青藏高原东北侧一次暴雪过程的湿位涡分析

利用NCEP（1°×1°）全球再分析格点资料,对青藏高原东北侧2002年10月18日一次暴雪天气进行诊断分析。结果表明：500 hPa北上的西南暖湿气流与东移南压的西北冷空气在36°N附近交汇形成的高原切变线是造成这次强降水的主要天气系统。暴雪发生在700 hPa湿位涡正压项MPV1正值密集带和湿位涡斜压项MPV2负值区中。由于等eθ线变得陡立密集,大气对流不稳定能量释放,MPV2绝对值增大,大气湿斜压性增强导致下滑倾斜涡度发展是形成此次暴雪的重要原因,它对暴雪预报有着很好的指示作用。     

河北北部一次区域性暴雪过程的湿位涡分析

应用湿位涡理论及NCEP再分析资料(水平分辨率1°×1°),对2007年3月3—4日河北省北部出现的罕见区域性暴雪过程进行诊断分析。结果表明:500 hPa西来槽和地面气旋是造成大范围暴雪的主要天气系统。暴雪发生在700 hPa湿位涡正压项MPV1正值区和湿位涡斜压项MPV2负值区中。由于等θse线变得陡立密集,大气对流不稳定能量释放,MPV2绝对值增大,大气湿斜压性增强,导致下滑倾斜涡度发展,是形成此次暴雪的重要原因。湿位涡对暴雪预报有着很好的指示作用。     

青藏高原东侧突发性暴雨的湿位涡诊断分析

利用MICAPS系统提供的常规观测资料对2004年6月29日、2004年8月10日发生在关中和陕北的突发性大暴雨进行湿位涡诊断分析。分析表明，700hPa等压面上，MPV1≤-0．3PVU中尺度对流不稳定区的生成、伴随对流不稳定区临近上游MPV1≥0．3PVU中尺度对流稳定区的生成，是形成突发性暴雨的湿正压场特征。伴随高原槽东移入河套（或关中），槽后有MPV2〈0湿斜压中心生成，槽前有MPV2〉0湿斜压中心生成，正负湿斜压中心在暴雨区及其临近上游生成MPV2等值线密集区，形成了突发性暴雨的700hPa湿斜压场特征。暴雨区上空有深厚湿位涡负值层的形成，伴随暴雨区上游对流层中低层有正湿位涡柱东移在暴雨区形成陡直的湿位涡等值线密集区，对突发性暴雨的发生有指示意义。扰动湿位涡的三维空间结构及其演变也是青藏高原东侧突发性暴雨预报当中可利用的重要信息。     

华北北部相似形势下的两次雨转暴雪过程对比

利用加密自动站资料、风廓线资料、NCEP／NCAR1°×1°再分析资料和常规观测等气象资料,对2009年10月31日至11月1日和2012年3月17～18日发生在华北北部的2场相似形势的典型雨转暴雪天气过程进行了对比分析。结果表明：2次雨转暴雪天气过程都发生在过渡季节,并伴随雨雪转换,850hPa有明显锋区,锋前有倒槽发展,雨转暴雪出现在850hPa湿正压位涡项负值区（MPV1〈0）、湿斜压位涡项正值区（MPV2〉0）、整层大气可降水量大值区和700hPa的锋生函数脊线的重叠区域。700hPa出现冷平流中心且高度降低,近地层偏东风的有组织增强,850hPa温度≤-4℃,地面温度≤1℃是雨转雪的一个重要特征。     

两次引发辽宁暴雪过程低涡的动力发展机制

应用NCEP FNL分析资料,从动力学角度对2015年初辽宁地区两次低涡暴雪过程(简称"2.16"和"2.25"过程)的形成机制进行分析。结果表明:两次过程共同特点是850 hPa附近有低涡生成或加强,低涡是暴雪引发的直接原因。两次过程促使低涡生成的正涡度变率增大原因存在差异,"2.16"、"2.25"过程中对正涡度变率贡献最大的强迫项分别是散度项和涡度垂直输送项。500 hPa低涡东移,冷平流使得涡底部高空槽加深,槽前正涡度平流加强,差动涡度平流增大使得上升运动发展,导致850 hPa高度附近辐合增强是"2.16"过程正涡度变率增长、低涡生成的动力机制。强烈上升运动,对低层正涡度垂直输送,则是"2.25"过程850 hPa附近低涡形成和加强的动力机制。     

