水汽通量散度分解在一次台风暴雨中的应用

作为表征异常降水的一个重要参数,水汽通量散度(Q v)根据亥姆霍兹定理被分解为三个分量,即旋转风引起的水汽平流(Q r)、辐散风引起的水汽平流(Q d)和气流辐合辐散造成的水汽通量散度(Q div)。以2018年18号台风温比亚造成的河南商丘和江苏徐州的强降水为例,分析了水汽通量散度分解后的三个分量的时空演变。结果表明:Q v仅能得到水汽聚集的情况,分解之后的分量可以更清楚地了解不同的降水时段内具体是哪些项起到了主导因素。总的Q v贡献主要来自于Q div,而降水的增强一般与Q r的正贡献对应较好,降水的减小往往是由于Q d的抑制作用引起的,未来将应用这种水汽通量散度分解方法有效改进台风降水落区的诊断和分析。

Q矢量及水汽通量散度在青海省1999年8月4日大降水中的释用

本文利用1999年8月4日到8月6日实时高空资料,通过计算300hPa,500hPa,700hPa各层次的Q矢量和水汽通量散度,对本省8月5日凌晨开始出现的一次大降水过程中Q矢量湿锋生函数和Q矢量散度场及水汽通量散度场的变化情况进行了分析,得出Q矢量湿锋生函数、Q矢量散度场及水汽通量散度场对高原锋生、降水系统的发展及未来降水落区有一定的指示意义,可作为将来预报本省大降水的一些参考依据。

地面水汽通量散度在辽宁省暴雨预报中的应用分析

本文应用自动站地面观测数据和NCEP1°×1°实况数据对地面水汽通量散度在2016年汛期暴雨预报的应用分析。结果表明,对于7个短时大暴雨个例预报效果进行应用检验,其中有6个个例地面水汽通量散度能够提前2~4h出现负值中心;通过对比预报效果差异,2个短时大暴雨个例影响系统均为高空槽,低空850hPa均存在切变线系统,均存在CAPE大值区,降水性质均为对流性降水;2个个例降水前期水汽输送程度差别明显,0801个例前期低空850hPa西南气流风速较小,水汽输送较弱,并且近地面以偏北风辐合为主,相对较干;0813个例低空850hPa西南气流强劲,降水前期水汽输送效果明显,近地面偏南风辐合为主,加强近地面湿度形势;0801个例水汽输送地区位于平原地区,地势较为平缓,不利于水汽的累计;0813个例水汽输从地势低的平原向较高的山地丘陵地区进行输送,由于地形抬升阻挡作用,极易造成水汽堆积。

浙江东部两次极端台风暴雨的水汽特征研究

本文利用自动站资料、ERA5 (0.25˚ × 0.25˚)逐时再分析等资料,基于天气学和诊断方法对2013年23号台风“菲特”、2019年09号台风“利奇马”引发浙江东部极端暴雨过程的水汽输送特征进行综合分析。结果表明:(1) 浙江东部极端台风暴雨过程通常对应水汽通道的长时间稳定维持,为暴雨发生发展提供源源不断的水汽条件。并且一些情况下水汽通道存在多条。(2) 造成浙江东部极端台风暴雨过程往往洋面上存在多个台风相互作用,多台风带来的水汽更为充沛。(3) Hysplit三维轨迹能更直观立体反应水汽来源,其与水汽输送路径分析结论基本一致。浙江省东部极端台风暴雨的水汽净输入边界往往为东边界。(4) 暴雨发生前、发生时,水汽通量散度强负中心与强暴雨区对应很好,并且水汽通量散度负值中心的变化往往对应降水的减弱或暴雨带位置的变化。(5) 极端台风降水时段近地面往往稳定存在急流输送水汽,并且降水增强伴随急流增强;站点上空为整层饱和区,水汽条件极佳。

用水汽通量散度计算降水量的简便快速方法

本文介绍了运用计算机简便快速计算水汽通量散度及其降水量的方法.介绍了计算过程主要原理、公式以及为编BASIC程序而需作的必要处理,给出了BASIC程序清单及说明.

