对流涡度矢量垂直分量在西南涡暴雨中的应用

将对流涡度矢量 (CVV) 应用于浅薄系统西南低涡引发的暴雨中,特别是将对流涡度矢量垂直分量 (C_z) 应用在2010年7月16—18日由西南涡引发的一次暴雨过程诊断中。研究了CVV垂直积分的各个分量与6 h累积降水量的关系,尤其是CVV垂直分量在西南涡暴雨过程中的指示意义。诊断结果表明:CVV垂直分量与西南涡引发的暴雨有一定对应关系,强降水发生时段与C_z垂直积分峰值出现的时间对应一致;在对流层低层850 hPa水平分布上,暴雨区位于CVV垂直分量的正值中心附近,偏向其梯度较大处;沿暴雨中心的CVV垂直分量,当对流层低层至高层呈现一致的正值时,暴雨强度会明显加强。     

对流涡度矢量和湿涡度矢量在暴雨诊断分析中的应用研究

利用对流涡度矢量(CVV, (ζa×θe)/ρ)和湿涡度矢量(MVV, (ζa×θv)/ρ)对华北地区一次大范围的大到暴雨天气过程进行了诊断研究.结果表明,CVV和MVV垂直分量与云和降水密切相关,暴雨区区域平均和垂直积分的CVV和MVV垂直分量与云中水凝物混合比的相关系数分别为0.92和0.95,与降水率的相关系数分别为0.71和0.47.云中水凝物分为液态水凝物和固态水凝物,虽然同态水凝物的含量相对较少,但它在云的变化中起着更重要的作用.滞后相关分析表明,降水率的峰值到来之前4-5 h云中水凝物含晕最少,降水率的峰值到来之后1-2 h,云中水凝物含量最多.云中水凝物与降水率的滞后相关系数主要是由液态水凝物与降水率的滞后相关系数决定的,只有约1/4的滞后相关系数是由固态水凝物与降水率的滞后相关系数贡献的.CVV和MVV的垂直分量与云中水凝物具有非常好的相关性(同时及滞后),与降水率的相关也较好,可以代表云和对流系统的发展.CVV和MVV垂直分量的局地变化超前降水率3 h左右,可以作为降水发生的先兆,对降水的预报有潜在的意义.CVV垂直分量的局地变化与降水率的相关系数大于MVV垂直分量的局地变化与降水率的相关系数,因此在实际预报中可以利用CVV垂直分量的局地变化来估计未来降水的变化.     

对流涡度矢量在暴雨诊断分析中的应用研究

位涡在诊断分析中是一个常用且有效的物理量, 但在深对流系统中由于湿等熵面的倾斜变得较弱。因此, 本文利用高守亭等(2004)提出的新矢量——对流涡度矢量(简称CVV)来研究深对流系统, 并用对流涡度矢量诊断华北一次大范围的大到暴雨天气过程。结果表明, CVV垂直分量在中纬度对流性暴雨中有很好的指示性, 它的高值区与云中水凝物和地面降水有较好的对应关系, 暴雨区位于CVV垂直分量高值区附近及其北侧的梯度大值区内。CVV垂直分量是与云相联系的参数, 暴雨区垂直积分和区域平均的CVV垂直分量和云中水凝物混合比的相关系数为0.92, 与降水率的相关系数为0.71, 比湿位涡与云中水凝物的相关系数高很多。CVV垂直分量反映了水平涡度和水平相当位温梯度的相互作用, 可以把中纬度深对流系统中的中尺度动力过程和热力过程与云微物理过程密切联系起来, 有助于理解环流和云相互作用促使对流发展的机制, 可以很好地追踪暴雨系统的发展和演变。     

一次台风远距离作用下的西南低涡大暴雨个例分析

利用2009年8月2—5日发生在川渝地区一次远距离台风暴雨的实况降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究了远距离台风作用下的水汽和温湿能输送特征;利用25点平滑算子方法研究了台风"天鹅"对此次暴雨影响系统——西南低涡作用下的中尺度特征。结果表明,此次大暴雨过程是在有利的环流背景下发生的,东移的高空槽耦合了西南低涡,远距离的台风"天鹅"使得西南低涡在川渝地区长时间维持,台风"天鹅"倒槽对低涡系统暖湿结构具有重要作用;在台风倒槽偏东气流驱动下,其携带的水汽和能量与西南低空急流输送的暖湿水汽汇合,构建了输送到低值系统附近的水汽和能量通道,增强了强降水区水汽和能量积聚效应,这种积聚效应促使低涡系统物理结构的维持;在台风倒槽顶部偏东气流动力作用下,促使低涡系统中低层正涡度增强,进一步促使垂直涡度增长,对低涡系统动力结构维持起到积极作用,进而促使低涡系统长时间维持,最终导致长时间强降水的发生。     