引发黑龙江省暴雪爆发性气旋个例动力分析

利用气象站综合观测资料和NCEP FNL的1°×1°再分析资料,分析了2013年11月25日黑龙江省大暴雪的环流特征和气旋爆发性增长过程;在此基础上,对涡度平流、高低空急流的分布特征和垂直结构及湿位涡的正压项和斜压项对气旋爆发性增长的贡献进行了深入细致的研究,探索此次爆发性气旋发展的动力学机制.结果表明:此次黑龙江省暴雪过程地面气旋中心位于槽前最大正涡度平流区下方,正涡度平流使等压面降低,地面减压,气旋获得发展.地面气旋始终位于南支高空急流核左前方和北支高空急流核右后方,两支高空急流的动力作用均引起强辐散.高、低空急流耦合的区域,使高层强辐散和低层强辐合叠置,加强了气旋中心附近的上升运动,从而使气旋和降雪的强度得到加强.气旋在强斜压大气中获得爆发性增长,气旋的爆发与湿位涡的分布和演变关系密切,高层正湿位涡下传,使低层湿位涡增大,气旋获得发展;当高层ξmpv1线趋于准水平状态时,正湿位涡下传造成低层湿位涡发展结束,气旋发展停止并逐渐减弱.大气湿斜压性增加可引起垂直涡度的显著增加,促使气旋爆发性增长,垂直涡度的变化滞后于湿斜压性的变化.     

2018年一次气旋爆发性增长引发的暴雪过程分析

根据ERA5(0.25°×0.25°)再分析资料和常规观测资料，对2018年11月初黑龙江省一次由黄海气旋爆发性发展引发的区域性暴雪过程进行深入分析。结果表明：极涡南下，其底部短波槽东移，与高原槽合并促使黄海气旋爆发性生长，同时鄂霍次克海阻高建立并稳定维持，是造成此次暴雪的重要原因。500-850 hPa偏南急流将东海、日本海及黄海的水汽源源不断向暴雪区域传递，并且与200 hPa西南急流相互耦合，进一步加强了上升运动，提供了暴雪产生的动力和水汽条件。低层低涡和地面气旋在北上过程中，其西侧不断有冷空气呈楔形入侵，强迫暖湿空气抬升使大气斜压性增强，在对流层中低层形成次级环流，同样是暴雪发生重要的动力抬升机制。在“冷空气楔”逐步北抬时，其上空始终存在湿正压项ζMPV1<0或湿正压项ζMPV1>0、湿斜压降ζMPV2<0，有明显低层湿对称不稳定，从而有利于暴雪产生。     

2009年11月10—12日陕西特大暴雪诊断分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、FY-2C卫星资料,对2009年11月9—12日陕西大范围特大暴雪过程进行了诊断分析,结果表明:500 hPa短波槽、700、850 hPa切变线是这次暴雪的主要影响系统,中尺度对流云团是造成此次暴雪的直接原因。尺度分离的流场能清晰地分辨中尺度天气系统,强降水中心与中尺度对流云团和云顶亮温的冷中心有较好的对应。暴雪区发生在ζMPV1为正值中心的东侧,ζMPV2的负值区。湿斜压性的增强主要是由于抬升的暖气流偏南风与低空冷气流偏北风之间形成较强的风向垂直切变,同时暴雪区附近存在较大的▽θse所致。强降雪过程中垂直螺旋度正值区长轴始终与低层切变线走向一致,且位于切变线的东侧。     

位涡诊断在黄土高原强对流风暴预报中的应用

利用位涡理论,对2004年6月15~16日宁夏、内蒙、陕西、山西和河南出现大范围的强对流风暴和局地冰雹天气过程作了诊断分析。个例分析发现,干位涡空间结构表现为:从风暴区下游到风暴区形成随高度向西倾斜的大值正位涡柱,风暴区形成对流层高层大值正位涡中心和对流层中低层伴有位涡梯度增强的位涡等值线密集区的叠置。对流层低层干位涡场特征表现为,风暴区形成干位涡等值线密集区和风场切变的耦合。对流层低层湿位涡场特征表现为,风暴区形成湿位涡正压项小于0对流不稳定舌和湿斜压中心以及湿位涡斜压项等值线密集区的耦合。风暴发生前,对流层中层500hPa河套生成经向位涡等值线密集区,500hPa蒙古地区强偏北气流中同时出现正位涡扰动和指向河套的正位涡平流,对黄土高原大范围强对流风暴的发生有指示意义。     

