一次华北暴雨过程中“质量强迫”的数值模拟

在暴雨系统中,大量降水会造成湿空气质量的亏损,这种湿空气质量亏损对暴雨系统的发生、发展有一定的强迫作用,称之为"质量强迫"。本文首先从理论上通过对连续方程进行修改,重新推导了ARPS模式中考虑质量强迫作用的扰动气压倾向方程,并利用该模式对一次华北冷锋暴雨过程进行质量强迫作用的数值模拟试验,详细分析了质量强迫引起的云微物理过程的变化。对比分析表明:(1)质量强迫项影响系统的降水量。在本文个例中,质量强迫项起主要作用的高度在5.75 km左右,使得大气产生了由该层向上、向下的运动调整,其中向下的运动调整不利于低层对流的上升运动,减弱了系统的对流强度,导致中心降水量有所减少。(2)云水场的分布与质量强迫项的分布吻合较好;降水率的变化和质量强迫项的变化趋势相似,且在5.75 km高度上表现明显;降水粒子下落末速度项是引起质量强迫项变化的主要原因。(3)湿空气质量场发生改变将使局地气压发生变化,这种变化又使动力场发生相应的调整,产生辐合、辐散及垂直运动。反之,运动场的调整也影响到气压场的调整,它们之间将是一个相互影响的过程,近而对天气系统发展强度产生较明显的作用。(4)对对比试验中模式控制方程各项的差别分析发现:造成扰动气压局地变化项差的主要原因是由散度项差与垂直速度项差共同作用造成的,其中,质量强迫项差起了间接的作用;造成水汽及云水物质局地变化项差的主要原因是微物理源汇项差,其次是降水粒子下落末速度项差。

“98．5”华南前汛期暴雨的湿位涡异常诊断:质量和热力强迫的数值分析

利用MM5输出的高分辨率资料对“98．5”华南暴雨的湿位涡进行了诊断分析,分析了质量强迫和热力强迫引起的湿位涡异常。结果揭示：降水区位于负湿位涡的下方,负湿位涡的趋势走向与降水区的一致。造成本次暴雨的成因中包括湿对称不稳定和对流不稳定两种机制,湿位涡MPV(moist potential vorticity)的分量MPV2对MPV起主要作用,其中主要是MPV2v的贡献。质量强迫和热力强迫共同作用引起湿位涡异常变化,它们的作用大小相当,在研究暴雨时,不可忽略因降水造成的质量强迫。

强暴雨系统中湿位涡异常的诊断分析

从动力上推导了热力、质量强迫下的湿位涡方程 ,阐明了在暴雨系统中引起的强降水会造成热力、质量强迫下的湿位涡异常。并用NCEP 1°× 1°的分析资料对 1 999年 6月 2 3日到6月 2 6日引起长江流域暴雨的对流系统进行了湿位涡诊断分析 ,分析结果表明湿位涡异常高度主要出现在 70 0～ 5 0 0hPa之间 ,中心最大值可超过 1 .4PVU。从动力和资料诊断两个方面均揭示出湿位涡异常区与强降水区有很好的对应关系。

广义湿位涡理论及其应用研究

押重点介绍了诊断暴雨落区与强度的广义湿位涡理论研究方面的两个内容,一是由于暴雨系统中强降水引起的质量亏空导致的暴雨系统中质量强迫下的湿位涡异常理论,二是非均匀饱和大气中的广义湿位涡理论;对暴雨系统中质量强迫的物理意义和非均匀饱和大气中的广义位温引入的思路与意义作了详细说明,并对位涡理论作了细致推导。在此基础上,针对暴雨个例,利用质量强迫的湿位涡异常和非均匀饱和广义湿位涡异常诊断了暴雨落区,从理论和诊断上论证了利用这两种湿位涡异常判断暴雨落区的可行性。

2003年梅雨期湿位涡异常诊断分析

利用1°×1°的NCEP/NCAR格点分析资料和中国区域站点观测降水资料,在分析2003年江淮流域梅雨期降水及大尺度环流特征的基础上,利用包含降水质量强迫效应的湿位涡方程,阐明在暴雨系统中引起的强降水会造成湿位涡异常.对2003年引起江淮流域暴雨的对流系统进行的湿位涡诊断分析表明,对流层中低层的湿位涡异常区与降水区域有很好的对应关系,可利用湿位涡的异常分布预测降水未来可能的分布形势和走向.