青藏高原东侧一次连续大暴雨过程湿Q矢量分析

利用常规探空和地面实测资料，对2005年7月18—19日出现在青藏高原东侧的一次区域性大暴雨天气过程进行了非地转湿Q矢量诊断分析。结果表明：（1）暴雨出现在湿Q矢量散度负值中心激发的非地转上升气流区附近，在强降水期散度负值中心达到最强，范围较窄，与暴雨区对应得较好。（2）700hPa湿Q矢量涡度正值中心与其散度负值中心重叠的区域是中尺度低值系统发展的有利区域，与暴雨区对应。（3）700hPa湿Q矢量锋生中心可以对应12小时后的暴雨区；当有不稳定能量大量释放后，有锋消作用，暴雨将逐渐减弱。     

2010年9月河南暴雨过程Q矢量分析

应用Q矢量理论对2010年9月河南省暴雨过程进行诊断分析,结果表明:850 hPa湿Q矢量的正负散度区,分别对应下沉和上升气流区,负散度绝对值大值区与暴雨落区对应;利用850 hPa湿Q矢量散度纬向剖面图可分析出中低层低值系统的移动;Q矢量锋生函数正值区与强降水落区对应,但其值与暴雨强度并非呈线性增长关系,其值逐日演变...     

湿Q矢量在陕西大暴雨过程中的应用研究

利用非地转湿Q矢量,结合MM 5模式模拟输出结果,诊断分析了2002年6月8—9日发生在陕西及四川北部的一次大暴雨过程。结果表明:非地转湿Q矢量散度辐合区对应垂直上升运动,辐散区对应下沉运动;非地转湿Q矢量散度辐合区及辐合强度对暴雨的落区和强弱有很好的指示意义,非地转湿Q矢量散度辐合中心基本上是强降水中心,辐合愈强降水愈强。非地转湿Q矢量锋生函数场与暴雨的落区和强度也对应很好。     

江西北部地区一次大暴雨过程湿Q矢量诊断分析

利用NCEP提供的FNL资料和ECMWF提供的逐小时降水资料,从湿Q矢量散度、湿Q矢量锋生函数以及湿Q矢量在以等温线为参照线的自然坐标系中分解(PT分解)函数三个方面,对2019年5月12日发生在江西省北部地区的一次大暴雨天气过程进行了分析。结果表明:暴雨初期,关注低层湿Q矢量散度场的辐合中心,可以预报未来6 h后暴雨的可能落区,当这些落区中层辐合开始加强为辐合中心,则基本可以判定为暴雨中心区域;低层湿Q矢量锋生函数有助于确定雨区范围,中层的湿Q矢量锋生函数对强烈的冷暖气流交汇反映更为明显,有助于进一步确定强降水中心位置。在强降水初期大尺度的强迫作用是垂直运动发展的主导因子,而在强降水旺盛时期中尺度锋生作用占主要作用,在暴雨发展的不同阶段可以重点关注不同尺度天气特征对暴雨形成发展的影响。     

Q矢量和湿Q矢量在暴雨诊断中的应用比较

利用常规探空和地面实测资料，以发生在2001年7月26—27日山西省晋中市的一次区域性暴雨为例，对准地转Q矢量和非地转湿Q矢量在暴雨诊断中的应用进行了定量对比分析，结果表明：（1）Q矢量对暴雨的预报有一定的指示作用，降水前期700hPa诊断效果最好，但在暴雨的强度和落区上存在明显偏差。而湿Q矢量在各层对暴雨均表现出良好的诊断特性，其散度辐合区与暴雨区有较好的对应关系，其强锋生出现6小时后开始产生强降水，且暴雨区与强锋生中心基本吻合，700hPa表现尤为突出。（2）Q矢量锋生函数分布表现出典型的准地转特征，而湿Q矢量锋生函数分布则具有明显的中尺度特征，因此，Q矢量适宜于研究与天气尺度系统相关的大气运动，而湿Q矢量更适宜于研究天气尺度系统激发的次级环流。湿Q矢量较准地转Q矢量更能反映出暴雨的落区和暴雨的中尺度特性，在反映暴雨的强度上也更具优越性。     