阿克苏北部暴雨和冰雹湿位涡对比诊断分析

应用湿位涡理论，分别对阿克苏北部2次暴雨和冰雹过程进行诊断分析。结果表明：θse面陡立易导致湿斜压涡度发展，形成θse陡峭密集区，密集区内暴雨和冰雹容易发生；850hPa MPV1〈0和MPV2〉0以及700hPa MPV1〉0和MPV2〈0，易产生暴雨，且MPV1和MPV2数量级相当，即正压过程与斜压过程同样重要。冰雹发生时850hPa MPV1〉0和MPV2〈0，由于影响系统的不同，700hPa MPV1和MPV2分布有所不同，但存在MPV1和MPV2的正负配置，有利于倾斜涡度发展。     

鲁南初冬一次罕见特大暴雪的成因分析

利用常规气象观测资料和NCEP/NCAR逐6 h再分析资料,对2015年11月23—24日山东南部出现的一次罕见特大暴雪天气过程进行诊断分析。结果表明：1）这是一次典型的回流形势降雪,850 hPa东南风急流影响的鲁南地区降雪强度较大,而东北风急流影响的区域降雪强度较弱。2）700 hPa强西南低空急流、850 hPa东南低空急流为鲁南地区降雪提供了充沛的水汽,水汽通量的强辐合区域即为大暴雪的发生区域。3）暴雪区上空散度呈现出弱辐散—强辐合—强辐散的垂直结构;暴雪落区与高空的强辐合中心以及强上升运动中心吻合度较高。4）暴雪期间,850～925 hPa之间维持一个逆温层;强冷空气使得925 hPa以下边界层温度锐降导致降雨迅速转雪,降雪持续时间长是鲁南地区产生异常强降雪的重要原因。     

江苏三次不同量级降雪过程的对比分析

利用常规观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,通过对发生在江苏的三次不同量级的区域性暴雪、大雪和中雪过程典型个例进行对比分析,发现降雪时,700hPa低空急流的位置和强度是影响降雪量级的主要因素之一;降雪区上空涡度的垂直分布遵循低层负涡度、中层正涡度和高层负涡度的配置,暴雪时正涡度强且正涡度区最为深厚,动力抬升作用强,中雪发生时正涡度区相对最为浅薄,不利于形成强辐合抬升,动力抬升作用弱。且暴雪和大雪发生时基本上整层都为垂直螺旋度正值区,中雪时没有出现明显的正值区;暴雪和大雪过程时中低层都具有明显的逆温层,中高层西南急流造成的对流层中层的爆发性增温是逆温层形成的关键,中雪发生时不一定有逆温层结;降雪强度与湿位涡分量绝对值存在一定的正相关关系。     

登陆北上山东台风暴雨非对称分布的成因对比分析

应用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,选取登陆北上山东地点相近但暴雨落区分别位于台风中心西北侧和东北侧的两个台风,分析暴雨落区相对台风中心非对称分布的成因。结果表明：台风进入中纬度以后,0421号台风“海马”位于高空深槽前,与西风槽相互作用,西风槽携带的冷空气从西北侧侵入台风环流,产生湿斜压锋区强迫抬升、冷暖空气交绥、水汽辐合等因素造成暴雨,暴雨趋于出现在台风中心的西北侧,为高比湿舌前方、较强水汽辐合区与相当位温密集区叠加的区域;而0509号台风“麦莎”与副热带高压相互作用,引起涡度及涡度平流的非对称改变,暴雨区与500 hPa正涡度区或正涡度平流相对应,暴雨趋于出现在台风中心的东北侧,为强正涡度平流区与水汽辐合叠加的区域。     

位涡诊断在云南夏季强降水预报中的应用

通过对云南夏季常见的"滇黔辐合型"强降水的个例分析,探讨位涡诊断在低纬高原的应用前景。发现干、湿位涡能较好地反映天气系统的演变特征,干位涡能反映冷空气活动的路径和暖湿气流的活动。高层干位涡具有向对流层低层延伸和低层干位涡具有向上伸展的特点,当高层干冷空气与低层的暖湿气流汇合,加上低层低涡切变的辐合机制,产生强烈的上升运动,这种形势极有利于对流不稳定能量的储存和释放,造成强降水。当高、低层干位涡减弱,两者相互作用减弱时,降水趋于结束。云南夏季常见的"滇黔辐合型"强降水过程的干位涡场表现在对流层中低层,高低纬呈现南北向或东北西南向高值带,当PV高值带断裂时,云南省强降水过程趋于结束。对流层低层湿位涡MPV1较PV能更好地反映对流层低层西南涡的移动和发展,在云南强降水过程中,700hPa上MPV1<0,MPV2>0。     

