水汽螺旋度和热力螺旋度在华北强“桑拿天”过程中的分析及应用

"桑拿天"是发生在夏季高温、高湿环境之下的重要天气现象.而过去单靠温度这一变量来诊断预报"桑拿天",有较大难度.而且从已有的研究中,"桑拿天"多发生在下沉运动或相对稳定的环流背景下.因此,寻找一个简单有效、且使用方便的物理变量来揭示"桑拿天"高湿、高湿的综合特征,显得特别重要.本文在前人研究的基础上,将以往暴雨研究中的IM(Ingredients-based Methodology)理论方法拓展至"桑拿天"的研究,将过去表征桑拿天高温、高湿、下沉运动环流特点的这些单个物理量综合进IM方法,尝试性地引入热力螺旋度(TH)、水汽螺旋度(MH)、以及湿热力螺旋度(MTH)等,对发生在2002年7月30日—8月4日和2009年7月7—9日的两次华北地区高温高湿的强"桑拿天"过程进行动力识别和诊断,并与广义湿位涡(GMPV)进行对比分析.分析结果表明,MH的异常大值区相对集中在北京及其周边的华北地区的对流层低层,并维持.而TH的异常大值区涵盖的范围远大于我们要研究的华北地区"桑拿天"的爆发范围.即使结合了温、湿效应的MTH和GMPV的异常大值区,其涵盖的范围亦逊于MH对"桑拿天"的动力识别.可见,在夏季普遍高温的大环境下,湿度是华北闷热的"桑拿天"爆发的一个决定性因素.结合了环流特征与湿度效应的MH,是对"桑拿天"进行动力识别的一个优化因子,具有较大的实际应用价值.

水汽螺旋度及其在一次江淮暴雨分析中的应用

构造了新的诊断量——水汽螺旋度,并对影响水汽螺旋度变化的因子做了分析。利用MM5模式输出资料对2003年7月4日的暴雨过程进行诊断分析,结果表明:水汽螺旋度与暴雨强度和暴雨落区都有较好的相关,螺旋度通量散度和湿螺旋散度对暴雨也有比较明显的指示作用,其中螺旋度通量散度对暴雨落区和强度的指示作用都很好,而湿螺旋散度与暴雨落区对应得稍差。

一次华北暴雨过程的数值模拟及水汽螺旋度和水汽涡度收支应用分析

运用WRF模式对2009年8月发生在华北地区的一次暴雨过程进行了数值模拟,按照性质的不同对模拟降水进行了研究,还进行了湿度场试验,最后利用模式输出结果对水汽螺旋度和水汽涡度收支进行了诊断分析。结果表明,数值模式比较合理地再现了本次暴雨天气过程。显式降水在模拟的总降水量中占了很大的比重,但是在暴雨爆发初期,积云降水起了重要作用。对流层中层的水汽饱和程度对模拟降水性质及降水量大小有重要影响,显式降水一般发生在空气饱和程度较高的区域,而位势不稳定则是诱发积云降水的主要原因。对流层中低层水汽螺旋度的强度变化在一定程度上代表了降水系统的强弱变化,其高值区与强降水落区在出现的时间和空间上都存在较好的一致性。水汽涡度收支对于水汽涡度及水汽螺旋度的变化具有很好的指示意义,可以作为预报降水的一个动力指标。

台风“灿都”造成云南强降水过程的水汽螺旋度诊断分析

利用地面加密观测、Micaps资料和NCEP1°×1°再分析资料对1003号"灿都"台风造成云南暴雨进行诊断分析。结果表明:台风低压为高温高湿且具有强对流不稳定的深厚系统。进入云南后除了自身携带的大量水汽和能量外,先后有副热带高压西侧强盛偏南急流和孟加拉湾西南气流卷入,使得台风低压在云南持久不衰,并产生全省性强降水。诊断量"水汽螺旋度"对暴雨落区和强度有较好的对应关系,强降水多发生在水汽螺旋度正值中心的偏南侧。"水汽螺旋度"随时间变化的两个影响因子"螺旋度通量散度"和"湿螺旋度散度"对强降水的落区和强度也有较好的指示作用。若是分别对两个因子进行诊断,再综合分析环流形势,将能达到更好的强降水预报效果。

