垂直螺旋度和TBB特征在暴雨、暴雪中的应用

【目的】通过对呼伦贝尔地区暴雨、暴雪天气中垂直螺旋度和TBB特征的对比分析,得出针对这两类天气的垂直螺旋度和TBB特征的应用方法。【方法】运用环流形式特征分析、垂直螺旋度平面与剖面特征相结合分析及TBB特征等值线对比分析等方法对天气过程进行诊断。【结果】垂直螺旋度大值中心和落区与降水大值区具有一致性;TBB特征等值线的高梯度区则与降水高强度区较为一致。【结论】在满足暴雨、暴雪所需的大尺度环流特征、水汽和不稳定条件外,垂直螺旋度特征能够反映暴雨、暴雪的集中区域;TBB等值线高梯度区也能够揭示中、小尺度对流性天气的发生发展。以上结论可为预测暴雨、暴雪天气的发生提供技术支撑。

垂直螺旋度的拓展研究及应用

垂直螺旋度Hp由垂直速度和垂直涡度构成,反映涡度的垂直平流。通过尝试将Q矢量引入垂直螺旋度进行研究,即基于Q矢量散度和垂直涡度构造出一种新型垂直螺旋度HQ。HQ为Hp的拓展形式,二者差别主要在于计算HQ时无需求解垂直速度。同时,结合一次典型的江淮梅雨锋气旋暴雨过程研究,结果表明,HQ对降水落区及降水强度水平分布的不均匀性均具有较好的反映能力,且揭示出暴雨上空垂直涡度平流呈倾斜分布特征。进一步分析表明,对于垂直涡度而言,HQ三维空间分布特征与辐合的Q矢量散度有更多的相似性,这在一定程度上反映出HQ与Q矢量散度联系更为密切。

2005年6月广东特大暴雨垂直螺旋度分析

利用NCEP1°×1°格点资料和常规观测资料对2005年6月广东发生的连续性特大暴雨过程进行垂直螺旋度诊断分析,结果表明:广东特大暴雨范围、强度与该地区上空中低层正、高层负垂直螺旋度中心迅速增大、减小密切相关,并和中心增大、减小区域也有很好的对应关系。当中低层正螺旋度迅速增大,高层负螺旋度迅速减小或中低层正、高层负螺旋度中心增大、减小区重叠在同一经度或纬度线附近时,对应地面雨强最强和强降水范围最大。过程中龙门连续两天特大暴雨和广东最多暴雨日出现期间,其上空垂直螺旋度对应有中低层正、高层负螺旋度闭合中心向低层明显传送的特征。

鞍山地区一次暴雨过程的垂直螺旋度分析

利用鞍山地区常规观测资料和NCEP格点资料,对2012年7月10—11日鞍山地区发生的暴雨过程进行垂直螺旋度诊断分析。结果表明:垂直螺旋度对于暴雨以上量级的强降水的指示作用比散度、涡度和垂直速度等物理量更为敏感。当垂直螺旋度正值中心和面积增大时,降水强度和覆盖范围也会随之加大。而中低层正垂直螺旋度,高层负螺旋度的分布形势,有利于强降水的产生和加强。当有强降水产生时,降水易出现在垂直螺旋度正值中心的前方。

青海省东部地区一次大到暴雨过程的垂直螺旋度及Q矢量分析

本文利用T213数值预报产品中垂直螺旋度、Q矢量散度和假相当位温场资料,对2007年8月25～26日在青海省东部地区出现的大到暴雨天气过程进行了计算分析。结果表明:青海省东部地区大到暴雨产生在高温、高湿和不稳定大气中;垂直螺旋度大值的中心位置与本次大到暴雨的落区相对应;垂直螺旋度、Q矢量及假相当位温的变化对青海高原天气系统的移动、发展及大到暴雨的落区和强度有较好的指示性。

2009年湖北入梅首场暴雨的垂直螺旋度分析(英文)

