贵阳地区暴雨和冰雹湿位涡对比诊断分析

应用湿位涡理论,对1997~2004年贵阳地区的6次冰雹天气和2004年贵阳地区的6次暴雨过程分别合成,进行诊断分析.结果表明:在θe陡立密集区,θe面陡立导致湿斜压涡度发展,密集区内冰雹和暴雨容易发生;MPV1<0和MPV2>0的配置,易产生暴雨,且MPV1数值比MPV2数值大一个量级,说明暴雨发生时正压过程起着主导的作用,而湿斜压项的高值区与暴雨的落区相一致.冰雹发生时,降雹区的低层为对流层不稳定层结下(MPV1<0),有MPV2>0,使湿斜压不稳定增强,倾斜涡度得以发展,冰雹易出现在高值中心偏南一侧,(即MPV1<0与MPV2高值中心交界处),冰雹出现后,高值中心强度减弱.     

倾斜涡度发展与β中尺度低涡

利用中尺度暴雨模式MRM1,对1998年7月21、22日湖北黄石的β中尺度低涡及特大暴雨进行数值模拟,采用湿位涡守恒原理对模式输出的高时空分辨率物理量场进行分析。结果表明,β中尺度低涡是在低层θ水平梯度加大,θe等值线变得更加倾斜、近似陡立而发生SVD的情况下产生的。Pm1在本次特大暴雨过程中是主要的,大大超过pm2,低层对流稳定度绝对值的迅速减小造成垂直涡度的急剧增大,从而形成β中尺度低涡。因此,θe等值线变得陡立可能是气旋性涡度激烈发展导致对流性特大暴雨形成的一个重要原因。     

一次贵州暴雨过程的湿位涡诊断分析

应用湿位涡理论,对2012年6月25日贵州省发生的一次暴雨过程进行诊断分析,讨论了湿位涡与此次暴雨过程的关系,结果表明:在此次暴雨过程中,湿空气对流活动层一般仅能达到500 hPa至600 hPa高度,高空大值湿位涡下传,使高空干冷空气入侵低层,即造成动力对流层顶折叠现象,是产生强对流天气的主要原因.湿位涡的正压项是主要的,它反映了强对流天气过程位势不稳定能量的释放过程,而斜压项高绝对值区与暴雨落区吻合很好,对暴雨的强度和落区预报有一定的指示作用.     

2008年"2.28"低纬高原强对流成因诊断与数值模拟

 利用常规观测、NCEP1°×1°再分析资料和中尺度WRF模式,对低纬高原云南2008年"2.28"强对流进行成因诊断和数值模拟研究,结果表明:此次复杂强对流在春季低温冷冻灾害和位势稳定背景下,由强垂直风切变、低层潮湿和足够水汽供应以及强抬升机制共同作用造成.过程中,强对流由强斜压不稳定释放诱发在低层湿舌附近;冰雹、雷雪上空-20 ℃温度层在450hPa层上少动, 0~-20 ℃温度梯度是冰雹大于雷雪的;降雹的饱和水汽团高度比雷雪高;垂直干位涡反映了对流层高层强位涡高值的强干冷西北气流向低层、低纬传送和中低层小位涡西南暖湿急流交汇特征.WRF模拟结果佐证了位势稳定条件下存在强垂直风切变会发生剧烈对流的事实,水平风、抬升凝结高度和最大对流有效位能等可为判断云南有无强对流及其种类提供参考依据.     

