新疆中天山一次城市暴雪过程诊断分析

采用NCEP逐日4次1°×1°再分析资料和Micaps常规观测等资料,对2011年3月发生在新疆中天山城市暴雪过程进行天气学诊断分析。诊断计算包括：中尺度分析、水汽通量、水汽通量散度、水平散度、垂直速度、高低空风场、螺旋度、假相当位温等。结果表明：暴雪是南北两支锋区在中亚地区交汇后东移发展造成的,降雪前乌鲁木齐城区出现东南大风,地面强烈减压升温为暴雪天气触发不稳定能量提供了热力条件,500 hPa有＞30 m·s^-1的西南急流,700 hPa存在低空切变,散度和垂直速度表现为明显的高层辐散、低层辐合的对称结构。降雪强盛期整层呈现上负下正的垂直螺旋度对,θ_se低能舌伸至200 hPa,700 hPa至400 hPa维持θ_se高能舌区,湿层厚度高达300 hPa。这种物理量场的配置有利低层湿空气聚合及向上的抬升运动,为暴雪的产生提供了必要条件。此次冷空气以偏西路径影响城区,在冷空气明显的条件下,受城市热岛效应影响,强降雪容易发生在温度较高的城区,同时降水中心倾向于出现在锋区的位置。     

热带气旋的螺旋度特性

将螺旋度的概念引入热带气旋，对热带气旋螺旋度的结构特征及其在热带气旋发展过程中的演变过程进行了研究。结果表明，热带气旋这种具有较强螺旋性的天气系统，其发展过程也就是螺旋度增强的过程。螺旋度对热带气旋稳定过程的维持及其长久的生命期具有重要的作用。     

Superhelicity,helicity and potential vorticity

Abstract

‘‘Helicity'’ density H ≡ u · ω and other pseudo-scalar fields such as P ≡ ω · Vlnρ (which is related to Ertel potential vorticity) are useful quantities in theoretical fluid dynamics and magneto-fluid dynamics. Here u denotes the Eulerian flow velocity relative to the chosen frame of reference, ω ≡ V × u is the corresponding relative vorticity and ρ the mass density of the fluid. A general expression is readily obtained for ?H/?t (where t denotes time) in terms of P and the ‘‘superhelicity'’ density S ≡ ω · V × ω which, in fluids of low viscosity, has its highest values in boundary layers. One need for such a relationship became evident during an attempt to interpret the findings of laboratory experiments on thermal convection in rotating fluids in containers of various geometrical shapes and topological characteristics.

In electrodynamics an analogous expression can be found relating the time rate of change of ‘‘magnetic helicity'’ A · B to ‘‘magnetic superhelicity'’ B · ? × B (where B · ? × A is the magnetic field) and a scalar quantity analogous to P which involves non-Ohmic contributions to the relationship between the electric current density and the electric field.     

螺旋度及螺旋度方程的讨论

文中从无摩擦的运动方程出发 ,利用量纲分析的方法 ,导出简化了的螺旋度方程和不同方向上的螺旋度方程 ,并对影响它们变化的各因子进行了讨论。分析结果表明 ,除了Lilly在 1986年研究中强调的浮力效应外 ,压力梯度与涡度共同作用项和力管项对螺旋度的变化也有重要影响 ,甚至比浮力效应更大 ,且力管作用、水平压力梯度与水平涡度共同作用主要影响水平螺旋度 ,浮力效应、垂直压力梯度与垂直涡度共同作用主要影响垂直螺旋度 ;螺旋度的输送和大气的辐散、辐合对螺旋度变化的影响较弱 ;地转偏向力 (无论是在水平方向还是垂直方向 )的作用要在系统水平尺度较大时才能体现出来。水平和垂直方向上的螺旋度既相互区别在暴雨、强对流天气过程中表现出不同的作用 ,又相互联系。一方面 ,水平螺旋度更具预示性 ,对预报强风暴有指示意义 ,而垂直螺旋度更倾向为能反映系统的维持状况和系统发展、天气现象的剧烈程度的一个参数。另一方面 ,大的正水平螺旋度有助于垂直螺旋度的增长 ,而与垂直螺旋度对应的运动可能对水平螺旋度产生影响。将中尺度模式和螺旋度计算结合起来可能可以提高风暴路径和雨区的预报准确度。     