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。

重庆一次暴雨过程的诊断分析

为揭示2012年5月11-12日重庆暴雨过程的发生发展机制,寻找重庆地区暴雨预报方法,利用国家卫星气象中心的降水量产品数据集和NCEP格点再分析资料,对这次暴雨进行了天气形势分析,并从动力和水汽条件、水汽螺旋度和水汽散度通量及不稳定指数等方面进行了诊断分析。结果表明,短波槽东移南下和西南涡东移北上是造成此次暴雨过程的主要原因;高空槽前脊后的正涡度平流,有利于大气的抬升运动;中层(700 h Pa)的西南暖湿气流为此次暴雨过程提供了水汽和能量,促进并维持对流的强烈发展;水汽螺旋度高值区和水汽散度通量低值区都与强降水区域有较好的对应关系,且有较好的时间相关性,这对强降水落区和降水系统的移动发展有一定的指示意义;低层暖湿气流抬升与高层冷空气交汇触发了此次暴雨天气过程;K指数和A指数对于暴雨的形成和发展有一定的预报意义。

两次副热带高压北侧暖锋暴雨动力热力诊断

使用常规观测资料、自动气象站降水量以及NCEP FNL再分析资料,对黑龙江省两次副热带高压(简称副高)北侧暖锋暴雨过程(简称"0801"和"0803"过程)进行动力热力机制诊断分析。结果表明,两次暖锋暴雨过程,均有台风活动,造成副高西伸北抬,副高外围的西南低空急流向北输送大量高动量的暖湿空气。两次暴雨过程与高低空急流关系密切,"0803"过程中高低空急流均更强,暴雨区位于高低空急流耦合形成的垂直次级环流的上升支。"0801"过程,暴雨发生前大气对流不稳定,辐合抬升及次级环流上升气流的共同作用触发对流,促使不稳定能量释放,形成强降水。"0803"过程,暴雨期间大气对流稳定,锋区中层的CSI有利于降水强度的增强及维持,锋面强度更大,由锋面辐合抬升形成的上升运动范围更广,造成更大范围的强降水天气。在暴雨区上空由于凝结潜热释放而引起广义位温高值区向下伸展,强暖平流促使中低层湿斜压性显著增大,利于暖锋锋生。水汽散度通量和水汽垂直螺旋度能够较好地描述强降水过程,强降水区与水汽散度通量正值区及水汽垂直螺旋度负值区相对应。

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.

重庆地区2016年6月1日区域暴雨特征分析

基于NCEP分析资料和CMORPH降水产品融合的逐时降水资料,对2016年6月1日发生在重庆地区的暴雨过程进行了动力、水汽条件、水汽螺旋度和水汽散度通量的诊断分析。结果显示,短波槽东南移动和西南涡东北移动是造成这次暴雨的主要天气系统;正涡度平流在槽前和脊后引起上升运动。700 hPa上西南涡提供了水汽,促进和维护对流的强烈发展;较高水汽螺旋度和较低水汽散度通量与较高降水面积对应较好,存在时间上的相关性,对降水预报有较好的指示意义;假相当位温(θse)垂直分布、K指数和A指数表明暴雨发生时存在明显的层结不稳定。

贵州一次台风暴雨的诊断分析

利用常规资料、自动站降水资料及NCEP/NCAR再分析资料(水平分辨率为1°×1°)等对2013年8月23—24日贵州一次强降水过程进行分析,结果表明:此次降水是副高西伸北抬,台风"潭美"减弱为低压西移,贵州受台风倒槽影响而产生的;暴雨区域上空的水汽通量较大,水汽辐合明显;暴雨落区与中低层正的垂直螺旋度大值区有一定的对应关系;卫星云图显示台风外围涡旋云系长时间维持发展并不断经过贵州上空造成强降雨的产生。

萍乡市一次区域性大暴雨漏报原因分析

利用常规观测资料、加密自动站资料对萍乡市2015年5月的一次区域性大暴雨过程漏报的原因进行了分析,分析表明此次过程漏报原因主要是:1)没有注意到925 h Pa萍乡中部的强温度锋区; 2)忽视了中高层干冷空气扩散南下的影响; 3)误认为低层辐合条件偏弱。利用EC细网格(ECMWF-thin)资料计算此次过程中的一些物理量,对暴雨预报做进一步的诊断分析。分析结果与总结的漏报原因吻合:萍乡市中部低层存在的广义位温的高值中心表明萍乡市中部和北部之间确实存在明显的温度锋区;湿热力平流参数正负中心的交界面证明了萍乡市北部有明显的锋生,锋生是中层干冷空气补充南下叠加在低层高温高湿区上造成的;热力垂直螺旋度和水汽垂直螺旋度的分析则表明低层的水汽和热量辐合条件是较强的。