2011年梅汛期一次暴雨过程的对流涡度矢量方程诊断分析

利用NCEP FNL资料、FY-2E云顶亮温、常规观测及加密自动站降水量等资料,以及高分辨率中尺度模式WRF V3.3的模拟结果,结合对流涡度矢量方程对2011年6月一次江淮梅雨锋暴雨过程进行了诊断分析。结果表明,模拟结果再现了该次暴雨过程的降水特征,该过程主要受地面低压及梅雨锋锋面系统的控制和影响,其中6月14-15日为所选暴雨个例最旺盛的阶段,且该时段伴随梅雨锋上中尺度对流系统的移动发展和梅雨锋锋生。对流涡度矢量及其垂直分量的倾向方程的诊断分析表明,对流涡度矢量垂直分量的局地变化主要受非绝热加热项的影响;而非绝热加热与次级环流和梅雨锋锋生的关系说明中尺度对流活动与梅雨锋锋生存在类CISK机制的反馈关系。因此,对流涡度矢量,特别是其垂直分量可以用来诊断和揭示伴随非绝热加热的中尺度对流系统与梅雨锋锋生之间的关系。     

中尺度对流系统影响西南低涡持续性暴雨的诊断分析

利用加密自动站降水资料、FY-2E卫星云顶相当黑体温度TBB资料和NCEP再分析资料,对2010年7月16-18日四川盆地持续性暴雨天气过程中的西南低涡及伴随发展的中尺度对流系统(MCS)进行了分析。结果表明,500 hPa高空槽、700 hPa中尺度切变线和暖湿气流为MCS的发生提供了良好的环境条件;地面降水时空分布具有明显的中尺度特征,MCS是造成暴雨的重要原因;暴雨中心集中在TBB冷云区或边缘梯度密集带。在西南低涡发展过程中,MCS有利于激发上升气流,中低层的上升气流和正涡度配合利于热量和水汽垂直输送,高层的辐散进一步促使MCS的发展。水平涡度平流和涡度垂直输送项的配置影响上升气流和涡旋系统的发展,MCS对西南低涡的移动有一定的引导作用。有无MCS伴随发展时,对流活动对热量和水汽的输送能力迥异。     

一次西南涡东北移对川陕大暴雨影响的分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、自动站资料、卫星云图和雷达资料,对2010年7月16-19日西南涡东北移造成川陕大暴雨天气过程的影响系统、高空急流、流场和对流涡度矢量等方面进行了诊断分析,探讨了大暴雨的发生、发展机制及其天气学特征和物理量特征.结果表明,鞍形场的稳定存在为西南低涡的发生、发展及其东北移提供了环流背景,“北槽南涡”形势是西南涡长时间维持的原因.东北一西南急流中心南侧的东北气流和南亚高压东北侧的东南气流构成的分流区对四川东北部和陕南大暴雨的产生提供了有利的上升动力条件.在台风和副热带高压外围之间强气压梯度力产生的偏南暖湿气流为暴雨区带来了丰沛的水汽.西南涡增强阶段的降水强度明显大于减弱阶段,对流涡度矢量(CVV)的垂直分量和气柱云水量中心值的重合区是大暴雨的发生区.     

秋季川东北一次西南低涡大暴雨分析

利用高空实况实时分析场、FY-2ETBB以及地面加密自动站实况资料,对2014年9月13~14日发生在四川盆地东北部的大暴雨过程进行了分析。结果表明:(1)川东北大暴雨天气过程形成的关键是较为深厚的西南低涡长时间稳定少动,大暴雨区位于北支西风急流南侧和南支东风显著风速带北侧辐散上升运动区的重叠区内,稳定的东高西低的环流形势是这次暴雨发生的大尺度环流特征,地面风向切变的形成对暴雨的产生具有一定的指示意义;(2)在长生命史、稳定的西南低涡内存在多个MCS对流云团的连续生消,MCS云团冷云中心都呈近圆形,移动缓慢,云团发展到成熟阶段,冷云中心TBB值低于-72℃,在减弱的冷云罩中有中小尺度雨团的生成、畸变、分裂的现象发生,在每个强降雨时段内又存在着两个或多个短时强降水峰值;(3)在此次降水过程中重庆沙坪坝站对于广安13日的强降水更具有指示意义,3个时次中沙坪坝站露点曲线和层结曲线之间形成低层暖湿,中高层干冷,有利于强对流天气发生的“喇叭口”形状。      