2012年7月北京一次大暴雨过程的湿Q矢量和湿位涡分析

利用NCEP 1°×1°的6 h再分析资料和常规气象观测资料,对2012年7月21日发生在北京地区的一次大暴雨天气过程进行非地转湿Q矢量(Q*)和湿位涡等物理量诊断分析,研究暴雨期间Q*散度、锋生函数和湿位涡的时空分布特征,以及它们与强降水之间的关系。结果表明,Q*在850 hPa高度层上对暴雨表现出良好的诊断特性,冷、暖气流的汇聚加强了锋生作用,强锋生中心出现几小时后即出现暴雨。暴雨区位于Q*辐合区内,Q*散度对6 h后暴雨的落区有很好的指示意义。暴雨落区基本位于MPV1正、负值交界处的等值线密集带上以及MPV2负值区内。暴雨区上空,从近地面到对流层低层的对流性不稳定与条件性对称不稳定同时存在,两者共同作用,这很可能是此次暴雨的中尺度对流系统发生发展的重要条件之一。     

Q矢量和湿位涡在梅雨期区域性暴雨中的诊断分析

利用常规地面观测资料、区域自动站降水资料和NCEP再分析资料,根据Q矢量与湿位涡理论对2010年6月19-21日长江中下游暴雨过程进行诊断分析。结果表明：此次暴雨是由低层切变缓慢东移南压而造成;Q矢量绝对值大值区和Q矢量锋生函数大值区与强降水带相对应,值的变化也能反映出降水的增强与减弱,但Q矢量锋生函数中心与降水中心对应有时并不一致;Q矢量散度变化与雨带中心的加强减弱对应较好;强降水带处于正负值交界的等值线密集区,且其梯度的增大对应降水增强,梯度减小对应降水减弱。     

Q矢量在陕南大暴雨天气过程中的分析应用

应用非地转湿Q矢量理论对2007年7月5日的大暴雨过程进行诊断分析,结果表明;500hPa快速东移的小槽,低层700hPa关中横切变、西南急流,地面弱冷锋是此次强降水的主要影响系统;非地转湿Q矢量流场的辐合线南侧与强降水区吻合;近地面850hPa锋生函数场正值区的变化较好地反映了锋面的强度,锋生函数正值区范围与降水区域对应较好;850hPa非地转湿Q矢量散度场辐合区与强降水的产生及强度正相关。     

非地转湿Q矢量在北上台风“桃芝”造成山东大暴雨中的应用

利用非地转湿Q矢量方法诊断分析了北上台风"桃芝"减弱后的低压造成的山东半岛2001年8月1日的大暴雨过程.结果表明:非地转湿Q矢量散度负值区与暴雨落区有很好的对应关系,低层925 hPa非地转湿Q矢量散度对未来6～12 h的强降水有较好的指示意义, 明显优于常用的诊断物理量散度、水汽通量散度.925 hPa层次增温、增湿明显,可能是非地转湿Q矢量在这次台风暴雨中925 hPa层次比850 hPa具有指示意义的部分原因.可见非地转湿Q矢量是预报山东暴雨的一种有效工具,在山东暴雨、大暴雨天气过程预报分析中具有较高的应用价值,为山东的暴雨预报提供了一个新的思路.     

非地转湿Q矢量在云南冬季强降水中的分析应用

应用非地转湿Q矢量理论对2003年1月5～6日云南冬季的一次强降水过程进行诊断分析，结果表明：500hPa青藏高原横切变、快速东移的南支槽、低层700hPa西南急流、地面强冷锋是此次云南冬季强降水的主要影响系统；非地转湿Q矢量流场的辐合中心(辐合线)与强降水区吻合；近地面800hPa锋生函数场正值区的变化较好地反映了锋面的强度，锋生函数正值区范围与降雪区域对应较好；700hPa非地转湿Q矢量散度场辐合区与云南冬季强降水的产生及强度正相关。     

