各非地转Q矢量之间的定量比较

结合“海棠”台风在2005年7月19日08：00～20日08：00再次登陆福建省24h期间所造成的降水过程，在WRF模式成功地模拟了此次降水过程的基础上，利用模式模拟输出结果，通过计算900～600hPaQ矢量散度的气柱平均值、Q矢量散度强迫产生的降水场，定量比较分析了非地转干Q矢量、非地转湿Q矢量及改进的湿Q矢量的诊断能力差异，结果表明：（1）非地转干Q矢量、非地转湿Q矢量及改进的湿Q矢量散度辐合场，对同期模拟雨区都具有一定指示作用，同时，非地转湿Q矢量和改进的湿Q矢量的散度辐合强度都较非地转干Q矢量散度辐合强度强，且改进的湿Q矢量散度辐合强度强于非地转湿Q矢量散度辐合强度，尤其是在主雨区表现的更为明显。相对来讲，改进的湿Q矢量散度辐合场对雨区的反映能力最强。（2）非地转湿Q矢量散度与改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水范围几乎相同，且明显较非地转干Q矢量散度强迫产生的雨区范围大，相对来讲，与同期模拟降水场的雨区更接近。改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水强度最强，非地转湿Q矢量散度强迫次之，非地转干Q矢量散度强迫产生的降水强度最弱。三种Q矢量散度强迫产生的降水强度都明显弱于同期模式模拟的降水强度，相对来讲，改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水强度更接近于模拟的降水强度。（3）三种Q矢量散度场以及强迫产生的降水场之间的差异，充分表明此次台风降水过程中伴有大量的大尺度稳定水汽凝结潜热和对流水汽凝结潜热释放，考虑了水汽凝结潜热加热作用的非地转湿Q矢量与改进的湿Q矢量，对降水反映能力均较非地转干Q矢量有所改进，尤其是后者。

黑龙江5次大(暴)雪过程的准地转Q矢量诊断分析比较

利用NCEP再分析资料,对黑龙江省2007年1～3月份的5次大(暴)雪过程,进行准地转Q矢量诊断分析。结果表明,准地转Q矢量湿锋生函数、准地转Q矢量散度场辐合中心与大(暴)雪落区有较好的对应关系,对黑龙江省的大(暴)雪预报有指示作用。

青海东部一次强暴雪天气的Q矢量诊断分析

20 0 2年 1 0月 2 1～ 2 2日青海高原东部地区发生近 1 0年以来秋季最强的一次暴雪天气过程。利用Q矢量方法以及GMS 5红外云图、水汽云图和常规观测等资料 ,对强暴雪天气进行了天气动力学诊断分析。结果表明 :Q矢量湿锋生函数、Q矢量散度场和水汽通量散度场与青海高原暴雪区有较好的对应关系 ,对青海高原的降雪预报有指示作用。

中国Q矢量分析方法的应用与研究

对自20世纪80年代以来国内关于Q矢量分析方法的应用及研究工作进行了较系统的总结,也具体给出了每一种Q矢量的计算表达式及以其散度场作为强迫项的ω方程的计算表达式,对每一种Q矢量分析方法的特点给予了简单介绍和说明,最后也提出了对未来Q矢量分析方法应用与研究的设想。

Q矢量的改进与完善

在完全考虑非绝热加热项潜热作用的前提下,从原始方程出发,推导出改进后的湿Q矢量(以下记为Q^M)的表达式以及用其散度作强迫项的ω方程,并结合一次梅雨锋暴雨天气过程将改进前、后的湿Q矢量诊断能力进行比较,结果发现:(1)改进后的湿Q矢量对同时刻的地面降水的反映能力较原湿Q矢量(Q~*)有显著的提高。(2)在整个梅雨锋暴雨过程中,600 hPa高度上的改进后的湿Q矢量散度辐合场的辐合强度及其辐合中心的位置对同时刻的地面实际降水的强度及雨区位置都有非常好的指示作用。