1002号台风对四川盆地大暴雨的影响分析

利用逐日NCEP再分析常规观测资料、逐小时自动站资料和卫星云图资料,对2010年7月14—18日发生在四川盆地的大暴雨天气过程进行诊断分析,重点探讨了台风活动对大尺度环流背景、西南低涡形成与维持、水汽及能量输送的作用。结果表明:(1) 本次暴雨是在副热带高压、台风、西南低涡等多个不同尺度系统相互作用下发生的;(2) 台风环流东侧偏南气流和副高西侧偏南气流长时间的融合贯通,一方面有利于“鞍”型场大尺度环流背景稳定和低层西南涡的发展及维持;另一方面两支气流叠加构成输送带,将低纬大量水汽和热量向暴雨区上空输送,有利于暴雨区上空水汽的积聚及形成高能不稳定区;冷暖空气交绥于暴雨区,促使不稳定能量释放,形成大暴雨天气。      

西南低涡生成过程中形成"7.8达州大暴雨"的机理分析

本文利用高空实况资料和地面自动站资料对2005年"7.8"四川盆地东北部致洪大暴雨天气过程中西南低涡活动特征进行了中尺度诊断分析,分析发现大暴雨出现在西南低涡控制下的地面辐合线北侧,西南低涡右前方低空急流左侧的强上升运动中心和强水汽辐合中心对中尺度大暴雨的产生作用明显.     

Analysis of Deep Convective Towers in a Southwest-Vortex Rainstorm Event

The structure and organization of the extreme-rain-producing deep convection towers and their roles in the formation of a southwest vortex(SWV) event are studied using the intensified surface rainfall observations, weather radar data and numerical simulations from a high-resolution convection-allowing model. The deep convection towers occurred prior to the emergence of SWV and throughout its onset and development stages. They largely resemble the vortical hot tower(VHT) commonly seen in typhoons or hurricanes and are thus considered as a special type of VHT(sVHT). Each sVHT presented a vorticity dipole structure, with the upward motion not superpose the positive vorticity.A positive feedback process in the SWV helped the organization of sVHTs, which in turn strengthened the initial disturbance and development of SWV. The meso-γ-scale large-value areas of positive relative vorticity in the mid-toupper troposphere were largely induced by the diabatic heating and tilting. The strong mid-level convergence was attributed to the mid-level vortex enhancement. The low-level vortex intensification was mainly due to low-level convergence and the stretching of upward flow. The meso-α-scale large-value areas of positive relative vorticity in the low-level could expand up to about 400 hPa, and gradually weakened with time and height due to the decaying low-level convergence and vertical stretching in the matured SWV. As the SWV matured, two secondary circulations were formed,with a weaker mean radial inflow than the outflow and elevated to 300-400 hPa.     

“080825”上海大暴雨综合分析

利用常规天气资料以及非常规高密度观测资料、物理量场资料、云图资料以及PWV可降水汽资料等,对2008年8月25日上海地区的强对流暴雨进行了分析.分析表明三支气流在长江中下游及江南北部地区交汇有利于低涡的生成发展,为上海强对流天气的发生提供了有利的天气背景条件;中低纬度系统相互作用为上海强对流暴雨天气提供了水汽、能量和触发条件.在大暴雨开始前12～24小时,水汽、能量和中低层大的正涡度有向长江下游汇合的趋势,在上海附近逐渐形成强的位势不稳定.上升运动集中在1个经度左右非常窄的地区,是产生特强降水原因之一.GPS/PWV探测可以及时了解大气水汽总量的变化,仅靠本地上空的水汽全部落下是远远不够的,还需要大量的水汽辐合.对流云团合并,云核合并后强烈发展移动缓慢同样是产生特强降水原因之一,在对流云团的后侧,对应温度梯度最大,是降水最强的地方.     