一次东北暴雨过程的诊断分析

利用一个η坐标暴雨模式的预报结果,研究了1998年8月的一次东北暴雨过程。主要对湿位涡和螺旋度进行了诊断、分析。结果表明,当对流层中低层为正涡度,高层为负涡度,在垂直方向有较大上升运动时,则易导致对流性降水;暴雨落区与低层正MPV1(湿正压项)区域对应。而且,螺旋度和湿位涡与暴雨中心有同时分裂的现象,这对暴雨落区有较好的指示作用。     

海南航天发射场非台暴雨位涡诊断分析

利用海南省文昌市气象站1970—2010年逐日降水资料、NCEP/NCAR全球再分析格点资料,通过湿位涡诊断分析方法,分析研究了近41年海南文昌发射场非台暴雨天气热力、动力学特征.结果表明:湿位涡能够较好地反映暴雨发生的动力、热力特征.暴雨发生时,低层湿位涡正压项MPV10,中高层MPV10,海南位于湿对流不稳定区;湿位涡斜压项MPV2的数值比MPV1小一个量级,各天气系统对应MPV2分布具有典型的上负下正特征;相对湿位涡MPVre在低层表现为一致的负值区.另外,不同天气类型暴雨的湿位涡分布特征存在显著的差异.湿位涡分布特征与暴雨系统存在较好的对应关系,湿位涡作为表征天气系统动力、热力学特征物理量之一,将为海南航天发射场暴雨预报预警提供帮助.     

一次特大暴雨中尺度系统结构特征和机理分析

为了研究“04.6”湖南特大暴雨过程的发生发展机理,在天气分析的基础上,利用非静力中尺度模式MM 5-V 3.6对本次过程进行了数值模拟。结果表明:高分辨中尺度模式MM 5可以较好地模拟中尺度低涡切变线的发生和发展。模拟结果显示,中尺度低涡发展过程中,不断有扰动在低涡前部发展,并激发出强烈的中尺度对流系统M CS(m esoscale convective system)。暴雨区上空具有同向双圈垂直环流结构特征,使中尺度对流系统更加组织化。根据湿位涡守恒和倾斜位涡发展理论分析了暴雨和M CS形成和发展的原因。对流不稳定和条件对称不稳定的建立以及对流有效位能的集中释放是此次特大暴雨产生和持续发展的重要条件。     

四川盆地非典型暴雨过程分析

 基于NCEP 1°×1°资料,且在高空探测和卫星云图的基础上,利用涡度方程分析了2009年6月28日四川盆地发生的区域暴雨过程,结果表明:①500 hPa环流变化与贝加尔湖南侧低槽扰动及高原切变线有关,在暴雨开始前后降水环流形势出现较快的调整,贝加尔湖冷槽南移影响四川盆地.700 hPa西昌一带的西南风加大,并在雨区具有中尺度结构的降水云团发展.②诊断分析表明,局地涡度分布对降水系统的发展具有重要作用,在短波槽扰动区域内,通常∂ζ/∂t>0.暴雨临近时,正局地涡度变化区域偏北,槽偏北,雨区仍为负局地涡度.暴雨开始时,雨区上空转为正局地涡度.在700 hPa上,正局地涡度的分布也对低层降水系统发展起到重要作用,正局地涡度变化的分布首先是开始于盆地西北部,然后发展到暴雨区域,再逐渐往盆地南部发展,与云团移动路径和降水发生趋势较为一致.③一定程度上,当500和700 hPa两层的正局地涡度变化中心位置叠加在同一地方时,正涡度深厚,往往是暴雨发生的区域,因此正局地涡度变化可以作为判断降水落区的一个物理要素来参考.     

德兴“6.15”特大暴雨天气过程的特征分析

利用高空和地面观测资料、WRF数值模式和IHR_LAPS系统资料,对2011年6月15日特大暴雨过程的环境场及物理量特征进行综合分析,结果表明:(1)低涡切变线、中高层冷温槽,以及与高空急流的合理配置,加强了暴雨区垂直环流发展,使降水区形成高空辐散、低空辐合的流场特征,促进了强降水的产生;(2)低层强而持续的水汽输送是产生强降水和大暴雨必需的水汽条件;(3)强降水区域对流有效位能大值区与暴雨中心相对应,对流有效位能的时空变化能较好地反映暴雨的时空演变特征;(4)地面温度密集区的存在,温度梯度锋稳定少动,有利于地面中尺度辐合的形成、发展和维持,有利于强降雨的发生;(5)暴雨产生在中低层螺旋度中心和不稳定能量高能区中,局地螺旋度大值中心的高低层耦合叠加且持续,对暴雨的落区及预报有指示意义。     