改进的湿Q矢量分析方法及梅雨锋暴雨形成机制

利用实测暴雨资料，结合改进的MM4（MMM4）模式模拟输出的加密资料，分别利用改进的湿Q矢量（记为Q^＊）及改进的湿Q矢量分解（Partitioning），诊断分析了1991年7月5日20：00～6日20：00一次典型的江淮梅雨锋暴雨过程。结果表明，600hPa Q^＊矢量散度辐合区对同时刻地面降水的强度、落区及不均匀性有很好的指示作用。在整个梅雨锋暴雨过程中，Q^＊矢量散度辐散、辐合在垂直方向上是相间分布的，它所激发的次级环流可能是诱发梅雨锋暴雨产生的重要因素。进一步研究表明，改进的湿Q矢量分解比“总”Q^＊矢量更具有诊断意义，可将梅雨锋暴雨的垂直运动场进行有意义的尺度分离，更有利于梅雨锋暴雨的潜在物理机制的评估。在梅雨锋暴雨的不同阶段，对于垂直运动场而言，不同尺度的Q^＊矢量散度辐合场的强迫作用不同，有主、次之分。基于上述诊断分析结果，本文进而提出梅雨锋暴雨形成的可能物理机制，并给出其概念模式：由于初始大气中大尺度的水汽及垂直运动场的空间分布不均匀，从而造成了大尺度Q^＊矢量散度辐合，激发出次级环流，进而引发了中尺度Q^＊矢量散度辐合场的产生，最终产生次级环流，直接导致梅雨锋暴雨的发生。

湿Q矢量释用技术的改进研究

利用包含大尺度稳定凝结潜热和对流凝结潜热信息的改进的湿Q矢量, 同时考虑地形抬升和地表摩擦作用, 完成对湿Q矢量释用技术的改进研究。将改进后的湿Q矢量释用（QMVIP）技术应用于华东区域中尺度模式（基于WRF V3.1, 简称WRF模式）, 并针对2010年6－9月汛期, 统计检验了QMVIP技术定量降水预报（QPF）效果, 且与WRF模式QPF效果进行了对比分析。结果表明, 0~72 h内, 对于0.1 mm·（24h）-1以上、 10.0 mm·（24h）-1以上及25.0 mm·（24h）-1以上降水预报来讲, TS评分分别提高了8.61%, 17.65%和29.57%; 正确率分别提高了8.44%, 6.49%和1.88%; 空报率分别下降了16.79%, 15.05%和10.74%; 漏报率分别下降了9.75%, 3.78%和10.48%； 对于50.0 mm·（24h）-1以上降水预报来讲, TS评分提高了65.04%, 二者平均正确率在0~72 h内几乎相同, 漏报率下降了12.94%, 空报率上升了12.67%。因此, 在总体上QMVIP技术较WRF模式改善了QPF效果。

应用湿Q矢量分解理论诊断分析“05．7”梅雨锋暴雨

利用Q矢量分解理论对发生于2005年7月的一次江淮梅雨锋暴雨过程进行诊断分析,并对比分析了原非地转湿Q矢量(Q*)和改进后的非地转湿Q矢量(QM)的诊断能力。结果显示:对流凝结潜热的释放对此次梅雨暴雨中尺度系统的形成和维持起到非常重要的作用;将QM分解为平行和垂直于等位温线两个方向后,发现在暴雨强盛阶段,低层大气是以大尺度辐合为主,中高层相反,且南北方向有次级环流出现,表明次天气尺度的持续性水汽汇集和正反馈机制是此次梅雨锋暴雨的关键因子。

湿Q矢量表达式及其应用

考虑了大气中凝结潜热作用，提出湿Ｑ矢量概念并推导出非地转的湿Ｑ矢量表达式以及用湿Ｑ矢量散度作强迫项的ω方程。利用常规气象资料作实例分析，结果表明在低纬度地区湿Ｑ矢量分析优于准地转Ｑ矢量分析。

修改的Q矢量表达式及其应用

推导出垂直p坐标修改的Q矢量表达式以及用其散度作强迫项的ω方程。用常规气象资料作实例分析的结果表明在低纬度地区修改的Q矢量分析化于准地转Q矢量分析．

一次大暴雨过程的湿Q矢量比较分析

结合2005年7月18～19口出现在青藏高原东侧的一次大暴雨天气过程，对改进前（Q^＊）后（Q^q）两种非地转湿Q矢量的散度和锋生函数进行了比较诊断分析。结果表明：①改进后的掣矢量散度辐合场在位置、强度及走向上对暴雨区的反映都较改进前的Q^＊矢量更为准确。低层大气强迫为产生暴雨区上升运动的主要强迫作用，在不稳定的层结下使大气加速上升而产生强对流。②包含了所有非绝热效应的湿Q矢量锋生函数对暴雨中心和雨区走向的反映更准确，锋生作用更强。当出现一定程度降水后，由于大量不稳定能量的释放，锋消作用明显。