影响山东的台风暴雨天气的湿位涡诊断分析

应用湿位涡理论 ,对发生在山东境内由台风和台风减弱的低压引发的两场大暴雨过程进行诊断。结果表明 :这两场暴雨都产生在θe 陡立密集区附近 ,θe 陡立密集区附近易导致湿斜压涡度发展 ;对流层中低层MPV1 <0 ,850hPa上MPV2 >0 ,综合反映了暴雨区对流不稳定和斜压不稳定的发展 ;对流层高层高值湿位涡下传 ,有利于位势不稳定能量的储存和释放 ,使降水增幅。     

2012年7月27日陕北佳县特大暴雨天气的成因

利用常规高低空气象观测资料、地面逐小时降水、物理量、NCEP再分析资料和卫星云图,对2012年7月27日发生在陕北佳县的一次特大暴雨天气进行诊断分析,结果表明：暴雨前期副热带高压较强,当西风带的冷空气与副热带高压西北侧的西南暖湿气流交汇时,触发对流产生;低层700 hPa西南气流、850 hPa东南气流为特大暴雨提供了比较充沛的水汽;大气低层存在大量不稳定能量;高空200 hPa陕西北部位于浅槽的前部、急流入口区的右侧,存在正涡度平流,这一区域有强烈的辐散,提供了较强的上升运动,是特大暴雨产生的主要机制;在卫星云图上表现为一个水平尺度为200~400km、云顶亮温最低为-60℃,生命史为14 h的中-α尺度对流云团。     

远距离台风暴雨过程分析

利用NCEP再分析资料,对2005年7月22-23日由台风"海棠"外围东南急流造成安阳东部和濮阳地区的大暴雨过程进行了分析。结果表明,远距离台风暴雨区位于对流有效位能高值舌区与低层垂直螺旋度大值带重合的区域及325 K等熵位涡的高值区域。     

2007年7月12-15日河南省大暴雨天气诊断分析

利用常规观测资料和NCEP再分析资料,对2007年7月12-15日河南省黄淮之间的大暴雨过程进行了诊断分析,结果发现:这次暴雨是一次较为典型的西南低涡东北移影响河南省所造成的暴雨,500 hPa西风槽东移过程中,槽前携带的冷空气不断自西北方向侵入西南低涡中心,导致西南涡东移发展,移经河南省,在其移向的右前方和中心区产生了强降水;垂直上升运动区及流线辐合区与暴雨落区有较好的对应关系;这次暴雨水汽输送源地有两个,分别是孟加拉湾和东海海面;水汽辐合区与暴雨落区相对应;垂直螺旋度的演变对本次西南涡暴雨有较好预报指示意义。     

Diagnostic Analyses of the Modified Convective Vorticity Vector in Non-uniformly Saturated Moist Flow

Because the real atmosphere is non-uniformly saturated, the generalized potential temperature is introduced. The convective vorticity vector, which can depict the occurrence and development of mesoscale deep convective systems, is modified and re-derived in a nonuniformly saturated moist atmosphere （C^＊）. Then, a case study is performed for a frontal rainfall event which occurred near the middle and lower reaches of the Yangtze River in China. The diagnostic results of C^＊ show that, in the lower troposphere, the vertical component of C^＊ （ Cz^＊ ） can diagnose developments and movements of precipitation and convection better than those of Cm （Cmz, in saturated moist flow） and C （Cz, in dry flow）. Cz^＊ is a good predictor for precipitation analyses as well.     

一次引发四川盆地南部暴雨的西南低涡湿旋转量分析

利用NCEP逐日资料和常规观测资料对2009年7月30~31日一次四川盆地南部强降雨过程进行诊断分析。结果发现:西南涡在700hPa上表现得比较明显,当发展极强时,甚至在500hPa也出现闭合环流;西南低涡涡区内均有降水发生,强降水中心位于涡区东北侧。低层水汽通量散度负值辐合区的分布不仅对相应时段降水落区指示较好,而且对于未来6h雨区分布也有一定参考性,可作为短临预警指标。强降雨区与强正涡度辐合上升运动区有较好的对应关系,对流层低层湿位涡的负值区对降水落区指示较好,强降水区出现在中高层正值MPV1下沿最强区,以及MPV2正负值交界区。