Q矢量分析应用于定量降水预报(QPF)。基于对30多年来Q矢量分析的理论研究及应用的总结、分析基础上,最后进行了有意义的讨论,指出了现阶段仍然存在的问题,并对未来研究工作方向进行了展望。     

Q矢量和湿Q矢量在暴雨诊断中的应用比较

利用常规探空和地面实测资料，以发生在2001年7月26—27日山西省晋中市的一次区域性暴雨为例，对准地转Q矢量和非地转湿Q矢量在暴雨诊断中的应用进行了定量对比分析，结果表明：（1）Q矢量对暴雨的预报有一定的指示作用，降水前期700hPa诊断效果最好，但在暴雨的强度和落区上存在明显偏差。而湿Q矢量在各层对暴雨均表现出良好的诊断特性，其散度辐合区与暴雨区有较好的对应关系，其强锋生出现6小时后开始产生强降水，且暴雨区与强锋生中心基本吻合，700hPa表现尤为突出。（2）Q矢量锋生函数分布表现出典型的准地转特征，而湿Q矢量锋生函数分布则具有明显的中尺度特征，因此，Q矢量适宜于研究与天气尺度系统相关的大气运动，而湿Q矢量更适宜于研究天气尺度系统激发的次级环流。湿Q矢量较准地转Q矢量更能反映出暴雨的落区和暴雨的中尺度特性，在反映暴雨的强度上也更具优越性。     

准地转Q矢量在河南省区域暴雨过程中的诊断应用

应用NCEP再分析资料及常规地面观测资料,对2005年7月21～24日河南省大暴雨过程中准地转Q矢量作了诊断分析,结果发现:在对流层低层850 hPa等压面上,Q矢量散度的负值区与暴雨落区有着较好的对应关系;Q矢量散度场在垂直方向上出现低层辐合、高层辐散配置时,利于暴雨的产生,暴雨区位于Q矢量辐合中心下方,降水的强弱与Q矢量的低层辐合及高层辐散强弱变化一致.Q矢量的y分量能较好地反映出锋生、锋消的作用,并能指示6～12 h后的暴雨落区.     

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。     

昆明准静止锋的准地转Q矢量分析①

应用Q矢量理论,对1995年2月一次与云南寒潮天气过程有关的昆明准静止锋进行了诊断分析.结果表明:在850 hPa上,云南东部地区存在明显的非地转风辐合场,从而引起昆明准静止锋锋生;当700 hPa上Q矢量锋生函数值增大,说明锋后冷空气加强,昆明准静止锋容易南下;低层Q矢量辐合带与昆明准静止锋雨区有较好的对应关系.     

湿Q矢量在一次冷锋降雪过程中的应用

利用常规气象观测资料和NCEP 1°×1°再分析格点资料.对2008年1月28-29日一次强降雪天气过程进行诊断分析,计算了非地转湿Q矢量流场、非地转湿Q矢量水平和垂直分布以及非地转湿Q矢量锋生函数.结果表明,非地转湿Q矢量辐合区是强降雪发生的有利区域,非地转湿Q矢量散度负值区和非地转湿Q矢量锋生函数正值区能较好地预报出未来6 h降水落区,且其中心数值大小与未来6 h降水强度存在正相关关系.     

Q矢量理论在暴雨分析中的应用介绍

介绍Q矢量理论的产生、应用发展和Q矢量的几种常用形式以及Q矢量理论在暴雨中尺度诊断分析中的应用和Q矢量分解在天气分析中的应用；分析不同类型暴雨过程Q矢量研究结果，表明Q矢量可以很好地揭示暴雨天气过程中次级环流及一些中小尺度天气系统的分布演变，为内陆地区暴雨中尺度分析提供更多的诊断方法。     

广西“98.6”暴雨过程的Q矢量分析及落区预报

应用Q矢量理论对1998年广西6月16～26日连续性暴雨过程进行诊断分析,共分析了11个时次的850 hPa Q矢量散度、锋生函数等诊断场,揭示了广西“98.6”连续性暴雨期间Q矢量散度场和锋生函数场的分布特征,以及与中低空主要天气系统和暴雨带之间的时空配置关系,指出Q矢量散度场对广西“98.6”暴雨落区有较好的对应关系。     

河南省两场初雪的Q矢量诊断分析

2003年11月8～9日河南省发生了近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日和2000年11月7～8日过程中的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.     