一次辽宁暴雨过程的Q矢量诊断分析

应用Q矢量理论 ,分析了 2 0 0 3年 8月 5～ 6日辽宁暴雨天气过程 ,探讨了暴雨期间Q矢量和Q矢量散度场及Q矢量锋生函数场的分布特征 ,表明低层Q矢量散度辐合带与暴雨区有较好的对应关系 ,揭示了Q矢量散度的辐合中心或辐合线、散度场和锋生函数场与暴雨落区有关。

几种Q矢量在皖东一次特大暴雨中的比较分析

运用NCEP 1°×1°再分析资料,分析了皖东一次特大暴雨期间准地转Q矢量、非地转Q矢量、非地转湿Q矢量分布特征。结果表明:第1场强降水时段暴雨区附近中小尺度系统强迫作用明显,而梅雨锋系统性的强迫作用不强,并且凝结潜热加热对该时段的暴雨作用明显;第2场强降水时段皖东暴雨是梅雨锋系统性强迫和中小尺度系统共同作用引发的系统性暴雨,凝结潜热加热对该时段的暴雨作用同样明显。分析3种Q矢量湿锋生函数可以看出该次梅雨锋锋生锋消的过程。第1场强降水时段后期凝结潜热加热释放引起了非绝热锋生,进而加大冷暖气团之间水平位温梯度,加强了次级环流,导致第2场强降水的时段锋生明显强于第1场强降水时段,进而促进降水的进一步增强。

非地转湿Q矢量分解在暴雨分析中的应用

利用非地转湿Q矢量对山东省春秋季两次罕见的暴雨天气进行了诊断分析。分析结果表明:暴雨期间都有较强的非地转湿Q矢量辐合,产生上升运动,形成暴雨。这一结果也表明凝结潜热加热对暴雨的产生有着重要的作用。本文进一步把非地转湿Q矢量分解为平行于等位温线和垂直于等位温线两部分。揭示在这两场暴雨过程中,虽然都有中尺度和大尺度辐合上升运动作用的叠加,但在春季暴雨的个例中,垂直于等位温线的非地转湿Q矢量的辐合与总的非地转湿Q矢量的辐合相接近,暴雨以中尺度上升运动为主。而在秋季暴雨的个例中,平行于等位温线的非地转湿Q矢量的辐合与总的非地转湿Q矢量的辐合在形状上相似,在强度上偏强,暴雨的上升运动以大尺度为主,中间夹杂着中小尺度的上升运动,降水以混合型为主。

昆明准静止锋的准地转Q矢量分析

应用Ｑ矢量理论，对１９９５年２月一次与云南寒潮天气过程有关的昆明准静止锋进行了诊断分析。结果表明：在８５０ｈＰａ上，云南东部地区存在明显的非地转风辐合场，从而引起昆明准静止锋锋生；当７００ｈＰａ上Ｑ矢量锋生函数值增大，说明锋后冷空气加强，昆明准静止锋容易南下；

Q矢量理论在青藏高原东侧大暴雨过程中的诊断应用

利用常规探空和地面观测资料,对2002年6月8～9日发生在青藏高原东侧川陕地区的一次罕见大暴雨过程的环流特征及成因作了诊断分析.再利用MM4模式所提供的高时空分辨率资料,应用湿Q矢量理论对暴雨过程进一步进行了中尺度诊断研究.结果表明,湿Q矢量散度场的分布反映了次级环流的方向和强弱,暴雨出现在中尺度环流明显增强时.湿Q矢量分解揭示了该次暴雨过程的中尺度特性.

