华东地区强对流降水过程湿斜压涡度的诊断分析

湿斜压涡度(Moist Baroclinic Vorticity,MBV)、湿热力斜压涡度(Moist Thermodynamic Baroclinic Vorticity,MTBV)及湿位涡(Moist Potential Vorticity,MPV)是能够完整表征涡度三维信息的物理量,其中MBV代表切变风对湿比容的平流输送作用,MTBV反映了垂直气压梯度、对流稳定度、风垂直切变与湿比容水平梯度之间的耦合效应。本文利用这些物理量对2009年8月17日发生在华东地区的一次强对流降水过程进行了诊断分析。该过程是在高空急流、中层浅槽和低空切变线的密切配合下产生的,共经历了"团状结构—带状结构—团状结构"三个发展阶段。诊断结果表明,MPV、MBV和MTBV的异常值区与降水落区有较好的对应关系;随着强对流降水的发展演变,MPV、MBV和MTBV都产生了相应的变化,MPV、MBV和MTBV对降水和对流系统有追踪指示意义。相对而言,在反映降水强度变化方面,MBV和MTBV比MPV更具优势。

鄂霍茨克海阻高发展过程的正斜压涡度和涡度拟能的演变特征

用正斜压分解法 ,对 1 998年发生在鄂霍茨克海的阻高进行涡度和涡度拟能分析 ,结果发现 :在阻高的不同阶段 ,正压涡度和正压涡度拟能远大于斜压涡度和斜压涡度拟能且在不同的阶段有着不同的演变过程 ;在阻塞的酝酿阶段正压和斜压涡度和涡度拟能不稳定增长 ,且向西南传播 ;在维持阶段 ,正压和斜压涡度和涡度拟能的增长达到最大值 ,阻塞形势建立并维持在阻塞区域内 ;在消亡阶段 ,正压涡度和涡度拟能与斜压涡度和涡度拟能则呈现出不稳定减少 ,向东南传播 ,阻塞崩溃 ,然后又增长。

正、斜压涡度拟能相互作用对乌拉尔阻塞过程的影响

研究表明, 正压涡度拟能的增强和减弱是乌拉尔山上空阻塞过程的重要特征, 正压涡度拟能增强的主要机制是斜压涡度拟能向正压涡度拟能的转换, 而斜压涡度拟能的来源则是阻塞区外斜压涡度拟能向阻塞区的净输送和阻塞区内斜压涡度拟能的净生成。正压涡度拟能减弱的主要机制是耗散机制和β效应。因此, 阻塞过程是正、斜压涡度拟能相互作用的结果。纬向斜压风对斜压涡度的输送在阻塞的维持和崩溃中具有重要的作用, 经向斜压风对斜压涡度的输送在阻塞环流的建立中具有重要的作用, 经向正压风对正压涡度拟能的净输送和斜压风对涡度拟能的净输送也具有重要贡献。

正、斜压涡度拟能相互作用所激发的乌拉尔山阻塞过程研究

正压涡度拟能的增强和减弱是乌拉尔山上空阻塞过程的重要特征,正压涡度拟能增强的主要机制是斜压涡度拟能向正压涡度拟能的转换,而斜压涡度拟能的来源则是阻塞区外斜压涡度拟能向阻塞区的净输送和阻塞区内斜压涡度拟能的净生成。正压涡度拟能减弱的主要机制是耗散机制和β效应。因此,阻塞过程是正、斜压涡度拟能相互作用的结果。

阻塞过程中正斜压涡度拟能相互转换机制的重要性

使用正斜压涡度拟能方程对一次乌拉尔山阻塞过程的研究表明 ,虽然正、斜压涡度拟能向阻塞区内的净输送、阻塞区域内正斜压涡度拟能的净生成以及 β效应是阻塞环流建立、维持和崩溃的基本能源 ,但正斜压涡度拟能相互转换机制则是阻塞过程得以形成的根本原因。如果没有正斜压涡度拟能相互转化机制 ,则阻塞环流不但不能形成 ,反而使大气的斜压性不断增强 ,正压性不断减弱。

