我国螺旋度的研究及应用

对自20世纪90年代以来至今国内关于螺旋度理论及应用研究工作进行了较系统地总结,将螺旋度归类为垂直螺旋度、水平螺旋度及完全螺旋度,同时又将垂直螺旋度划分为局地垂直螺旋度和积分垂直螺旋度,详细介绍并给出了每一类螺旋度的计算表达式以及其在天气诊断分析中的应用状况,对螺旋度的应用研究现状进行了简单地分析与讨论,最后展望了未来螺旋度研究与应用的发展方向。     

一次华北暴雨过程的数值模拟及水汽螺旋度和水汽涡度收支应用分析

运用WRF模式对2009年8月发生在华北地区的一次暴雨过程进行了数值模拟,按照性质的不同对模拟降水进行了研究,还进行了湿度场试验,最后利用模式输出结果对水汽螺旋度和水汽涡度收支进行了诊断分析。结果表明,数值模式比较合理地再现了本次暴雨天气过程。显式降水在模拟的总降水量中占了很大的比重,但是在暴雨爆发初期,积云降水起了重要作用。对流层中层的水汽饱和程度对模拟降水性质及降水量大小有重要影响,显式降水一般发生在空气饱和程度较高的区域,而位势不稳定则是诱发积云降水的主要原因。对流层中低层水汽螺旋度的强度变化在一定程度上代表了降水系统的强弱变化,其高值区与强降水落区在出现的时间和空间上都存在较好的一致性。水汽涡度收支对于水汽涡度及水汽螺旋度的变化具有很好的指示意义,可以作为预报降水的一个动力指标。     

中国龙卷的时空分布特征

为研究登陆台风引发的龙卷过程特点,从而提高对其监测、潜势预报预警能力,通过2018年8月18日安徽灵璧龙卷的现场灾情调查,并利用地面加密自动站、欧洲再分析资料（ERA5）,结合蚌埠多普勒天气雷达和阜阳S波段双偏振雷达资料,分析了龙卷发生时的气象要素、大气环流、关键物理量及雷达回波特征。结果表明：此次龙卷发生时伴随有气压陡降陡升、气温剧烈下降、大风和短时强降水等,强度为EF0级,位于台风“温比亚”中心东北象限,具有对流有效位能（CAPE）和风暴水平相对螺旋度（SRH）的最佳配置,0—1 km SRH最大值为149 m²·s^-2,当垂直螺旋度（H_3l）增大时,龙卷发生。两部雷达均能探测到超级单体的钩状回波,中心反射率达60 dBz左右,存在有界弱回波、回波悬垂。当中气旋的形状由椭圆形向圆形转变、龙卷涡旋特征（TVS）的低层径向速度差迅速增大时,灵璧发生龙卷灾害。另外,双偏振雷达可探测165 km处超级单体的钩状回波,对龙卷的探测范围更广,并能识别出更明显的正负速度对和龙卷碎片特征（TDS）,对龙卷有更强的探测能力。

     

台风“温比亚”引发豫东“18.8”极端降水的特征与成因分析

利用多源气象资料,对台风“温比亚”引发豫东降水的极端性特征及极端降水产生机制进行分析,提炼预报着眼点。此次降水是河南继驻马店“75·8”暴雨之后的又一次罕见特大暴雨,表现为过程雨量极大、破极值站数最多、降水强度极大、强降水时段集中的特征。结果表明：（1）高低空系统耦合为特大暴雨的发生发展创造了良好的环境条件,极端降水的产生主要受台风北侧螺旋云系影响,并有持续不断的强回波单体在同一个地点移动,冷空气与台风环流相互作用是重要的预报着眼点,重点分析台风和副热带高压的相对运动及西风带对台风的引导作用。（2）河南东部水汽输送条件一直处于较好的状态,这是降水维持较长时间的重要因素,急流中心区域和强度的变化对降水量多少有指示意义。（3）豫东地区对流不稳定和斜压不稳定均比较明显,低层MPV1<0、MPV2>0的区域与强降水落区有较好的对应关系。（4）强辐合中心位于台风中心的北侧,降水强度与辐合强度有较好的对应关系,螺旋度大值区分布对强降水的分布区域有较好的指示意义。     

梅雨锋上的三类暴雨

利用常规气象观测资料、区域自动站资料、FY-2C云顶亮温（T_BB）资料及NCEP 1°×1°再分析资料,对2015年6月17-18日发生在黔东南地区的典型梅雨锋西段暴雨进行了诊断分析。结果表明（：1）在500 hPa两槽一脊单阻型梅雨形势下,冷空气沿贝加尔湖阻塞高压东侧南下与来自南海、孟加拉湾的暖湿气流在黔东南交汇,500 hPa短波槽东移促使低空切变线东移南压和地面梅雨锋发展,配合200 hPa南亚高压东部脊附近的\     

