浙江一次江淮气旋后部强对流暴雨过程诊断研究

利用地面降水观测、NCEP/NCAR FNL再分析、ECMWF模式预报场和FY-2H静止卫星TBB资料, 对2020年6月30日浙江省一次暴雨过程进行了综合分析。结果表明: (1) 200 hPa南亚高压强高空辐散、中纬度低槽东移、副热带高压带状稳定的阻塞形势、江淮气旋后部下摆冷空气与暖湿气流交汇形成的冷式切变等共同提供了有利的环境条件; (2)对流层中低层水汽通量向高空伸展、700 hPa正的垂直螺旋度中心都对暴雨落区有示踪作用, 高层正水汽通量散度强于低层负水汽通量散度, 垂直螺旋度和垂直速度中心几乎重合, 先低层强辐合后强垂直上升运动均为本次暴雨的发生提供了重要的水汽和动力条件; (3)暴雨发生在MPV、MPV1和MPV2为正负过渡的零值区, 为对流不稳定和斜压不稳定相结合区域, θ_se线密集区与地面近乎垂直, 湿位涡的高值中心位于θ_se梯度最大处, 高空湿位涡下传触发了位势不稳定能量的释放, 引起大范围的强对流暴雨; (4) 850 hPa冷切变线附近的降水云团, 是由多个块状对流云团合并加强形成完整的带状积雨云团, 而上游不断有新生对流云团生成东移补充消散的老单体, 触发阶段对流云后向传播, 扰动发展阶段对流云团合并过程, 形成对流云串的“列车效应”。      

Shearing wind helicity and thermal wind helicity

Helicity is defined as H ： V ω, where V and ω are the velocity and vorticity vectors, respectively. Many works have pointed out that the larger the helicity is, the longer the life cycle of the weather system is. However, the direct relationship of the helicity to the evolution of the weather system is not quite clear. In this paper, the concept of helicity is generalized as shearing wind helicity （SWH）. Dynamically, it is found that the average SWH is directly related to the increase of the average cyclonic rotation of the weather system. Physically, it is also pointed out that the SWH, as a matter of fact, is the sum of the torsion terms and the divergence term in the vorticity equation. Thermal wind helicity （TWH）, as a derivative of SWH, is also discussed here because it links the temperature field and the vertical wind field. These two quantities may be effective for diagnosing a weather system. This paper applies these two quantities in cylindrical coordinates to study the development of Hurricane Andrew to validate their practical use. Through analyzing the hurricane, it is found that TWH can well describe the characteristics of the hurricane such as the strong convection and release of latent heat. SWH is not only a good quantity for diagnosing the weather system, but also an effective one for diagnosing the development of the hurricane.     

青岛市初夏一次暴雨过程的螺旋度分析

利用螺旋度理论对青岛市 2 0 0 0年 6月 2 5日 -2 7日的暴雨过程进行了诊断分析。结果表明 :螺旋度的变化对天气系统的移动、发展及暴雨的落区和强度有较好的指示性     

基于螺旋度的中尺度平衡方程及非平衡流诊断方法

在回顾大尺度准地转平衡理论、各种平衡方程、平衡模式及非平衡流诊断工具的基础上,对平衡方程、非平衡方程给出了具体的定义.并在此基础上,进一步考虑中尺度强对流天气系统的特征,指出中尺度也有平衡运动的存在.但是由于中尺度对流系统中强烈的辐散风效应以及不可忽略的垂直运动的作用,以散度方程为基础的各种近似平衡方程不足以描述中尺度强对流天气系统的平衡运动,进而提出了从能够同时考虑旋转、辐散及垂直运动作用的螺旋度方程出发,寻找中尺度的平衡方程.在所得的平衡方程基础上,给出了相应的平衡模式和非平衡方程.并进一步将非平衡方程分解,用来诊断非平衡过程的平衡破坏和平衡恢复两个阶段,同时将它们与水平螺旋度和垂直螺旋度联系起来.     

平均螺旋度在强降水过程中的诊断分析

本文引入按高度平均的螺旋度-ASRH(Average Storm-Relative Helicity)的概念,为了在螺旋度的诊断分析中,同时考虑高低层效应。利用ASRH分析了2003年6、7月江淮地区、河南和陕西一带的一次大暴雨过程,结果表明,当高低层ASRH匹配较好时,ASRH的大值中心及其演变较好地对应了暴雨中心的位置及演变,ASRH的变化和暴雨演变有一定的因果关系,较大的ASRH可能是暴雨及中尺度系统发生发展的机制之一。     

浙江大暴雨与南海台风“山竹”相关性数值研究

2018年9月17日前后浙江东北部出现了大暴雨,与此同时,1822号台风“山竹”登陆广东并向西移动,为了研究浙江东北部大暴雨是否与“山竹”有关,利用云图资料、ERA-Interim再分析资料和自动站加密资料,先分析了2018年9月17日前后浙江东北部暴雨的天气形势,后通过WRF模式对此次过程进行了数值模拟,并做了将台风“山竹”去掉、增大一倍、缩小一半三个敏感性试验。表明此次暴雨过程出现在台风“山竹”倒槽东北顶端,是对流云系发展引发的。“山竹”的存在使得偏南气流输送到浙江东北部地区,且偏南风输送大小与“山竹”是否存在及其尺度密切相关。同时“山竹”使得浙江东北部区域存在着大范围深厚的高湿区,“山竹”越大,高湿区越深厚。“山竹”使得该区域低层有明显辐合,高层明显辐散,且尺度越大,辐合层高度越高。“山竹”还造成垂直运动旺盛,且尺度越大,上升运动越强。“山竹”使得浙江东北部大气层垂直螺旋度明显增大,且“山竹”越大,中低层垂直螺旋度越大,垂直螺旋度的大小对接下来6小时该区域降水量有很好的指示作用。由此,浙江暴雨预报需考虑同时出现的南海台风活动情况。      