斜压涡度的变化与台风暴雨的关系研究

台风暴雨作为台风引起的最主要灾害之一,一直被人们关注。台风常被认为是对称结构,但从实际状况来看台风的非对称性非常明显,所以有必要研究斜压性涡度在台风中的表现。在高分辨率数值模拟的基础上,通过引入斜压涡度的概念,分析和总结了斜压涡度在2009年台风“莫拉克”暴雨过程中的表现。通过模拟与分析得到如下的结果:斜压涡度和MPV对比,可以看出在登陆前和登陆后,明显低层斜压涡度有更强的异常信号,围绕台风内核呈现正负正的位相特点;从沿着台风中心时间剖面可以看出,登陆前斜压涡度低层多为负正负的位相,并且随着时间的推移,斜压涡度有从大气的高层向台风的移动中心传递的趋势,即在台风即将到达时原先的正涡度被替换为负涡度,所以对其移动有一定指示意义;在台风“莫拉克”过台湾岛时,其斜压涡度表现为负涡度消失,在山地附近有正涡度生成,完成过岛,台风中心被替换;斜压涡度的异常值主要位于大气的低层时,一般会产生较强的降水。

水平涡度与夏季风环流变化

在斜压涡度发展理论的基础上,讨论了大尺度大气运动中水平涡度向垂直涡度转化的情况,并用以刻划夏季风变动。将p坐标中涡度方程的有关项在z坐标中分离出水平涡度向垂直涡度转化的主要项,经尺度分析得出,在对流层中、高层,这些转化项中的水平分量是大尺度大气斜压性涡度发展的主要因子。通过对1998年4—8月的GAME(GEWEXAsianMonsoonExperiment,全球能量和水分循环试验(GEWEX)的子试验:亚洲季风试验,简称GAME)再分析资料进行实际计算发现,转化项在东亚夏季风上升支的600hPa及以上层次对p坐标垂直涡度的局地变化贡献很大,不能忽略。同时发现水平涡度向垂直涡度的转化对南海季风爆发和江淮梅雨入梅及其发展过程均有指示性意义。南海季风爆发以后,在中国东南部地区,转化项的大小与夏季风的活跃和中断等活动吻合,转化项的变化反映了西太平洋副高在中国大陆的活动规律。

一次东风波暴雨的动力因子预报研究

针对2010年7月2427日闽浙沿海地区东风波暴雨过程，利用NCEP／NCAR全球预报系统（GlobalForecastSystem--GFS）每日4次6，12和24h预报场资料计算了湿热力斜压涡度、二级位涡和位涡波作用密度等动力因子，根据这些因子的异常值区可判断未来降水落区，实现对此次东风波暴雨的预报，其本质是GFS预报场资料的动力延伸释用。结果表明，这些动力因子均能提前6～12h对7月25日降水过程做出预报，对降水落区有一定的预测指示作用。但这些动力因子的降水预报略有差异，其中位涡波作用密度和二阶位涡的预报效果要优于湿热力斜压涡度。这种差异主要是因为这些动力因子包含不同的物理信息，而任何降水过程中起主导作用的物理因素也不尽相同。由于滤去了对降水无直接作用的大尺度背景场信息而保留了中小尺度扰动系统信息，所以位涡波作用密度能够较好地预测指示观测降水的落区范围。

2011年初秋河南连阴雨期间大气环流异常机制分析

利用2011年9月河南119个地面气象站逐日降水资料及同期NCEP/NCAR再分析资料数据,分析连阴雨降水特点及大气环流特征。用相关分析法找出中高纬度影响河南连阴雨降水的关键区,采用正斜压大气分解、E-P通量诊断方法从基本气流和扰动气流相互作用的角度分析连阴雨期间关键区的大气环流异常机制。正、斜压涡度的演变特征表明:关键区高压系统的建立和维持主要是由高纬度地区负的正压涡度向关键区输送造成,斜压扰动对关键区的高压系统的发展起抑制作用,基本气流中负的正压涡度起主导作用,大气环流的准正压性及基本气流的正压涡度对扰动气流起发展与维持作用。E-P通量诊断显示,降水时段40 120°E范围中高纬度对流层中上层的E-P通量矢量为辐合状态,导致中西伯利亚地区基本气流减速,使大气环流倾向于径向型;降水减弱或处于间歇期时,中高纬度E-P通量矢量为辐散状态时,基本气流加速,大气环流趋向纬向型。