云南一次持续性暴雨过程的非地转湿Q*

应用非地转湿Q^*,对2001年5月31日至6月2日发生在云南的持续性暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明,非地转湿Q矢量辐合区是暴雨发生的有利区域;非地转湿Q矢量的垂直分布反映了次级环流的方向和强弱,云南的暴雨落区位于次级环流的上升支附近。     

非地转湿Q矢量的改进及其应用

在完全考虑非绝热加热项作用的前提下,从原始方程出发,推导出改进后的非地转湿Q矢量(Q^q),以及用其散度作强迫项的ω方程,将其应用于一次梅雨锋暴雨诊断分析,结果表明:改进后的非地转湿Q矢量对同时刻地面降水的反映能力较岳彩军改进的湿Q矢量(Q^M)、原非地转湿Q矢量(Q^*)、非地转Q矢量(Q#)有显著的提高;在整个梅雨锋暴雨过程中,500hPa高度上的Q^q矢量散度辐合场的辐合强度及其辐合中心位置对同时刻的降水强度及雨区位置有非常好的指示作用;Q^q矢量的垂直分布揭示了次级环流的方向和强弱,暴雨位于次级环流的上升支附近。     

Q矢量的改进与完善

在完全考虑非绝热加热项潜热作用的前提下，从原始方程出发，推导出改进后的湿Q矢量(以下记为Q^M)的表达式以及用其散度作强迫项的ω方程，并结合一次梅雨锋暴雨天气过程将改进前、后的湿Q矢量诊断能力进行比较，结果发现：(1)改进后的湿Q矢量对同时刻的地面降水的反映能力较原湿Q矢量(Q^*)有显著的提高。(2)在整个梅雨锋暴雨过程中，600hPa高度上的改进后的湿Q矢量散度辐合场的辐合强度及其辐合中心的位置对同时刻的地面实际降水的强度及雨区位置都有非常好的指示作用。     

热带气旋变性过程客观判别方法在“海马”变性过程中的应用

介绍了一种判别热带气旋变性过程的客观方法.此客观方法使用三个判别参数: 对流层低层热力非对称参数B、高低层的热成风、对变性过程进行诊断判别.此方法使用格点的数值预报产品,计算简单、使用方便,便于业务化.同时针对2004年影响我国的0421号热带风暴"海马",使用NCEP再分析资料对其变性过程进行了分析验证,结果表明:此客观方法所定义的三个判别参数B、、在"海马"的变性过程中有很好的指示作用.     

四川暴雨过程动力因子指示意义与预报意义研究

本文利用2010年8月18~19日四川盆地西部地区一次引发了泥石流等次生灾害的暴雨天气过程的数值模拟资料及0.5°×0.5°分辨率、每6 h一次的GFS(Global Forecast Model)预报资料,结合集合动力因子预报系统中的广义对流涡度矢量垂直分量、质量散度、垂直螺旋度、质量垂直螺旋度、水汽垂直螺旋度、热力垂直螺旋度、湿热力平流参数、密度散度垂直通量、散度垂直通量、热力散度垂直通量、水汽散度通量、广义 Q 矢量散度等12个动力因子成员对此次暴雨过程进行诊断分析和预报研究,结果显示:(1)集合动力因子预报系统中的动力因子对此次降水落区诊断效果良好;(2)各动力因子区域均值随时间的变化曲线都能表现出降水区域均值随时间变化曲线双峰形态,其中,广义 Q 矢量散度、水汽垂直螺旋度、热力垂直螺旋度、质量垂直螺旋度、垂直螺旋度与降水的相关系数较大(达0.9以上),对此次降水的诊断效果较好;(3)动力因子对此次强降水过程的发展演变具有一定的预报能力。     

Study of an unexpected convective storm

The occurrence of a severe storm in the Argentine littoral has been analyzed. Although general atmospheric conditions were not favorable to the development of deep convection, this storm produced strong winds and hail of considerable intensity. Its occurrence was associated with the entrance of a pulse of humid air at low levels and could be related to the development of two vorticity centers in the region. Atmospheric conditions existing above a low-level inversion are used to simulate two possible clouds, with base altitudes at 2200 and 3000 m and updraft speeds reaching maximum values of 27 and 29 m s⁻¹ respectively. It is noted that the base temperature of about 13°C, found for the first cloud, can be correlated with the prevalence of frozen drop embryos, observed in an analyzed hailstone sample. Hailstone vertical trajectories are simulated in both modeled clouds, assuming spheroidal and spherical particles and assigning different values to the drag coefficient C_d.     