定量分析几种Q矢量

结合 1 991年 7月 5日 2 0 :0 0～ 6日 2 0 :0 0一次典型的江淮梅雨锋暴雨过程 ,从台站实际业务工作需要考虑 ,细致、具体地比较分析了 85 0hPa、70 0hPa及 5 0 0hPa 3个层次的准地转 Q矢量散度场、半地转 Q矢量散度场、非地转 Q矢量散度场及湿 Q矢量散度场与相应时刻地面降水场对应关系的差异 ,同时还针对每一种 Q矢量 ,将其在 85 0hPa、70 0hPa及5 0 0hPa 3个层次的散度场对同时刻降水场的反映能力进行了比较。在定量比较的基础上 ,得到了对 4种 Q矢量诊断特性的具体认识 :( 1 )在整个梅雨锋暴雨过程中 ,3个层次的半地转 Q矢量散度场及准地转 Q矢量散度场对雨区的反映能力较小 ,而非地转 Q矢量的散度场和湿 Q矢量的散度场对雨区的反映能力明显较前二者大 ,尤其是湿 Q矢量散度场在每个层次的诊断能力基本都大于相应层次的其它 Q矢量的散度场。 ( 2 )对于每一种 Q矢量而言 ,基本都是在 70 0hPa的散度场与雨区的对应关系好于各自在 85 0hPa和 5 0 0hPa的散度场 ,尤其是 70 0hPa湿 Q矢量散度辐合场对同时刻梅雨锋暴雨的强度及落区都有很好的指示作用。最后 ,基于理论的角度对各 Q矢量的诊断特性进行了较为深入地探讨和比较分析 ,明确地指出了 4种 Q矢量存在理论前提上的差异。

湿Q矢量释用技术及其在定量降水预报中的应用

新发展了一种湿Q矢量释用技术:利用松弛法迭代求解以非地转干Q矢量散度为强迫项的方程得到垂直运动场ω1,然后由ω1计算湿Q矢量散度场,接着再利用松弛法迭代求解以湿Q矢量散度场为强迫项的ω方程得到垂直运动ω2,最后由ω2结合水汽条件进行降水量计算,得到湿Q矢量释用降水场。结合一次典型的江淮梅雨锋暴雨过程研究表明,湿Q矢量释用降水场对同期观测降水场水平分布特征、极端降水强度都具有一定的反映能力,反映出湿Q矢量释用技术具备实际应用的可行性和一定合理性。将此释用技术应用于华东区域数值预报模式(基于MM5 V3.6而建立,以下简称MM5)产品,得到湿Q矢量释用定量降水预报(QPF)场,其独立于模式本身输出的QPF场,但与模式QPF场具有相同的时空分辨率。针对2004年6—8月汛期华东地区一次梅雨锋降水过程和一次登陆台风降水过程,结合实况雨量资料,比较分析了湿Q矢量释用QPF场和MM5模式QPF场对实际观测降水场的反映能力,结果表明,前者对有无降水、10.0 mm/24 h以上明显降水的反映能力明显优于后者。进一步进行预报统计检验表明,湿Q矢量释用预报有无降水、小雨及10.0 mm/24 h以上降水的TS评分、正确率都明显高于MM5模式,而漏报率、空报率则是前者明显低于后者。这也充分反映出湿Q矢量释用技术应用于QPF研究的有效性。最后,探讨了数值预报产品释用技术对数值预报模式性能的依赖性,并指出未来对湿Q矢量释用技术进一步改进的方向及其广泛应用前景。

“2006．10”云南严重秋季连阴雨水汽输送特征和湿Q矢量分析

应用常规气象资料通过诊断分析和湿Q矢量分析,探讨了2006年10月上旬云南严重连阴雨期间的水汽输送特征,进一步分析了期间持续性暴雨、大雨的落区分布,结果表明:连阴雨期间,ITCZ异常活跃,先后有4个热带气旋活动,200616号强台风"象神"横穿中南半岛进入孟加拉湾,减弱之后再度发展成孟加拉湾低压,由此提供了孟加拉湾水汽通道;ITCZ水汽通过副高外围气流向中南半岛输送,提供了第二条水汽通道,两条水汽通道呈"人"字形,为连阴雨发生发展提供了有利的水汽条件。湿Q矢量辐合中心在对流层中低层700～640 hPa之间,700 hPa上湿Q矢量散度辐合区与暴雨区对应较好;随着湿Q矢量辐合区加强、移动和减弱,暴雨随之发展、移动和结束。

一次暴雨过程中的湿Q矢量诊断分析

在非地转Q矢量的基础上,考虑大气系统发展的主要热力强迫因子—非绝热加热作用,引入非地转湿Q矢量(Q)的概念,并应用这一理论对1999年6月23日至24日的一次暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明,Q辐合区是暴雨发生的有利区域;Q的垂直分布反映了次级环流的方向和强弱,暴雨落区位于次级环流的上升支附近。从而说明Q对暴雨天气系统的诊断和预报是一种十分有效的工具;其散度负值区可以作为预报降水落区的重要指标,为暴雨的预报提供了更广阔的思路。