利用湖北省自动雨量站资料和NCEP1°×1°全球再分析资料,对湖北省2009年6月28～30日发生的暴雨天气过程进行垂直螺旋度分析。结果表明,整层强的垂直上升运动稳定维持情况下,垂直螺旋度时空演变特征能很好地反映强降水出现时段及其落区范围的大小;间隔6h的700hPa垂直螺旋度梯度大值区和∑θse(500+700+850)水平能量锋区叠加区的的分布对6h强降水的落区有很好的指示意义;大降水中心出现的区域有低层正与高层负垂直螺旋度的配置,在低层正垂直螺旋度略高于高层负值时,更有利于大暴雨中心产生。

2009年湖北入梅首场暴雨的垂直螺旋度分析

利用湖北省自动雨量站资料和NCEP1°×1°全球再分析资料,对湖北省2009年6月28～30日发生的暴雨天气过程进行垂直螺旋度分析。结果表明,整层强的垂直上升运动稳定维持情况下,垂直螺旋度时空演变特征能很好地反映强降水出现时段及其落区范围的大小;间隔6h的700hPa垂直螺旋度梯度大值区和∑θse(500+700+850)水平能量锋区叠加区的的分布对6h强降水的落区有很好的指示意义;大降水中心出现的区域有低层正与高层负垂直螺旋度的配置,在低层正垂直螺旋度略高于高层负值时,更有利于大暴雨中心产生。

湿位涡和垂直螺旋度在暴雨数值预报中的应用研究

文章利用湿位涡(MPV)不可渗透性原理、湿位涡垂直分量(MPV1)、湿位涡水平分量(MPV2)和垂直螺旋度对2004-08-26T12:00UTC～2004-08-28T12:00UTC发生在我国中东部一次典型的大到暴雨过程进行了诊断分析。结果表明,通过分析每日00:00UTC850hPa上的MPV1、MPV2和700hPa上的垂直螺旋度,发现凡是出现垂直螺旋度的相对大值区、MPV1正值和MPV2负值三者重叠的区域,则都是降水的大值区;在700hPa上,湿位涡高值区对应地面上的降水区,MPV异常高值区与等θe线配和在我国中东部暴雨中有很好的指示性;MPV1、MPV2的正负重叠区,但不是垂直螺旋度的大值区,则有可能不出现降水或少量降水。

河南省2011年8月1-2日暴雨过程水汽条件与垂直螺旋度分析

利用常规资料和NCEP再分析资料,对2011年8月1-2日河南省区域性暴雨过程的环流形势、水汽条件和垂直螺旋度进行了分析,结果发现:这次暴雨是一次较为典型的西南涡东北移影响河南所造成的暴雨过程,500hPa高原槽东移,副热带高压减退之后又增强,中低层西南涡沿切变线东北移出,河南处于涡前的西南低空急流出口区前方及前方左侧,具备了区域性暴雨产生的动力与水汽条件。在本次暴雨过程中,700 hPa水汽通量变化对强降水落区有很好的指示作用:豫西南的暴雨区位于水汽通量大值中心附近和前端水汽通量等值线密集带内,豫中东部的暴雨区位于水汽通量大值中心北部水汽通量等值线密集带内、大值中心运动方向的左侧。水汽通量散度场上,850 hPa水汽通量散度的变化与暴雨的开始时段和强度有很好的对应:水汽通量散度转为辐合、辐合层增厚为强降水开始的标志,辐合量突然增大标志着降水强度增大。700 hPa垂直螺旋度的迅速增强与强降水发生时段有较好的对应,强降水产生在垂直螺旋度大值轴的东南侧。

“莫兰蒂”台风暴雨的湿Q矢量和垂直螺旋度分析

利用NCEP FNL再分析资料和中国自动站与CMORPH融合降水资料对1614号台风"莫兰蒂"进行了非地转湿Q矢量和垂直螺旋度诊断分析。对比非地转湿Q矢量散度和垂直螺旋度的三维结构可见,低层正垂直螺旋度与台风移动和强度变化相对应,可作为台风演变的动力因子。而综合考虑了动力和热力作用的非地转湿Q矢量在台风暴雨预报中作用更突出,其中低层700 hPa上的非地转湿Q矢量散度辐合值大于20×10^-16/(hPa·s^3)可作为台风暴雨落区和强度预报的重要参考量,其所对应的辐合区变化与台风暴雨落区变化有较好的对应关系,此外,湿Q矢量散度的三维结构反映了台风内部存在明显的中尺度对流系统,中尺度对流云团不断生消使得台风暴雨维持。

