干冷空气侵入在2005年12月山东半岛持续性降雪中的作用

利用常规资料和NCEP再分析资料分析了2005年12月山东半岛持续强降雪事件发生的环流背景及干冷空气活动特征,并运用湿位涡和锋生理论,研究了干冷空气在降雪事件中的作用.分析表明:低层湿度场的演变可以很好地反映山东半岛地区降雪的变化,但降雪事件与高层干冷空气紧密相连.对流层高层高位涡区与相对湿度小值区相对应,干空气主要来源于北侧(高纬度)对流层高层.高位涡区与低湿区都向下向南伸展,与低层MPV1<0的湿对称不稳定区对应.强降雪是低层饱和湿空气受地形强迫、锋生强迫的抬升作用及湿对称不稳定能量释放的共同作用造成的,而干冷空气的侵入是锋生和不稳定能量释放的触发机制.     

湿位涡和倾斜涡度发展

从完整的原始方程出发，在导出精确形式的湿位涡方程的基础上，证得绝热无摩擦的饱和湿空气具有湿位涡守恒的特性。并由此去研究湿斜压过程中涡旋垂直涡度的发展。结果表明，在湿等熵坐标中，涡旋的发展与对流稳定度的减少，等熵面上的辐合和潜热的释放有关。由于等熵位涡分析的应用受等熵面倾斜的限制，又进而发展了Ｚ坐标及Ｐ坐标中的倾斜涡度发展理论。指出无论是湿对称不稳定或对流不稳定大气，还是湿对称稳定或对流稳定大气，除对流稳定度的影响外，风的垂直切变的增加或水平湿斜压的增加均能因湿等熵面的倾斜而引起垂直涡度的增长。湿等熵面的倾斜越大，这种由干湿斜压性加强所引起的涡旋发展更激烈。在梅雨锋附近及其南侧暖湿区的北端，湿等熵面十分陡立，是涡旋发展及暴雨发生的重要地区。对１９９１年６月１２—１５日江淮流域暴雨过程的湿位涡分析表明，湿位涡分析，尤其是等压面上湿位涡量ＭＰＶ１和ＭＰＶ２的分析不仅在中高纬有效，在低纬度及低对流层也十分有效，是暴雨诊断和预报的有力工具。     

2008年1月18-22日南阳市强降雪过程诊断分析

利用NCEP再分析资料,从大尺度环流背景、影响系统、水汽条件、动力条件等方面对2008年1月18-22日南阳市出现的强降雪天气过程进行了诊断分析.结果表明:欧亚地区持续稳定的大气环流异常为雨雪天气提供了大的环流背景;中低层切变线和西南风急流是强降雪的主要影响系统.在降雪集中时段,水汽输送带与700 hPa急流相对应,西南急流为强降雪提供了充分的水汽输送和能量.700 hPa的正涡度大值区的演变与该层西南急流区有很好的对应关系,且正涡度大值区位于急流轴的左侧.正涡度核的生成和强烈的垂直上升运动为强降雪提供了动力条件.在整个降雪过程中,ζMPV1的大小变化与降雪的强弱变化一致,强降雪落区与|ζMPV2＜0|的大值带有很好的对应关系.湿位涡的斜压项证明了大气的湿斜压性很强,等压面上的温度梯度较大,对强降温和水汽输送较为有利.     

一次强对流暴雨的湿位涡特征

应用常规地面观测资料、区域加密站降水资料、NCEP再分析资料(水平分辨率1°×1°,间隔6 h),分析2009年6月8日发生在华北的一次强对流暴雨过程的湿位涡分布特征。结果表明:湿位涡(VMP)的分布对强对流暴雨的发生、落区有较强的指示作用,湿位涡正压项(VMP1)正负值区(上正下负)垂直叠加的配置有利于强对流暴雨的发生、发展。暴雨出现在850 hPa上VMP、VMP1、VMP2(湿位涡斜压项)正负值过渡带附近,是对流不稳定和斜压不稳定相结合的地区。θse的等值线接近垂直的地区非常有利于垂直涡度的增长,有利于强降水发生。     