河南省三门峡一次局地暴雨过程分析

利用常规观测资料、NCEP 6 h一次的1°×1°分析资料和多普勒雷达产品等对2012年7月21日三门峡市暴雨过程进行了分析.结果表明:①高空低槽加深发展、中低层急流带及迅速入侵的冷空气为此次对流天气的产生提供了有利条件.②暴雨区上空低层辐合与高层辐散形成的抽吸作用,为此次暴雨过程的发生发展提供了动力条件.低层的正涡度中心和高层的负涡度中心与暴雨落区之间有着很好的对应关系.③卢氏县境内北部山脉呈东西走向,南面的迎风坡有利于西南气流在此抬升.三门峡市区、陕县处于黄河沿岸,本身水汽充沛,再加上西南气流在此汇聚,以上条件有利于局地暴雨落区的形成.④回波顶高大值区的分布与暴雨落区有很好的对应关系,通过对回波顶高的分析可以指示出强降水的落区.     

Numerical simulation of Meiyu front and the diagnosis of moist vorticity vector

Moist vorticity vector is introduced to study the development and evolution of mesoscale convective vortex (MCV) in the Meiyu front precipitation with the Advanced Regional Predication System (ARPS). In this study, the heavy rainfall is simulated to investigate the genesis, development and dissipation of middle scale convective vortex, which occurred from 0000 UTC 3 July to 1200 UTC 5 July over the Jianghuai River valley. Moist vorticity vector (MVV) has zonal, radial and vertical components in its 3D spatial distribution. The simulation shows that the vertical component of moist vorticity vector well demonstrates the spatial distribution characteristics of middle scale convective vortex, especially in the process of Meiyu front precipitation. Diagnosis upon zonal, radial averaged and mass-integrated quantities of MVV shows that its vertical component and the surface precipitating ratio are in phase with a correlation coefficient of 0.68, indicating that the vertical component of MVV is closely associated with the Meiyu front precipitation. In addition, the tendency of the vertical component of MVV is mainly determined by the interaction between the vorticity and the zonal and radial gradient of condensational or depositional heating.     

Numerical simulation of Meiyu front and the diagnosis of moist vorticity vector

Moist vorticity vector is introduced to study the development and evolution of mesoscale convective vortex (MCV) in the Meiyu front precipitation with the Advanced Regional Predication System (ARPS). In this study, the heavy rainfall is simulated to investigate the genesis, development and dissipation of middle scale convective vortex, which occurred from 0000 UTC 3 July to 1200 UTC 5 July over the Jianghuai River valley. Moist vorticity vector (MVV) has zonal, radial and vertical components in its 3D spatial distribution. The simulation shows that the vertical component of moist vorticity vector well demonstrates the spatial distribution characteristics of middle scale convective vortex, especially in the process of Meiyu front precipitation. Diagnosis upon zonal, radial averaged and mass-integrated quantities of MVV shows that its vertical component and the surface precipitating ratio are in phase with a correlation coefficient of 0.68, indicating that the vertical component of MVV is closely associated with the Meiyu front precipitation. In addition, the tendency of the vertical component of MVV is mainly determined by the interaction between the vorticity and the zonal and radial gradient of condensational or depositional heating.     