广东“05.6暴雨”垂直螺旋度分析

利用NCEP的1°×1°格点资料和常规观测资料,对2005年6月广东发生的连续性特大暴雨进行垂直螺旋度诊断分析,结果表明:广东特大暴雨范围和强度与中低层正、高层负垂直螺旋度中心迅速增大、减小密切相关,并和中心增大、减小区域也有很好对应关系。当中低层正螺旋度迅速增大、高层负螺旋度迅速减小,或中低层正螺旋度中心增大、高层负中心减小区上下对应时,地面雨强最强且强降水范围最大。龙门连续2 d特大暴雨和广东最多暴雨日出现期间,垂直螺旋度有中低层正、高层负螺旋度闭合中心向低层明显传送的特征。

2010年安丘一次大暴雨过程的TBB亮温和垂直螺旋度分析

为了深入了解鲁中山区等地夏季暴雨发生机制,进一步提高预报准确率,利用FY-2E卫星TBB资料和NCEP/NCAR1°×1°的6 h再分析资料,对潍坊安丘市2010年7月18日一次大暴雨过程进行天气动力学诊断和TBB云图分析。结果表明,此次安丘大暴雨是由副热带高压、高空槽和地面气旋等系统共同影响产生;TBB低值强云团随云带沿低空急流方向移动,且与水汽及能量输送带密切关联,暴雨发生在TBB亮温低值区的北侧,不稳定能量在安丘地区上空得到释放;垂直螺旋度正值中心的变化对地面气旋中心的变化有很好的指示意义。

垂直螺旋度在京津特大暴雨中的诊断分析

利用NCEP的1,°×1,°格点资料,计算北京和天津地区平均垂直螺旋度;配合常规观测资料及多普勒雷达资料,对2012年7月21—22日京津特大暴雨进行诊断分析,结果表明:在高空槽与低空气旋性涡旋配合的形势下,平均垂直螺旋度对特大暴雨的发生发展有很好的诊断作用。

局地直角坐标系中水平与垂直螺旋度方程组的推导、物理意义及应用（英文）

本文基于大气运动方程组推导得到了水平与垂直螺旋度收支方程组,在此基础上,本文还率先推导了风暴相对螺旋度的收支方程组。本文利用物理图像揭示了不同影响因子(特别是水平与垂直螺旋度转化项)影响螺旋度变化的机理。利用经典的尺度分析与实际个例收支相结合的方法,本文着重讨论了中-α尺度天气系统水平与垂直螺旋度的演变,并确定了其各自的主要影响因子。这为相关的研究与预报提供了参考。

2010年安丘一次大暴雨过程的TBB亮温和垂直螺旋度分析（英文）

为了深入了解鲁中山区等地夏季暴雨发生机制,进一步提高预报准确率,利用FY-2E卫星TBB资料和NCEP/NCAR1°×1°的6 h再分析资料,对潍坊安丘市2010年7月18日一次大暴雨过程进行天气动力学诊断和TBB云图分析。结果表明,此次安丘大暴雨是由副热带高压、高空槽和地面气旋等系统共同影响产生;TBB低值强云团随云带沿低空急流方向移动,且与水汽及能量输送带密切关联,暴雨发生在TBB亮温低值区的北侧,不稳定能量在安丘地区上空得到释放;垂直螺旋度正值中心的变化对地面气旋中心的变化有很好的指示意义。

内蒙古中西部地区一次强沙尘暴的垂直螺旋度诊断分析

利用常规观测资料和2.5°×2.5°NCEP资料对2010年3月19日发生在内蒙古中西部地区的一次强沙尘暴天气的垂直螺旋度进行了诊断分析。结果表明,沙尘暴发生期间,螺旋度分布呈现出明显的"上负下正"分层结构,这种分层结构出现的时间与强沙尘暴出现的时间基本一致,且随着正螺旋度区域范围扩大、高度抬高,沙尘暴发展愈强烈;高层螺旋度负值的演变与沙尘暴的出现有一定的对应关系,该诊断分析对于沙尘暴预报有一定指示意义。