基于湿位涡和积雪效率的降雪预报技术探讨

本文对南京地区2015年的一次强降雪过程进行了湿位涡诊断分析,根据2008—2015年的57次强降雪个例归纳出了积雪效率与地面2 m气温的关系。结果表明:湿位涡正压项对降雪强度变化有较好的指示意义;结合湿位涡斜压项和地面气温可以较好地判断降雪落区,且强降雪落区和湿位涡斜压项的大值中心对应较好;积雪效率和地面2 m气温是分段函数关系,利用该统计关系及气温、降雪量的预报,可以作出积雪深度的预报。     

2012年11月10日辽西地区冷涡暴雪的动力条件分析

文章利用NCEP/NCAR每6h间隔1°×1°再分析资料和常规气象观测资料,对2012年11月10日傍晚到11日下午发生在辽西地区的一次暴雪天气的动力条件进行分析,结果表明:高空冷涡是此次暴雪过程的主要影响系统,强降雪出现在冷涡中心前部、中层暖式切变线南侧,发生在垂直方向上高低空正涡度中心向下传的过程中,高空涡度中心下方强烈的上升运动,对暴雪的增幅起到了很大作用;强降雪位于500hPa的湿位涡负值中心附近,在湿位涡中心向下发展、向东移动的过程中,风的垂直切变和大气湿斜压性引起低层的涡度显著增加,导致上升运动的增强。     

2016年初冬陕西一次高架雷暴天气过程分析

利用常规地面高空观测资料、西安和安康多普勒天气雷达观测资料、欧洲中心细网格模式预报等资料对2016年11月22日发生在陕西地区的一次雷暴过程进行诊断分析,结果表明：陕西中南部雷暴区位于地面冷锋后350~500 km的区域内,雷暴区3 km以下是深厚的冷垫,同时中低层存在明显的逆温层,低层是绝对稳定的大气层结,这说明此次雷暴天气为高架雷暴。通过诊断饱和假相当位温、假相当位温、湿位涡和绝对涡度表明不同地区不稳定机制是不同的。西安地区不稳定机制为条件性对称不稳定,安康地区不稳定机制为条件性不稳定。在条件性对称不稳定区域,降雪回波呈现出数个平行带状回波,与0~6 km风切变矢量(西西南风)平行;在条件性不稳定区域,降水回波为小尺度的块状回波。强垂直风切变表明大气斜压性强,中高层暖湿气流增强了大气的湿斜压性,从而使中高层形成条件性对称不稳定,产生倾斜对流;中低层偏南气流输送暖平流和水汽,使得大气较为暖湿,中高层温度平流较弱,大气较干,形成位势不稳定,锋面抬升中低层暖湿大气使其饱和,位势不稳定转化为条件性不稳定,产生垂直对流。不稳定与上升运动及回波高度有着较好的对应关系。     

孟湾风暴影响高原暴雪的个例分析:基于倾斜涡度发展的研究

基于湿位涡(MPV)诊断分析和倾斜涡度发展(SVD)理论,研究了2007年11月一次孟加拉湾热带风暴北上造成青藏高原暴雪的天气事件。结果表明:热带风暴螺旋云系移动至高原东南部受陡峭地形抬升与高层北侧下滑的干冷空气(MPV1正值带)相交汇是导致这次天气过程的重要原因。由于等熵面密集且明显倾斜,在降雪区上空附近大气弱稳定区,负的MPV2对总湿位涡MPV的贡献超过了MPV1,SVD得到较大增长,同时使得MPV0,导致条件性对称不稳定的产生,有利于倾斜涡度的发展。条件性对称不稳定机制是这次暴雪发生、发展的一种可能的重要机制。     

大气湿位涡影响夏季江淮降水异常的机理分析

利用欧洲中心再分析资料(ERA-40)中1958-2001年气象场资料(世界时00时),分析了降水异常年850 hPa湿位涡及其分量差异的原因.结果表明,降水异常年湿位涡和湿位涡正压部分的差异主要是由水汽的垂直分布差异引起稳定度的变化所致,而相对湿位涡和湿位涡斜压部分的差异,分别主要是由垂直涡度及纬向风的垂直切变和暖湿气流的经向切变所致.另外,还利用湿位涡的正压部分和斜压部分讨论了江淮夏季850 hPa大气性质的变化,结果表明,近50年来,大气对流不稳定减弱,而斜压不稳定增强.     