螺旋度及其在天气诊断分析中应用研究的进展

对螺旋度的理论研究动态及其主要应用结果作了综合评述，并对该领域的研究前景作了一定的展望。     

2006年4月11～12日平顶山市沙尘天气中尺度动力机制分析

利用NCEP再分析资料(水平分辨率1°×1°)和同时间的探空、地面资料,分析了2006年4月在平顶山市出现的沙尘天气过程的天气气候背景、影响系统及这次过程的演变和动力机制,结果发现:这次天气过程的主要影响系统是强冷空气和蒙古气旋,强冷平流一方面使低槽、冷锋东移南压,另一方面与暖平流共同作用促进蒙古气旋的发展,造成平顶山市这次沙尘天气过程;沙尘上空螺旋度垂直分布及演变与沙尘天气的出现有一定的对应关系;高低空急流的稳定维持产生两个独立的次级环流,在直接环流北分支的下沉运动有利于高空急流动量下传,促进对流层中低层风力加大,冷锋南压,触发不稳定层结大气,驱动这次天气过程的发生、发展.     

广东佛山EF3级龙卷超级单体风暴高分辨率数值模拟

本文对2015年10月4日发生于广东佛山地区台风"彩虹"登陆后螺旋云带中的一次强龙卷风过程进行高分辨率（148 m,48 m）数值模拟,结果产生了类龙卷涡旋（Tornado-Like Vortex,TLV）,最接近观测到的龙卷风,并对龙卷超级单体及产生龙卷的TLV系统的三维动热力精细化结构进行诊断分析.结果表明,此次龙卷产生于超级单体右侧边缘,钩状回波显著,伴有明显的中气旋活动.模拟的龙卷超级单体与之前观测研究和理想化建模的龙卷超级单体结构相类似,超级单体后部云墙之下低层水成物呈现狭窄的触地漏斗状结构,对应低层的TLV系统;TLV具有中心气流下沉和周围气流上升的动力结构,对应上宽下窄的强烈涡管.与之前的研究相比,本次台风螺旋云带中的超级单体中后部入流较弱,出流较强,其前部气流上升存在水合物聚集.相对螺旋度（Storm Relative Helicity,SRH）的分析表明,超级单体的发展伴随正负SRH的增大,龙卷发生在SRH正负高值区的交界处.     

台风“韦帕”(0713)引发华东暴雨过程的诊断比较

采用湿Q矢量、螺旋度、湿位涡对给华东造成严重灾害的超强台风"韦帕"(0713)强降水过程进行诊断比较分析,结果表明:登陆前,上述物理量均能提前指示强降水落区,湿位涡有更多提前指示时间,螺旋度次之,湿Q矢量最少;登陆后,三者均能表征台风主体云系降水,湿位涡、螺旋度与强降水有较好对应关系,而湿Q矢量指示强降水位置偏北,但湿位涡会出现一定程度空报现象;台风深入内陆后,螺旋度预报指示明显不如湿位涡、湿Q矢量好,螺旋度指示强降水位置偏东,而湿Q矢量指示强降水范围略偏小;对台风后部强降水,湿Q矢量和螺旋度均未能预报出降水落区,而湿位涡仍有较好的预报效果。从区域平均看,螺旋度与湿Q矢量的预报指示时效小于12 h,而湿位涡超过12 h。     

安顺两次特大暴雨过程的TBB和螺旋度对比分析

利用自动站观测资料、探空资料及NCEP再分析资料,对2010年6月27日夜间和2012年7月12日夜间贵州南部局地大暴雨天气过程进行对比分析。结果表明,安顺的两次特大暴雨天气过程主要是受高空槽和中低层切变共同影响,并配合低空急流,形成了有利于强降水的环流背景。安顺处于假相当位温的高能舌区和K指数、螺旋度的大值区,为特大暴雨的形成提供了很好的能量和动力条件。MCC是造成安顺特大暴雨天气的直接原因,强降水发生在云团的冷核中心内,最强降水均出现在MCC的成熟期。关岭滑坡现场与周围环境明显的海拔高度差和温度差造成的热力差异,为关岭岗乌两次特大暴雨提供了动力源和暖湿气流,并造成了关岭岗乌多次的强降水。