强降水过程中垂直螺旋度和散度通量及其拓展形式的诊断分析

在垂直螺旋度的基础上,定义了散度通量,水汽垂直螺旋度和水汽散度通量三个宏观物理量.针对两次强降水过程,利用NCEP/NCAR实时分析资料对这些物理量进行诊断分析,结果表明,这些物理量能够比较准确地综合表征强降水系统所共有的典型动力场垂直结构,进而与降水系统的发展演变密切相关.这些物理量垂直积分的异常值区与观测的6h累积地面降水具有良好的对应关系,表明它们对强降水的落区和降水系统的发展移动具有良好的指示预测意义.NCEP-GFS每日四次6h预报场资料的计算表明,垂直螺旋度和散度通量及其拓展形式(水汽垂直螺旋度和水汽散度通量)对强降水系统的发展演变具有一定的预报能力,并且水汽散度通量是比较突出的对暴雨具有指示预报意义的动力预报因子.

垂直能量螺旋度指数及其在槽前型雷暴大风预报中的应用

引入垂直能量螺旋度指数(VEH)的概念并分析其物理意义,同时采用NCEP 1°×1°再分析资料和MICAPS重要天气报文资料,将该指数应用于2009年7月4—7日华北地区一次槽前型雷暴大风过程的预报中;在此基础上,利用华北地区2008—2009年夏季4次槽前型雷暴大风个例,对该指数的普适性进行验证。结果表明,该指数反映了气块在螺旋上升过程中释放不稳定能量的能力,是诊断和预报槽前型雷暴大风的有效指数;并将该指数应用于一次华北典型槽前型雷暴大风的预报中,通过对比其它指数,证明其有效;用14时的VEH指标,预报20时前的雷暴大风天气,这种天气一般在VEH超过1.4 J.m.kg-.1s-2的3～6 h之间出现。

2020年8月11日至12日阿拉善地区暴雨螺旋度特征分析

利用阿拉善地区地面观测资料和NCEP再分析资料分析2020年8月11日—12日阿拉善地区暴雨螺旋度特征,为今后短时强降水预报及其暴雨量级降水预报提供参考依据。分析结果:暴雨发生前,h_(p)中心值>310×10^(-6) Pa/s~2,h_(xy)强度为100×10^(-2) Pa/s~2,沿40.2°N作垂直螺旋度剖面图可见,700 h Pa在105°E正值中心增大至360×10^(-6) Pa/s~2,400 h Pa附近有负值中心,中心值为-30×10^(-6) Pa/s~2,低层辐合,高层辐散。从散度、垂直速度和相对湿度来看,最强辐合中心位于850 h Pa附近,散度中心值达-14×10^(-9) g/(cm~2·h Pa·s),500~650 h Pa为辐散区,最强上升速度出现在700 h Pa,垂直速度达-8 Pa/s,700 h Pa在104°E相对湿度达到100%。垂直螺旋度变化与强降水发生时段对应,垂直螺旋度正值中心和强度的增强时,降水区雨量也增大。

2次持续性暴雨天气的螺旋度对比分析

该文利用常规观测资料、逐小时区域自动站观测资料、NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料等对安顺2019年6月5-11日和9月5-10日的持续性暴雨天气进行分析。结果表明:①6月5-11日天气过程主要是由于两高之间不断有短波槽东移造成的,9月5-10日天气过程主要是由于副高稳定少动,西南涡在副高外围稳定维持较造成的;②垂直螺旋度垂直积分越大越有利于产生强的短时强降雨,垂直螺旋度强中心发展高度越高越有利于短时强降雨持续不断的产生;③水汽垂直螺旋度在这2次持续性暴雨天气过程中对短时强降雨的发生和降雨强度有很好的指示,水汽垂直螺旋度在短时强降雨出现前6 h出现增大,且中心值越大短时强降雨强度越强,在短时强降雨发生期间迅速减小;④6月5-11日天气过程中,质量垂直螺旋度值增大-减小得越多,出现的短时强降雨强度越强。