Spectra of stretching numbers and helicity angles in dynamical systems

We define a stretching number (or Lyapunov characteristic number for one period) (or stretching number) a = In % MathType!MTEF!2!1!+-% feaafeart1ev1aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn% hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr% 4rNCHbGeaGGipm0dc9vqaqpepu0xbbG8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9% vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x% fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaWaaqWaaeaada% Wcaaqaaiabe67a4jaadshacqGHRaWkcaaIXaaabaGaeqOVdGNaamiD% aaaaaiaawEa7caGLiWoaaaa!3F1E!\[\left| {\frac{{\xi t + 1}}{{\xi t}}} \right|\]as the logarithm of the ratio of deviations from a given orbit at times t and t + 1. Similarly we define a helicity angle as the angle between the deviation % MathType!MTEF!2!1!+-% feaafeart1ev1aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn% hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr% 4rNCHbGeaGGipm0dc9vqaqpepu0xbbG8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9% vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x% fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeqOVdGNaam% iDaaaa!3793!\[\xi t\]and a fixed direction. The distributions of the stretching numbers and helicity angles (spectra) are invariant with respect to initial conditions in a connected chaotic domain. We study such spectra in conservative and dissipative mappings of 2 degrees of freedom and in conservative mappings of 3-degrees of freedom. In 2-D conservative systems we found that the lines of constant stretching number have a fractal form.     

台风外围偏东气流中的暴雨及其等熵位涡特征

0414号台风"云娜"在浙江登陆后迅速减弱为台风低压,48 h后台风低压北侧偏东气流区域出现了暴雨,当时暴雨区中低层850,700和500 hPa没有辐合系统,而且暴雨出现前较强冷空气影响该区域,已使这里的位势不稳定减小,因此动力抬升和位势不稳定条件均不利于暴雨的产生。为了探讨这种情况下暴雨形成的原因,应用常规报文和1°×1°的NCEP再分析资料,对此次暴雨产生的条件及其等熵位涡演变特征进行了分析。结果表明:中层台风低压倒槽的移速快于低层,在暴雨区形成了一支自下而上向西倾斜的上升气流,暴雨区上空恰好存在着对称不稳定,斜升气流引起了对称不稳定能量的释放,使倾斜对流发展,提供了产生暴雨所需的动力和不稳定条件。而台风外围较强的水汽输送为暴雨的产生提供了充沛的水汽条件。等熵位涡分析表明,大值位涡带与降水区有较好的对应关系。正位涡异常中心的出现对降水的发生发展具有指示意义。     

新疆北部持续暖区暴雪过程动力特征分析

利用常规观测、地面自动气象站逐小时观测及NCEP/NCAR逐日4次1°×1°再分析等资料,对比分析2016年11月中旬新疆北部暖区暴雪过程中两个强降雪中心裕民与青河物理量特征,重点讨论暴雪的动力耦合机制,结果表明：此次强降雪为典型暖区暴雪的天气系统配置,500 hPa新疆北部在西伯利亚低涡底部强锋区内,700hPa和850hPa有偏西低空急流和切变线,新疆北部受地面暖低压控制。上升运动和垂直螺旋度主要集中在700hPa以下,低层辐合、中层辐散是上升运动的动力维持机制。两种情况下可使上升运动增强,降雪强度增大：一是当垂直螺旋度呈“上负下正”结构、垂直螺旋度的绝对值增大时;二是当暴雪区上空湿位涡MPV1呈“上正下负”、MPV2＜0,且θse密集陡立带向暖区倾斜、垂直涡度增长时。涡度对上升运动的发展亦有正贡献。     

华南一次非中气旋海面龙卷的大气条件和雷达特征分析

利用S波段双偏振雷达、风廓线雷达、L波段探空雷达、区域自动站等观测资料和ERA5再分析资料, 对2019年5月26日发生在华南地区一次季风暴雨中海上龙卷过程的大气条件和雷达特征进行了详细分析。(1)低层辐合、高层辐散、中层短波槽东移的环流特征为龙卷的对流风暴提供了有利的大尺度动力抬升条件, 与大多数陆龙卷的形成机制相似。(2)该龙卷形成的环境条件也与一般非中气旋陆龙卷近似, 具有中等大小的对流有效位能, 对流抑制能量接近0, 为该对流风暴发生发展提供了热力条件, 具有发生龙卷的潜势; 强0~1 km低层风垂直切变和0~6 km深层风垂直切变为该对流风暴发展提供了动力条件, 其中低层风垂直切变远高于过去对陆龙卷低层风垂直切变统计的下限。(3)雷达发现: 龙卷出现前后, TVS(Tornadic Vortex Signature)雷达产品多次定位提醒, 但中气旋产品并未有提醒, 有一定示警作用; 径向速度产品揭示了龙卷正负速度对的发展变化; 龙卷低层旋转速度大值区多位于带状回波前沿, 对应的差分反射率Z_DR减小, 相关系数CC较低, 有利于确定龙卷的持续时间和影响范围。