一次连续暴雨的非地转湿Q矢量分解分析

利用实测暴雨资料,运用改进的非地转湿Q矢量对青藏高原东侧2005年7月18日至19日的一次连续暴雨天气进行了诊断分析。分析结果表明：700 hPa Q矢量散度场不仅将暴雨区反映出来了,而且散度辐合中心与降水中心对应。进一步把改进的非地转湿Q矢量分解为平行于等位温线和垂直于等位温线两部分,分析表明：准地转的大尺度系统与非地转非绝热的中小尺度系统在不同高度起着不同程度的作用,二者相叠加,形成暴雨。在第一阶段的暴雨中,大尺度的上升运动强迫作用在700 hPa占主要作用,而中小尺度系统在较低层次和中层起主要作用,促使强对流的发展和深对流的形成,对暴雨落区的反映也更准确。在第二阶段的暴雨中,垂直上升运动以中尺度非绝热强迫为主,随着对流不稳定能量的大量释放,中小尺度系统作用快速减弱,降水趋于减弱。     

一次突发性特大暴雨的中尺度分析和诊断

利用常规探测资料、TBB资料和NCEP分析资料,对2008年5月27日发生在沅陵西北部的一次突发性特大暴雨天气过程进行了中尺度分析和诊断.结果表明:这次特大暴雨是在有利的大尺度环流背景下发生的,低空西南急流为暴雨区带来了丰富的水汽和不稳定能量;产生暴雨的中βCS云团由两个对流云团合并而成,具有椭圆形结构特征,长时间维持少动,强降水出现在中BCS云团发展最旺盛的地方;在尺度分离的流场上,特大暴雨出现在850 hPa和700 hPa的两条中尺度辐合线之间的低层辐合区内;这次暴雨与暴雨区上空对流层中低层正垂直螺旋度、高层负垂直螺旋度中心的分布和增大减小变化密切相关;非地转湿Q矢量激发的次级环流的存在有利于不稳定能量的释放,促进暴雨发生发展;暴雨区特殊的地形对这次特大暴雨过程有明显的增幅作用.     

西南低涡东移引发重庆暴雨的综合诊断

利用NCEP/NCAR Reanalysis 1°×1°格点资料和MICAPS实时观测资料,使用水汽散度垂直通量、湿螺旋度等新型诊断物理量,对2009年8月2~4日发生在重庆地区由西南低涡东移引发的暴雨做了综合分析。结果表明:水汽主要在大气低层850hPa附近积聚,上升运动强,水汽的辐合上升区域与降水大值区较吻合。500hPa湿z-螺旋度负值区水平分布与相应时段降水落区和强降水中心的分布对应较好,垂直分布上:暴雨区低层正涡度、水汽辐合旋转上升与高层负涡度、水汽辐散相配合,是触发暴雨的有利动力机制。      

引入对流凝结潜热作用对非均匀饱和大气中非地转湿Q矢量的改进研究

结合2009年第8号台风"莫拉克"登陆福建省引发的强降水过程,通过考虑对流凝结潜热加热,探讨了对非均匀饱和大气中非地转湿Q矢量(Qum)的改进。结果表明:(1)2009年8月9日08:00(北京时,下同)～10日08:00台风"莫拉克"给浙江大部分地区和福建中北部地区带来了一次暴雨过程,WRF模式较成功地模拟出了此次强降水过程。(2)850hPa Qum矢量散度场对同期降水落区具有一定指示意义,散度辐合强度变化与降水强度变化趋势有一定的对应关系。(3)此次暴雨过程中伴有大量的对流凝结潜热释放,最大潜热中心主要位于600hPa。(4)考虑对流凝结潜热加热作用得到改进的Qum矢量,600hPa改进后的Qum矢量散度辐合区对同期降水落区的指示作用得到进一步增强,诊断能力也得到进一步提高。     

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,600hPaQ*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。     

定量分析几种Q矢量

结合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，从台站实际业务工作需要考虑，细致、具体地比较分析了850 hPa、700 hPa及500 hPa 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850 hPa、700 hPa及500 hPa 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700 hPa的散度场与雨区的对应关系好于各自在850 hPa和500 hPa的散度场，尤其是700 hPa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。     