二阶位涡在暴雨预报中的应用

提出并推导二阶位涡物理量,并利用美国NCEP/NCAR 0.5°×0.5°GFS的24 h预报资料,计算了东北冷涡暴雨、锋面暴雨、低槽暴雨、台风暴雨等类型暴雨500—850 h Pa二阶位涡绝对值的垂直积分,与相对应时刻的24 h累积地面观测降水量进行对比。结果表明：二阶位涡的水平分布与暴雨落区有较好的对应关系,其对观测降水具有指示预测作用。2013年6—8月华南地区（20°—35°N,105°—125°E）24 h预报的6 h累计降水量大于10 mm的ETS评分表明,二阶位涡预报降水的平均ETS评分高于美国GFS预报降水的平均ETS评分,其对降水有较好的指示作用。     

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。     

2009年深冬辽宁雨转暴雪和大雪过程对比分析

针对辽宁2009年2月中旬旬初雨转暴雪过程和旬末大雪过程,利用常规观测资料和NCEP 10×10 逐6 h分析资料,从环流形势、影响系统、水汽和动力条件及热力结构等方面入手,对这两次过程进行对比分析。结果表明：这两次过程在许多方面显著不同。两次过程均发生在乌山阻高稳定的形势下,均受中纬度东移的中尺度低值系统影响,但雨转暴雪过程中高纬度为两脊一槽型,中纬度短槽与南支低槽结合携强冷空气东移,与低空急流在辽宁上空交汇。大雪过程为东低西高型,中纬度气旋性波动东移,切变线北抬过程中与西南暖湿气流作用影响辽宁。两次过程均发生在600 hPa以下相对湿度为80%以上的大气中,均具有低层辐合高层辐散的特征和深厚的上升运动,但雨转暴雪过程水汽含量更高,辐合层更深厚、强度更强,垂直速度较大雪过程大一个量级;两次过程都有明显的风垂直切变特征,但雨转暴雪过程发生在风垂直切变迅速增大的条件下,大雪过程风垂直切变相对稳定;雨转暴雪过程降水随湿位涡的发展而增强,两者有较好的对应关系,而大雪过程湿位涡表现微弱;雨转暴雪过程槽前0 ℃层达到850 hPa,槽后各层温度迅速下降至0 ℃以下,而大雪过程整层温度始终在0 ℃以下。     

2009年隆冬辽宁雨转暴雪和大雪过程对比分析

针对辽宁2009年2月中旬旬初雨转暴雪过程和旬末大雪过程,利用常规观测资料和NCEP 10×10 逐6 h分析资料,从环流形势、影响系统、水汽和动力条件及热力结构等方面入手,对这两次过程进行对比分析。结果表明：这两次过程在许多方面显著不同。两次过程均发生在乌山阻高稳定的形势下,均受中纬度东移的中尺度低值系统影响,但雨转暴雪过程中高纬度为两脊一槽型,中纬度短槽与南支低槽结合携强冷空气东移,与低空急流在辽宁上空交汇。大雪过程为东低西高型,中纬度气旋性波动东移,切变线北抬过程中与西南暖湿气流作用影响辽宁。两次过程均发生在600 hPa以下相对湿度为80%以上的大气中,均具有低层辐合高层辐散的特征和深厚的上升运动,但雨转暴雪过程水汽含量更高,辐合层更深厚、强度更强,垂直速度较大雪过程大一个量级;两次过程都有明显的风垂直切变特征,但雨转暴雪过程发生在风垂直切变迅速增大的条件下,大雪过程风垂直切变相对稳定;雨转暴雪过程降水随湿位涡的发展而增强,两者有较好的对应关系,而大雪过程湿位涡表现微弱;雨转暴雪过程槽前0 ℃层达到850 hPa,槽后各层温度迅速下降至0 ℃以下,而大雪过程整层温度始终在0 ℃以下。