一次西南涡持续暴雨的GPS大气水汽总量特征

利用成都地区地基GPS遥感的大气水汽总量资料(GPS-PWV)、NCEP再分析资料、自动站降水量资料和探空站比湿资料,对2010年7月15—18日发生在四川盆地东北部的一次持续性暴雨的水汽变化特征进行综合分析,重点探究这次大暴雨的影响系统(西南涡)发生、发展前后GPS-PWV的演变特征及其与降水的关系。结果表明:降水发生时,GPS-PWV通常在短时间内有急剧的上升,并在西南涡形成前达到最大值;西南涡完全形成时,GPS-PWV急升结束;西南涡东移,GPS-PWV继续下降到最低,降水趋于结束。与水汽通量散度相比较,水汽散度垂直通量能更好地描述暴雨过程中的强上升、辐合辐散运动以及水汽输送情况,它与GPS-PWV变化趋势基本一致。因此,GPS-PWV的急升与陡降对大暴雨的形成与减弱有一定指示意义。

2022年9月3日至7日林芝持续性强降水水汽特征分析

本文利用常规高空、地面、卫星云图等观测资料以及欧洲中期天气预报中心逐小时再分析资料(ERA-5分辨率为0.25°×0.25°),应用天气学原理和天气动力学诊断分析方法,从环流背景、系统发展演变、物理量场等方面,分析2022年9月3日~9月7日林芝市一次强降水天气过程发生发展的天气形势及主要影响系统,以及比湿的水平分布、垂直分布,垂直速度的强弱,水汽的配置和输送情况,对以上物理量场的诊断分析,探讨了此次强降雨发生的物理机制,并对CMA、EC两家数值模式预报进行检验。结果表明:(1)深厚的高原低涡和长时间稳定维持的高原切变线是此次持续性强降雨过程的主要影响系统,西南涡及台风“轩诺”共同组织高原系统东移。(2)西太平洋副热带高压西侧西南暖湿急流为此次过程提供了充沛的水汽。(3)林芝上空600hPa和500hPa的比湿分别达到了11g/kg、8g/kg以上,处于湿区中心。(4)林芝高空散度为正值区,低层(600、700hPa)散度为负值区,高低空散度场配置有利于降水的发生和维持。(5)在有利的天气形势下,林芝地形对降水有明显的增幅作用,地形的动力抬升作用有利于林芝东南部强降雨的产生。(6) CMA与ECMWF两家数值模式对比发现,模式对高原地区降水量级预报存在较明显的偏差。

近10年夏季西北地区水汽空间分布和时间变化分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料对近10年(2000-2009年)夏季西北地区整层大气水汽的时空分布进行了分析。结果表明:(1)近10年西北地区夏季大气可降水量和水汽通量分布呈两头多、中间少。700～200hPa的水汽通量值要比地面至700hPa的大,在南疆盆地,地面至700hPa的水汽通量值比700～200hPa的大,水汽通量在600～450hPa之间比较丰富;(2)整层水汽通量散度辐合区对降水落区的预报具有指导意义,除甘肃河西地区外,其他地区低层(700hPa以下)和高层(700hPa以上)的水汽通量散度呈反位相分布。(3)近10年西北地区水汽输送主要来自西风带在青藏高原西侧分为南北两支所携带的水汽、孟加拉湾的水汽随西南风输送以及西风带爬上青藏高原沿高原南边输送,而造成整层水汽通量年变化的主要原因是西风带输送水汽能力的大小。(4)近10年西北地区整层水汽通量呈线性增加,整层水汽通量的年变化趋势基本上可以指示地面降水的年变化趋势。(5)西北地区近10年夏季水汽来源主要以经向输送为主,纬向水汽通量对于西北区水汽净收支起决定作用。

华南秋、冬、春季水汽输送特征及其与降水异常的联系

华南秋、冬、春季水汽输送特征的季节差异明显,水汽输送异常与降水异常存在密切联系,利用1958—2005年实测降水资料及NCEP/NCAR逐月再分析资料,探讨了华南秋、冬、春三季的水汽特征及其与降水异常的关系,主要结论有:大气中的水汽主要集中在500 hPa以下气层中,最大值出现在850～700 hPa;输送至华南的水汽秋季主要来源于孟加拉湾及副热带西太平洋,冬季主要来源于青藏高原南侧的东亚南支偏西风气流,春季则主要来源于东亚南支偏西风气流及热带西太平洋海区;华南秋、冬、春三季的降水偏多和偏少年的水汽输送距平场,并不是单纯的反向关系或主要输送带的偏强和偏弱,而是更为复杂;El Nio成熟期菲律宾附近的反气旋环流异常、冬季风的强度异常都是导致水汽输送异常的重要原因。