海陆风环流在天津2009年9月26日局地暴雨过程中的作用

利用常规天气资料、地面加密自动站资料、天津中尺度模式产品资料以及卫星云图和多普勒雷达等资料,对2009年9月26日出现在天津地区的局地暴雨过程进行天气学、动力学诊断分析和中尺度分析.结果表明,本次暴雨的天气尺度主要的影响系统是500 hPa高空槽,中尺度系统是由海陆风环流形成的地面中尺度辐合线.降水前天津市具有较好的热力不稳定条件,较好的能量储备,有利的动力条件,一定量级的水汽辐合,边界层的东风将渤海的水汽输送至天津市,是本次过程的主要水汽来源.天气尺度的积云对流与海风锋的碰撞触发不稳定能量的释放,引发第一阶段的强降水,边界层东风急流再度加强所产生的抬升效应引发第二阶段的降水.中尺度切变线通过提供带状辐合上升运动起着胚胎和组织积云对流的作用,使得降水回波和对流云团沿中尺度切变线发展、加强和移动,产生了明显的列车效应,导致了这场历史罕见的秋季局部暴雨过程,也充分凸显出海陆风环流对本次暴雨的重要作用.     

2013年和2017年7月昆明大暴雨过程对比分析

利用NCEP/NCAR1°×1°再分析资料和多种加密观测资料,对2013年7月18～19日和2017年7月19～20日发生在昆明城区局地性大暴雨进行诊断分析。结果表明:这两次昆明局地性强降水过程既有相同点,也有不同点。相同点有,两次过程的主要大尺度影响系统是青藏高压与西太平洋副热带高压之间的辐合区以及低层切变线。来自南海和孟加拉湾洋面的水汽在辐合区交汇,产生强烈的水汽辐合,并在昆明地区附近形成深厚的水汽辐合层,是这两次局地大暴雨天气的主要水汽特征。两高辐合区对暖湿不稳定气流辐合抬升作用,触发昆明地区产生中β尺度对流系统(M_βCS)云团,强降水出现在TBB等值线梯度比较大的区域。M_βCS云团不断生消,也引发了两次过程中短时强降水的发生。不同点有,2013年过程由于登陆台风影响,使得水汽辐合更持久,加之上升运动也较强,因此过程降水持续时间也较长,达17小时。在强降雨开始前,昆明地区上空存在明显的对流不稳定能量的积聚过程。2017年过程降水对流性更强,最大雨强70mm·h-1以上。      

台风“韦帕”(0713)引发华东暴雨过程的诊断比较

采用湿Q矢量、螺旋度、湿位涡对给华东造成严重灾害的超强台风"韦帕"(0713)强降水过程进行诊断比较分析,结果表明:登陆前,上述物理量均能提前指示强降水落区,湿位涡有更多提前指示时间,螺旋度次之,湿Q矢量最少;登陆后,三者均能表征台风主体云系降水,湿位涡、螺旋度与强降水有较好对应关系,而湿Q矢量指示强降水位置偏北,但湿位涡会出现一定程度空报现象;台风深入内陆后,螺旋度预报指示明显不如湿位涡、湿Q矢量好,螺旋度指示强降水位置偏东,而湿Q矢量指示强降水范围略偏小;对台风后部强降水,湿Q矢量和螺旋度均未能预报出降水落区,而湿位涡仍有较好的预报效果。从区域平均看,螺旋度与湿Q矢量的预报指示时效小于12 h,而湿位涡超过12 h。     

2019年台风利奇马引发山东特大暴雨成因分析

利用地面观测资料、雷达资料、FY-2G卫星云图资料及欧洲中心细网格资料,对台风利奇马登陆北上引发山东特大暴雨的成因进行分析。发现:利奇马登陆北上过程中,冷空气先后从台风的西部、西南部与南部侵入至台风中心内部,使其暖心结构逐渐减弱,其变性时段发生在10日20:00至11日08:00。山东的特大暴雨主要出现在台风变性前12h至台风变性后6h。变性之前的暴雨主要是由于台风螺旋云带与高空槽尾部云系相叠加造成的,变性之后的暴雨则是由于冷空气侵入致使台风外围云系演变成强对流复合体造成的。变性之前,对流层内800～500hPa风速小,500～250hPa风速大,气层内有暖平流,整层的上升运动,降水以暖区对流降水为主;变性之后800～500hPa风速大,500～250hPa风速小,500hPa至地面是上升运动,以上为下沉运动,降水以斜压锋区附近的对流降水为主。当500hPa至地面气层内出现冷平流时,湿层变薄,降水趋于减弱。特大暴雨区出现在台风中心西北方向,与850hPa假相当位温锋区与水汽通量散度辐合大值区相吻合。