BOUNDARY LAYER STRUCTURE IN TYPHOON SAOMAI (2006): UNDERSTANDING THE EFFECTS OF EXCHANGE COEFFICIENT

Recent studies have shown that surface fluxes and exchange coefficients are particularly important to models attempting to simulate the evolution and maintenance of hurricanes or typhoons.By using an advanced research version of the Weather Research and Forecasting(ARW)modeling system,this work aims to study the impact of modified exchange coefficient on the intensity and structures of typhoon Saomai(2006)over the western North Pacific.Numerical experiments with the modified and unmodified exchange coefficients are used to investigate the intensity and structure of the storm,especially the structures of the boundary layer within the storm.Results show that,compared to the unmodified experiment,the simulated typhoon in the modified experiment has a bigger deepening rate after 30-h and is the same as the observation in the last 12-h.The roughness is leveled off when wind speed is greater than 30 m/s.The momentum exchange coefficient(CD)and enthalpy exchange coefficient(CK)are leveled off too,and CD is decreased more than CK when wind speed is greater than 30 m/s.More sensible heat flux and less latent heat flux are produced.In the lower level,the modified experiment has slightly stronger outflow,stronger vertical gradient of equivalent potential temperature and substantially higher maximum tangential winds than the unmodified experiment has.The modified experiment generates larger wind speed and water vapor tendencies and transports more air of high equivalent potential temperature to the eyewall in the boundary layer.It induces more and strong convection in the eyewall,thereby leading to a stronger storm.     

上海地区地面太阳紫外辐射的观测和分析

通过对上海地区2001～2003年地面太阳总辐射和紫外辐射观测资料的分析表明：（1）上海地区太阳辐射和紫外辐射年总量分别为4487．1MJ／m^2和149．6MJ/m^2。（2）紫外辐射的季节变化特征十分明显，夏半年（4-9月）各月极大紫外辐射强度远大于冬半年（10月～次年3月），7月份最强，12月份最弱。（3）不同天气条件下，紫外辐射日变化显示出明显的差异，晴天强且稳定，多云天气波动较大，阴天则次之。（4）紫外辐射占总辐射的比例（η）也显示冬半年低，夏半年高的分布特征。（5）影响上海地区到达地面紫外辐射的主要因子有：太阳高度角的大小大致决定了到达地面紫外辐射的强弱，两者具有相近的年变化趋势；云、雨等天气类型是影响紫外辐射的重要因子；大气能见度对紫外辐射也有比较明显的影响。     

三江平原地区光合有效辐射观测研究

利用2005~2011年的太阳辐射观测资料分析三江平原地区光合有效辐射(Qp)的时间变化特征及其与总辐射(Rs)比值(Qp/Rs)的变化规律,结果表明,Qp与Rs具有相同的季节变化特征;Qp日累计值的变化范围为60.47~0.11 mol m-2 d-1,年均值为23.76 mol m-2 d-1。Qp/Rs的变化范围为1.52~2.07 mol MJ-1,年均值为1.91 mol MJ-1。Qp/Rs和Qp季节变化一致,两者都是夏季最大,春秋次之,冬季最小。通过利用2011年的Qp观测数据、大气质量数与晴空指数的相互关系,建立了适合于估量三江地区Qp的经验方程,估算值与观测值的相对误差在5.7%以内。     

Comparison of observed gale radius statistics

Summary Forecasts of tropical cyclone track and intensity have long been used to characterize the evolution and expected threat from a tropical storm. However, in recent years, recognition of the contributions of subtropical cyclogenesis to tropical storm formation and the process of extratropical transition to latter stages of the once-tropical storm’s lifecycle have raised awareness about the importance of storm structure. Indeed, the structure of a cyclone determines the distribution and intensity of the significant weather associated with that storm. In this study, storm structure is characterized in terms of significant wind radii. The radii of tropical storm, damaging, and hurricane-force winds, as well as the radius of maximum winds are all analyzed. These wind radii are objectively derived from the H^*Wind surface wind analysis system. Initially, six years of these data are examined for consistency with previous studies. Having ascertained that the H^*Wind radii are realistic, detailed comparisons are performed between the H^*Wind and NHC Best Track wind radii for two years (2004 and 2005) of North Atlantic tropical storm and hurricane cases. This intercomparison reveals an unexpected bias: the H^*Wind radii are consistently larger than the NHC Best Track for all but the smallest and least intense storms. Further examination of the objectively-determined H^*Wind tropical storm force wind radius data compared to subjectively-determined radii for the same storm times demonstrates that the objective wind radii are underestimating the extent of the tropical storm force wind area. Since the objective H^*Wind radii are large compared to the NHC Best Track – and yet underestimate the area of tropical storm force winds – this argues for further examination of the methods used to ascertain these significant wind radii.