一次江淮暴雨的热量与水汽收支诊断分析

利用MM5中尺度模式对一次江淮地区的暴雨过程进行了数值模拟,应用模拟结果诊断分析了降水区热量和水汽收支的变化。结果发现：当有强对流发生并伴有强降水时,就会有强的视热源Q1和视水汽汇Q2出现,而强的Q1与Q2和强降水区基本是对应的。在对流层深厚的中空加热层是积云对流活跃和强暴雨持续发生、发展的一种重要热力机制;对流层上半部的相对冷层为暴雨区上空积云对流提供了极为有利的热力不稳定条件。     

中尺度冷涡切变暴雨多普勒雷达特征分析

利用天气形势场、物理量场、新一代雷达产品资料对2008年7月17日下午到夜里,豫北、鲁西、冀南地区出现的区域性暴雨天气进行多尺度诊断分析.分析结果显示:较弱的冷性低涡切变本身并不能造成强降水天气,当低涡东移遇副热带高压西北边缘较强暖湿气流时得到加强,在低涡东侧副热带高压边缘切变上产生暴雨天气.冷涡暴雨低层有明显的东北气流冷垫,加强了其动力上升运动,水汽输送依赖于对流层中层的西南气流,中层水汽辐合非常明显.在新一代雷达产品图上显示:较稳定的大范围中等强度回波能产生较强降水.中低层风场为暖平流加辐合,有利于暴雨的形成,中低层较大的垂直风场切变给对流云的形成提供动能,有利于暴雨的产生.     

黄石地区梅雨期一次持续暴雨过程的诊断与分析

利用降水实况数据和NCEP（1°×1°）再分析资料对黄石地区2010年7月11日暴雨过程分别从水汽、热力、动力条件着手进行了诊断分析。分析结果表明：本次梅雨期暴雨的水汽累积过程从10日开始,降水期间上空有水汽通量辐合中心存在,并有低空急流与水汽辐合中心配合;暴雨期间,湿层厚度一直延伸至600hPa：850、700、500hPa的假相当位温θse在鄂东南均超过了350K,且500hPa与850hPa的θse差值为正值,表明该次降水是一次稳定的暴雨过程;暴雨期间中低层形成了明显的θse能量锋区;湿位涡分析表明：湖北黄石处于高温高湿的对称不稳定区,不稳定能量大量释放,产生强烈的上升运动,造成暴雨。     

2012年7月4-5日河南省驻马店暴雨过程分析

利用MICAPS常规资料、NECP再分析资料、雷达回波资料,对2012年7月4-5日河南省驻马店暴雨过程进行诊断分析,资料表明：此次暴雨过程是受副热带高压边缘西南气流和中低层切变线的共同影响,高空槽后带来的冷空气与西南暖湿气流在淮河流域上空交汇,促使不稳定能量爆发,从而产生中小尺度强降水.在新一代天气雷达上,则表现为对流性降水回波,回波呈块状结构,强度大,中心强度为59 dBZ,对流高度12 km .从回波连续演变来看,整个回波云系随着低槽的东移南压,移速25 km/h .径向速度图上,最大负速度入流为-39 m/s,最大正速度出流为24 m/s,入流绝对值远大于出流绝对值,表明测站附近为气流辐合.垂直风廓线图上,最大风速高度6．7 km,最大风速风向198 deg,最大风速18．0 m/s,表明高层有西南气流加入,在4．6 km高度附近有一个明显的垂直切变线.     

2012年8月12-13日豫西暴雨过程分析

利用MICAPS常规气象观测资料、NCEP1°×1°6小时分析资料、三门峡多普勒天气雷达资料、自动雨量站资料对2012年8月12-13日豫西地区的暴雨天气过程进行诊断分析,结果表明：①台风“海葵”登陆减弱后的低压环流与中纬度低槽相配合,是造成此次豫西暴雨的主要原因.②前期气温较高,不稳定能量大量积聚,冷锋的影响为冲破不稳定层结提供了外部抬升条件.③减弱后的台风“海葵”带来的我国东部沿海的水汽输送与低层剧烈水汽辐合为此次暴雨提供了所需的水汽.④大范围上升运动区的出现和发展,为强降水的产生提供了动力条件.⑤本次暴雨过程中,高层湿位涡正压项大值区向下伸展,中低层气旋性涡度增大,上升运动加强,有利于降水加强,因此高层湿位涡侵入下伸,对暴雨起到增幅作用.