1998年夏季风爆发前后南海地区的水汽输送和水汽收支

根据1998年南海夏季风试验期间GAME／HUBEX一天4次同化资料,着重分析了1998年南海夏季风爆发前后大尺度水汽输送的主要特征,结果表明大尺度水汽条件与季风活动密切相关。南海夏季风爆发前后,南海地区主要的水汽输送带发生了较大变化。季风爆发前,南海地区水汽主要来自西太平洋;季风爆发后,水汽主要来自热带东印度洋和孟加拉湾。降水过程与水汽辐合的极大值密切相关,而主要水汽辐合带位置的移动及强度的变化则和南海夏季风相联系。随着南海夏季风的建立、加强,南海地区的水汽辐合带相应地建立和加强,并伴有降水发生。季风爆发后南海地区大气的可降水量较季风爆发前显著增加。季风爆发前大气的水汽汇中心主要出现在中南半岛及我国华南沿海地区,南海夏季风爆发后,从孟加拉湾到南海水汽输送加强,南海大部、孟加拉湾北部和菲律宾以东的洋面上均转为水汽汇区,从而对南海、日本及其以南的降水产生重要影响。

夏季东亚地区水汽输送的气候特征

使用 1980—1997年垂直积分的水汽输送通量资料,分析了夏季大尺度水汽输送演变的气候特征及偏南风水汽输送在中国区域内的推进特征。结果表明:夏季各支大尺度水汽输送汇合成一条行星尺度水汽输送大值带,它从南半球出发,经过亚洲季风区,进入北太平洋;东亚夏季偏南风水汽输送所能到达的北界为东北北部50°N附近;西太平洋副高南侧的东南风水汽输送所能到达的西界为甘肃东南部100°E附近。垂直积分的水汽输送通量强辐合区大多位于行星尺度水汽输送大值带中,与降水大值区之间有很好的对应关系。

东亚地区秋季水汽输送特征及水汽源地分析

用1980～1997年垂直积分的水汽输送通量资料,分析了秋季东亚地区大尺度水汽输送演变的气候特征以及主要水汽源地,结果表明:秋季各个月东亚大陆的主要水汽来源地并不相同,9月主要来源于孟加拉湾、南海和西太平洋地区;10～11月主要来源于南海、西太平洋地区。从夏季型到冬季型水汽输送的转换特征表现为:来自南半球的越赤道输送的显著减弱、消失直至转向,东亚南支偏西风水汽输送的逐渐建立,赤道太平洋地区的偏东风水汽输送的加强西进。秋季亚洲季风区范围最大的强水汽源地位于南海、西太平洋地区(115～120°E,15～25°N)。

一次春季冰雹天气的中尺度系统分析

对2007年5月5日江苏出现的大范围雷雨、大风和区域性冰雹天气的环流背景场进行了分析,结果表明:这次强对流天气是由北方南下的冷空气触发所致,锋前对流层低层的增温和500 hPa冷空气的先行南下使潜在的对流不稳定性加剧;地面冷锋前中尺度低压的发展是对流性天气发展的主要因素;强烈的上升运动和低层水汽通量辐合提供了有利于冰雹产生的过冷水滴的碰撞增长条件;冰雹天气的产生与地面物理量场有很好的配置关系。

黄河流域冬、夏季水汽输送及收支特征

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国实测雨量资料,对黄河流域1月和7月多年平均及旱、涝年整层积分的水汽通量、辐合(辐散)及各分区水汽收支进行了研究。结果表明,1月黄河流域无明显的水汽输送,而7月水汽沿西南、东南及西北3条路径输送,前两支气流在多年平均时主要影响黄河下游区。涝年时影响到黄河中、下游区,而上游区水汽流入较小;旱年,黄河中、上游区均无明显的水汽输送,只有下游的小范围地区受西南气流影响。各区净水汽通量分别与其地面降水的时空演变相对应,而经向净水汽通量是影响水汽收支变化及供给流域降水的主要水汽来源;涝年的水汽净收支与各边界水汽流入明显大于旱年。1月,西边界和北边界微弱的水汽输入远小于东边界和南边界的输出,各区均为水汽净辐散,不利于降水;7月,大量的水汽主要来自西边界和南边界,涝年各区均为水汽盈余,多年平均也以净辐合为主,而旱年则以水汽亏损为主。