关于业务上应用条件对称不稳定相关问题的讨论

条件对称不稳定（CSI）理论常常被用来作为倾斜对流的发展机制之一,在业务上常用来解释与锋面相联系的一条或多条中尺度雨带、雷达图像上观测到的带状雨带的成因等。条件对称不稳定的诊断包括CSI斜率判据、斜升对流有效位能（SCAPE）、湿对称不稳定（MSI）、相当位涡（EPV）等判据。业务预报人员存疑较多的问题是这些方法是否具有一致性并在业务上如何使用。针对上述问题,首先通过与业务预报人员较熟悉的条件不稳定类型作类比,来说明条件对称不稳定两种判据与条件不稳定两种判据的相似性。但在业务使用上,判别条件对称不稳定时多使用CSI斜率判据,即等动量面的坡度大于等位温面坡度而小于等湿球位温面坡度。由于条件对称不稳定通常出现在大气处于几乎饱和的情况下,此时的CSI斜率判据则演变为湿对称不稳定判据,即等动量面坡度小于等湿球位温面坡度。为判别相当位涡与湿对称不稳定判据是否具有一致性,文中的推导和实例分析均表明,二维相当位涡实际上是湿对称不稳定判据的另一种表现形式,但是湿对称不稳定判据需主观去比较等相当位温面与等动量面斜率大小,而二维相当位涡则可通过其是否小于0进行客观判断。需注意的是,在与推导条件对称不稳定斜率判据相同的二维坐标下,相当位涡与湿对称不稳定判据才具有一致性,将相当位涡扩展到常规坐标下使用三维相当位涡作为湿对称不稳定判据是不可取的。      

RESEARCH ON MOIST SYMMETRIC INSTABILITY IN A STRONG SNOWFALL IN NORTH CHINA

The concept of wet bulb potential vorticity and SCAPE (slantwise convective available potentialenergy) is used to calculate the horizontal and vertical distribution of moist symmetric instabilityincluding convective symmetric instability (CSI) and local symmetric instability (LSI) in the processof a storm snowfall in North China.The potential contribution of moist symmetric instability to anarrow storm snowfall belt occurring in the Hetao and Lindong,Linxi region of Inner Mongolia andthe relationship between moist symmetric instability and direction of the basic flow,wind shear andmoisture are discussed.It is found that the strong snowfall belt is almost parallel with negative valuearea of wet bulb potential vorticity at low levels in the vicinity of snow area.And the dynamicalmechanism of the strong snowfall center in the Lindong,Linxi region is different from that in theHetao region.The former is induced by frontogenetical forcing with weak symmetric instability in thewarm section of frontal area and the latter triggered by obvious moist symmetric instability.     

RESEARCH ON MOIST SYMMETRIC INSTABILITY IN A STRONG SNOWFALL IN NORTH CHINA*

The concept of wet bulb potential vorticity and SCAPE(slantwise convective available potential energy) is used to calculate the horizontal and vertical distribution of moist symmetric instability including convective symmetric instability(CSI) and local symmetric instability(LSI) in the process of a storm snowfall in North China.The potential contribution of moist symmetric instability to a narrow storm snowfall belt occurring in the Hetao and Lindong,Linxi region of Inner Mongolia and the relationship between moist symmetric instability and direction of the basic flow,wind shear and moisture are discussed.It is found that the strong snowfall belt is almost parallel with negative value area of wet bulb potential vorticity at low levels in the vicinity of snow area.And the dynamical mechanism of the strong snowfall center in the Lindong,Linxi region is different from that in the Hetao region.The former is induced by frontogenetical forcing with weak symmetric instability in the warm section of frontal area and the latter triggered by obvious moist symmetric instability.     

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。     

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。     

Evolution of instability before and during a torrential rainstorm in North China

NCEP-NCAR reanalysis data were used to analyze the characteristics and evolution mechanism of convective and symmetric instability before and during a heavy rainfall event that occurred in Beijing on 21 July 2012.Approximately twelve hours before the rainstorm,the atmosphere was mainly dominated by convective instability in the lower level of 900-800 hPa.The strong southwesterly low-level jet conveyed the moist and warm airflow continuously to the area of torrential rain,maintaining and enhancing the unstable energy.When the precipitation occurred,unstable energy was released and the convective instability weakened.Meanwhile,due to the baroclinicity enhancement in the atmosphere,the symmetric instability strengthened,maintaining and promoting the subsequent torrential rain.Deriving the convective instability tendency equation demonstrated that the barotropic component of potential divergence and the advection term played a major role in enhancing the convective instability before the rainstorm.Analysis of the tendency equation of moist potential vorticity showed that the coupled term of vertical vorticity and the baroclinic component of potential divergence was the primary factor influencing the development of symmetric instability during the precipitation.Comparing the effects of these factors on convective instability and symmetric instability showed some correlation.     

