非绝热加热、湿斜压热动力耦合强迫激发辐合增长的一种机制

大气热力状态的非均匀分布及其与动力场的相互作用激发大气动力场发生变化,其事实已被许多数值模拟证实。散度作为度量大气运动辐散、辐合强度的物理量,其变化应受到大气热力状态分布及其与动力场相互作用的影响。然而,在传统的大气动力学理论框架中,并没有从理论上揭示大气热力场分布及其与动力场相互作用对散度场变化的影响。通过对热力学方程做变形处理,并与动力学方程结合,在替换平衡近似下(alternative balance),导出了显式包含非绝热加热分布与垂直风切变相互作用、斜压热动力耦合强迫影响的新型散度方程。利用该方程,重点分析了非绝热加热非均匀分布与垂直风切变相互作用对散度场变化的影响,从动力学理论上初步揭示了非绝热加热分布与垂直风切变相互作用激发大气散度场变化的物理机制。

斜压热动力耦合强迫在暴雨发生维持过程中的动力诊断分析

利用NCEP1°×1°再分析资料，从新型散度方程出发，针对2007年7月16～20日川渝地区一次持续性大暴雨天气过程，通过计算新型散度方程中的各项，诊断本次暴雨过程中正压大气非平衡强迫与斜压热动力耦合强迫在不同强降水时段的大小与作用，并与地面1h、6h降水观测资料和TRMM云顶亮温资料进行对比分析。结果表明：1）强降水主要是发生在区域内大气状态为弱不稳定层结或中性层结的时段。2）在强降水开始时期，正压非平衡负值中心与未来6小时降水中心重合，正压非平衡强迫对强降水的激发作用显著，是本次降水开始的启动机制。3）在降水发展维持时段，正压非平衡负值中心与未来6小时降水中心对应不好，斜压热动力耦合强迫强负值区与强降水落区相对应，对强降水的发展维持起了至关重要的作用，是本次重庆西南部强降水持续的维持机制。4）正压非平衡强迫和斜压热动力耦合强迫对未来6小时强降水发生的区域、降水强度、中心位置的指示意义，有助于提高暴雨预报准确率。

湿斜压热动力耦合强迫激发辐合增长和暴雨维持的一种机制

打破将散度演化分析局限于水平动力学框架内的传统认识思维,针对大气的斜压性与层结特征将对大气运动散度场演化产生显著影响的事实,从湿斜压原始方程出发,将大气的斜压热力作用通过热力学方程引入散度方程,在替换平衡近似(alternative balance)下,导出了显式包含湿非地转Q矢量与垂直风切变耦合强迫作用的新型散度方程.阐明了潮湿大气中非地转斜压强迫激发散度场演化的物理机制,为利用常规观测资料诊断散度场演化提供了一种有效的数学工具.通过对流层中低层气柱内总体辐合增长影响因子的分析,揭示了正压非平衡强迫、湿非地转Q矢量与垂直风切变耦合强迫激发辐合增长和暴雨维持的动力机制.进一步分析正、斜压强迫因子在暴雨过程不同阶段作用的差异性,提出了正压非平衡强迫是强降水天气过程启动机制,而湿斜压热动力耦合强迫是强降水天气维持动力机制的新观点.

应用新型散度方程诊断暴雨的触发和增幅机理

分析散度及其变化是进行暴雨研究的途径之,而传统的散度方程不能显示包含热力场分布影响散度演变的问题。因此,利用陈忠明等导出的新型散度方程和NCEP/NCAR(1°×1°经纬度)再分析资料,针对贵州省2007年7月25—26日持续性大暴雨天气过程,通过计算新型散度方程中的各项,定量诊断分析大气运动的正压非平衡强迫、湿斜压非地转与风垂直切变耦合强迫在暴雨发生发展过程中的作用,并与地面1、6h降水观测资料和卫星云图资料进行对比分析。探讨正压非平衡强迫、湿Q矢量与垂直风切变的湿斜压热动力耦合强迫导致辐合增加与暴雨发生、发展的动力机制。结果表明:强降水主要发生在近中性或弱不稳定层结条件下。大气运动的正压非平衡强迫导致辐合增加是强降水过程的触发机制;在暴雨维持和增幅过程中,湿斜压热动力耦合强迫在强降水的维持方面扮演了重要角色。当强降水过程发生后,才存在湿斜压热动力耦合强迫作用,湿斜压热动力耦合强迫作用是暴雨增幅的动力机制。未来6小时强降水发生的区域、降水强度、中心位置与散度演变的强负值区变化一致。新型散度方程对强降水预报有指导意义,可以作为诊断散度场演变的一种有效的数学工具。