南水北调西线引水区与黄河上游降水过程的水汽特征分析

利用NCEP再分析资料，分析了南水北调西线引水地区和黄河上游的可降水量、水汽通量、水汽通量散度和该区域的流场．结果表明：在5～9月间，该地区可降水量7月最大，其次为8月、6月、9月，最小为5月；水汽通量主要从南边界获得，北边界存在较稳定的强度不大的净收入，西边界不太稳定，会出现负收入．研究区域上空600hPa水汽通量主要为辐合，风场散度对水汽通量散度的贡献最大；向研究区域输送的水汽在低层既有直接从孟加拉湾输入，又有从盂加拉湾经中南半岛北部绕过来的，而高层则基本从孟加拉湾直接输入．

一次华北暴雨过程的数值模拟及水汽过程分析

运用WRF模式对2009年7月华北地区的一次暴雨过程进行数值模拟,结果表明:WRF模式比较合理地再现了这次暴雨天气过程;本次暴雨过程的主要输送载体为西太平洋副热带高压外围及低槽前的西南急流;低层水汽通量散度的负值区与降水落区有较好的相关性;对水汽通量拓展分析研究表明,纬向水汽辐合及由风场辐合效应造成的水汽辐合贡献较大,经向水汽辐合和由于水汽分布不均而形成的平流差异所造成的水汽辐合贡献较小,且多为负贡献;水汽散度的垂直通量负异常区与云水、雨水混合比较大的区域对应得较好,它与降水的相关性也优于水汽通量散度。

夏季区域西风指数对中国西北地区水汽场特征影响的对比分析

利用1970—1997年NCEP/NCAR再分析月平均资料,设计了区域西风指数。通过分析西北地区夏季的水汽输送通量散度,发现该地区水汽平流引起的水汽输送通量散度项年际变化极小,而风场辐合(辐散)引起的水汽输送通量散度项年际变化却很大,在西北地区区域西风指数较强年份风场辐合比区域西风指数较弱年份强。由此可知,西风年际变化对西北地区的风场辐合(辐散)的影响是我国西北地区水汽场年际变化的主要原因。

2011年8月14-16日冀中南暴雨过程的水汽特征

利用常规观测资料与FNL资料,对2011年8月14-16日冀中南地区一次暴雨过程的水汽特征进行诊断分析,结果表明:暴雨过程由西风槽东移和西北太平洋副热带高压缓慢南退的共同作用引发;暴雨的增强与850hPa偏南急流的加强和风切变出现有密切关系;暴雨水汽主要来自南海,强劲的偏南急流和西南急流将水汽直接输送到降雨区上空。暴雨发生前,中低层大气比湿先降后升,近地层比湿持续增加,相应的水汽压特征为中低层水汽压先降后升,近地面层饱和水汽压下降;降雨结束时,近地面水汽压近似等于饱和水汽压。低层水汽辐合主要来自经向水汽的贡献。

渭河流域三次暴雨过程水汽和上升运动的垂直结构比较

利用常规高空观测资料和NCEP/NCAR 6 h再分析资料等,着重从水汽和上升运动的垂直结构上对发生在渭河流域的三次致灾暴雨过程进行了比较分析。结果表明:三次暴雨过程具有相似的水汽通量散度场垂直结构,即低层辐合、中层或高层辐散,但低层辐合远大于其上层辐散,低层强水汽通量辐合不仅为暴雨区提供了充沛水汽,也导致并促使水汽在垂直方向上从低层向高层输送,从而增强大气垂直上升运动发展;600 hPa(或400 hPa)水汽辐合或辐散突然增强,预示降水强度将增大,其突然减弱,则标志着强降水趋于结束;三次暴雨过程中,强降水主要出现在整层上升运动形成前后和450 hPa附近垂直上升运动增强最快时段内。

2005年汉江上游秋涝环流条件和水汽场特征分析

利用美国环境预测中心(NCEP)资料,对2005年9月1日至10月10日汉江上游秋涝期500 hPa环流条件和700 hPa水汽场的时空分布特征进行了分析。结果表明:在汉江上游秋涝盛期,500 hPa高度距平场呈现出"+,-,+"波列结构。700 hPa主要水汽源在孟加拉湾和南海地区。同时段水汽通量散度场EOF分析表明,汉江上游水汽通量散度同南海和孟加拉湾北部具有相同的变化符号;小波分析进一步揭示出汉江上游和南海地区水汽通量散度都存在准2周和准1周的振荡。强降水一般出现在几种不同频率振荡的负值位相叠加的时段。