承德市2015年2月20-21日强降雪成因分析

利用常规观测资料、卫星云图和NECP (1?? 1?)逐6h再分析资料,对承德市2015年2月20～21日强降雪过程环流形势和物理量场进行了分析。结果表明：在此次强降雪过程中,中、低层的西风槽、切变线和地面上东移加强的蒙古气旋构成了有利天气形势,在这些系统的共同作用下不断有干冷空气侵入承德地区与低层西南暖湿气流交汇,持续的西南暖湿气流对此次强降雪的形成和维持至关重要。相对湿度、水汽通量、垂直速度、涡度及垂直螺旋度的分布和演变很好的反映出了此次强降雪过程中物理量场特点：相对湿度和水汽通量的分布说明强降雪区上空湿度较大且有充足的水汽供应,水汽通量的增大与降雪的增强相一致,水汽通量大值中心与强降雪有很好对应关系。强降雪区上空伴有较强上升运动;降雪区上空均为正涡度时最有利于上升运动和降雪;降雪区上空垂直螺旋度均为正或呈"上负下正"的垂直结构均有利于降雪,低层正垂直螺旋度对强降雪变化有很好的指示意义。     

沙澧河流域两场大暴雨过程的对比分析

利用常规观测资料、自动站资料和NCEP1°×1°再分析资料对2007年7月5日和14日沙澧河流域两场大暴雨过程进行了诊断对比分析.结果表明:不同影响系统下产生的大暴雨过程其动力机制有所差异.垂直螺旋度计算结果显示:两次过程700hPa等压面上正垂直螺旋度中心的移向和强度变化与降水落区及趋势变化有很好的对应关系,暴雨区出现在正垂直螺旋度中心移动的前方,对流域大暴雨的落区有一定的指示意义.5日呈现中低层正、高层负的垂直螺旋度配置,动力条件更有利于大暴雨的发生.湿位涡演变分析发现,5日中低层既存在对流不稳定,又存在对称不稳定,有利于垂直对流和倾斜对流发生,造成流域大暴雨.14日中低层大气处于对流稳定状态,但边界层和中层存在对流不稳定,同时中层还存在较强的对称不稳定,垂直涡度得到较大增长,导致上升运动的加强和水汽的垂直输送,有利于降水增幅.     

一次无地面冷空气触发的西南涡特大暴雨分析

利用NCEP 1°×1°的再分析资料对2007年7月17日重庆西部的特大暴雨天气过程的环流背景、主要影响系统--西南涡的演变进行诊断分析.结果表明:(1)在有利的大尺度环流背景配合下,产生此次过程的主要影响系统为西南涡和低空急流,副热带高压的西进北抬为水汽的输送提供了有利的条件;(2)最强降水时段出现在西南涡的最强盛期,垂直螺旋度的大值中心位置和强弱变化与低涡及强降雨的位置和强度有很好的对应关系;(3)在此次过程中虽然无地面冷空气的触发,但由于高层较强的冷平流形成的干冷盖和低层的暖湿气流与强烈的上升运动的极佳配合,使得强对流天气得以发生,高层的干侵入成为此次过程的触发动力;(4)西南低涡上空的不同高度上不同强度的干侵入效应,使得高层高位涡下传,而高层高位涡区的下传和中低层高位涡区的加强,导致西南低涡的气旋性环流加强,降水增强.     

东风波诱生低涡发生发展的螺旋度演变特征分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料对2001年8月3~4日浙南闽北的东风波暴雨过程,根据螺旋度(Helicity)分析了过程中的暴雨演变以及雁荡山脉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:螺旋度大值中心强度和位置的演变较好地反映了暴雨落区和中尺度低涡的诱生、移动,螺旋度的时空演变对暴雨发生有一定的预示意义,螺旋度计算较中尺度模式得出诱生低涡初生位置、路径预报准确率高,二者集成可以提高诱生低涡的预报准确率。     

地球磁尾中不同类型磁结构的磁螺度演化特征

在二维三分量MHD数值模拟的基础上 ,对地球磁尾不同类型磁结构的形成作磁螺度分析 .研究表明 ,对于由晨昏电场产生的磁尾驱动重联过程 ,通过系统边界输运的磁螺度通量是引起系统总磁螺度变化的直接原因 .不同的初始磁螺度密度分布和磁螺度通量输运 ,可以引起中性片区域磁螺度密度分布的不同演化 ,从而导致具有不同拓扑位形磁结构的形成 .