倾斜涡度的发展与云南冬季强降水

应用倾斜涡度发展理论,对云南的一次冬季强降水天气进行诊断分析。结果表明：强降水发生在θｅ 陡立密集区内;倾斜涡度发展和条件性对称不稳定是形成强降水的重要因子;大气的弱位势稳定和强斜压性有利于云南冬季强降水的发生。     

苏北一次强降水超级单体风暴过程的诊断分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、FY2C卫星和多普勒雷达资料,对2008年7月22日发生在苏北的一次强降水超级单体风暴过程进行诊断分析。天气分析显示,风暴发生于高湿、较低的抬升凝结高度、强对流不稳定(3 445 J/kg)和中到强的垂直风切变(0~6 km,18 m/s)环境,这种大气环境非常有利于强降水超级单体风暴的发生发展。雷达回波分析揭示,该超级单体的演化可归结为"孤立单体—经典强降水超级单体—减弱东移"三个阶段,持续时间超过2 h。强降水超级单体风暴成熟期,呈现出典型的倒"V"型缺口、中低层有界弱回波区和反射率因子大值区由低层向高层往低层入流一侧倾斜的特征,相应的雷达径向速度场显示在倒"V"型缺口附近的强降水区中存在一个成熟的中气旋。湿位涡的诊断结果表明:高层干冷空气侵入触发潜在对流不稳定能量释放,有利于对流运动的发展;中低层大气对流不稳定与条件对称不稳定共存,既有垂直对流,又有倾斜对流发生,同时边界层的偏东风入流向暴雨区提供充沛的水汽,对暴雨的发生发展起增幅作用。     

山东省春秋季暴雨天气的环流特征和形成机制初探

对山东省春秋季暴雨的气候特征和影响系统进行了分析, 制作了春秋季暴雨的平均环流形势图。分析了2003年春秋季两次大范围暴雨的环流特征和影响系统及暴雨期间大气的热力特征和水汽输送特征, 应用k-螺旋度和倾斜涡度发展理论, 分析了暴雨的形成机制。结果表明:4月暴雨均受气旋影响, 10月暴雨以冷锋影响居多。2003年4月17—18日为气旋暴雨, 10月10—12日为切变线冷锋暴雨。两次暴雨前都有低空偏南风急流向暴雨区输送水汽, 大气强烈增温增湿, 对流不稳定度增大, 湿斜压性增强。强冷锋南下触发对流不稳定能量释放, 产生暴雨。暴雨期间低层正k-螺旋度猛烈发展。暴雨前期中低层MPV1 < 0且MPV2 > 0, 冷锋影响期间MPV1 > 0且MPV2 < 0, 都有利于倾斜涡度发展, 增强了上升运动。     

登陆台风环流内的一次中尺度强对流过程

2005年05号台风“海棠”登陆福建后,在外围云系里有1个明显发展的中尺度对流云团经过温州东部及北部地区,引起了强降水。通过分析这次中尺度对流系统的环流形势,得到该次中尺度对流系统的垂直结构特征,并对中尺度强对流系统的形成和发展机制进行研究。结果表明:台风东南急流在温州附近冷区边缘处低层受地形影响发生强烈辐合引起的垂直上升运动和冷暖空气相汇产生的对流不稳定性是台风环流内中尺度对流系统的主要形成机制;对流系统在暖湿空气和冷空气中心交汇处发展,西北侧的冷空气堆迫使暖湿东南气流沿西北倾斜的等熵面爬升,有利于倾斜对流系统的发展;低层条件不稳定区与中层条件对称不稳定区叠加,产生对流对称不稳定,在湿等熵面倾斜引起的涡旋发展的强迫机制下在中层产生范围较广的倾斜上升对流;由于等熵面的倾斜,大气水平风垂直切变或湿斜压性增加,进一步加强涡度的发展,使得对流系统向西北方向发展;另外,源于东南沿海,由台风东南气流输送的水汽为特大暴雨的产生提供了有利的热力条件。