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中尺度涡旋可以持续激发新对流,是造成局地持续性降水的重要系统。基于经典涡度方程的诊断无法描述热力信息对于涡旋发展的贡献。本文采用Boussinesq近似对涡度方程进行整理,将方程唯一强迫项定义为垂直速度位涡,其形式与位涡类似,利用垂直速度替换位温。进一步在垂直速度位涡倾向方程中,以气压水平梯度的形式引入热力过程的间接作用,定量描述动热力配置的贡献。以2021年6月15日发生在南疆的一次极端暴雨为例,利用高分辨率数值模拟资料,初步分析了低层动热力强迫作用向垂直涡度的传递。结果表明,垂直速度位涡的局地变化主要来自热力强迫项中低层垂直风切变与低层冷池的耦合作用,两者在降水区前侧产生大范围的正值区。该区域与垂直速度位涡的正值区重叠,促进垂直速度位涡的增长,进而维持降水前缘的正涡度,有利于产生较强的上升运动,触发新对流并造成持续性降水。 相似文献
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霰粒子下落速度对云系及降水发展影响的数值研究 总被引：1，自引：0，他引：1
云和降水的形成是动力过程与微物理过程相瓦作用的产物,云数值模式中的微物理过程参数化方案对云和降水发展过程有直接影响.在云数值模式中,粒子群体的下落速度都足用质量加权下落末速度公式来表达,而且不同的模式采用的公式存在差异,质量加权下落末速度中参数取值不同,引起的粒子下落末速度不同.为了了解粒子下落末速度变化对云系和降水发展的影响,对2004年8月12日一次冷锋降水过程,利用中尺度ARPS模式做模拟研究.在分析降水机制的基础上,对霰这一下落末速度较大的降水粒子,做下落末速度(Vg)的敏感性试验,从动力、热力、微物理的角度,通过数值模拟对比分析了霰下落末速度减小对降水分布和强度、云系的移动、云系的宏观热力和动力场的影响,并给出了影响的途径和机理.结果表明:Vg变化对云的厚度和含水量有影响,下落末速度减小对冰晶、雪、霰的含水量垂直分布及分布随时间变化影响较大,其中,霰的含水量显著减少,雪的含水量增加,并调整了云中水质粒的空间分布;Vg减小对地面累积总降水量的分布影响较小,但对降水强度的分布影响较大.Vg减小时,降水强度减小,降水时间延迟,因此,霰下落末速度变化将调整底层降水分布;对于云系的移动情况基本上没有影响,但对云中水质粒的空间分布有影响;霰下落末速度变化影响云中霰的融化和撞冻增长从而影响热力场.末速度减小时,霰和雪的融化罱明显减小,导致非绝热冷却率的减小,引起下沉气流的减小. 相似文献
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结合“海棠”台风（2005）定量分析非绝热加热对湿 Q 矢量诊断能力的影响 总被引：3，自引：0，他引：3
湿Q矢量最大特点就是考虑了非绝热加热作用,各种湿Q矢量差异也主要表现在对非绝热加热计算处理方案的不同.因此,通过比较分析非绝热加热作用,可揭示出不同湿Q矢量之间诊断能力的差异.2005年第5号登陆台风"海棠"在7月19日08时20 H 08时,给福建省东北部及浙江省造成大范围暴雨.WRF模式成功模拟出此次台风暴雨过程.文章将结合"海棠"台风(2005)登陆台风暴雨过程,利用 WRF模式模拟输出的气象要素,通过计算降水场,定量分析了非绝热加热作用及其对湿Q矢量诊断能力的影响.结果表明:(1)对于公包括大尺度凝结加热的非绝热加热作用H1及包括了潜热加热(大尺度凝结加热和对流凝结加热)、感热加热和辐射加热的非绝热加热作用H2来讲,局地变化项的强迫作用较垂直平流项、水平平流项的强迫作用约小1-2个量级,可以忽略不计,垂直平流项的强迫作用是主要成分,对于水平平流项来讲,尽管其强迫作用明显小于垂直平流项的强迫作用,但也明显大于局地变化项的强迫作用,考虑其将更有利于充分反映H1、H2的强迫作用.对于包括非均匀饱和大气中潜热加热的H3来讲,水平平流项与垂直平流项的强迫作用相当,均为主要成分,而局地变化项的强迫作用为次要成分且不容忽视,对其考虑将有助于全面描述H2的强迫作用.(2)非绝热加热作用H1、H2以及H3强迫产生的24 h累积降水场具有相似的水平分佰特征,三者强迫产生的逐时雨量随时间演变特征也非常相似,这表明水汽凝结潜热是非绝热加热作用的主要成分.(3)进一步结合模拟降水场分析表明,相对于H1强迫产生的降水场来讲,H2与H3强迫产生的降水场更接近模拟结果,这揭示出包含H2的湿Q矢量与包含H2的湿Q矢量诊断能力相近,且对降水反映能力较包含H1的湿Q矢量诊断能力强.(4)不同湿Q矢量各自有其自身诊断特点,根据不同研究目的的需要,可有针对性的选取相应的湿Q矢量来作为研究工具.如需要具体、细敛分析水汽潜热的强迫作用,可以选朋包含H1、H3的湿Q矢量,如仅需考虑总的湿Q矢量强迫作用,则可以直接选用包含H2的湿矢量. 相似文献
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神农架林区西南坡为局地暴雨灾害多发区。利用常规资料、多普勒雷达资料和区域自动站资料,分析了导致神农架林区西南坡2014年8月6日至7日夜间连续两场短时暴雨过程中MCS发生发展的天气背景及结构特征,并探讨了神农架山区复杂地形构造对西南坡暴雨的增幅作用。结果表明:1)中高层天气系统强迫弱时,副高边缘地面暖低压倒槽及850 h Pa气旋性弯曲区与辐合的发生发展可能是造成这类局地强降水天气的触发系统,地面弱冷空气的入侵有利于降水的维持和加强。2)两次局地暴雨过程均是由中β尺度对流系统影响产生的,降水历时短、强度大,雨区移动呈现局地性,具有明显的中尺度强对流系统特征,分别属前导层状云与尾随层状云中尺度对流系统型。3)第一场暴雨过程以对流降水为主,回波较强;第二场暴雨过程回波质心低且层状云特征比较突出,但维持时间相对较长,降水效率更高。4)神农架西南坡坡度大,海拔高度高,地形的动力抬升和辐合作用促使上升运动加强,地形强迫抬升作用显著不仅对局地对流触发、降水增幅有重要作用,而且会影响中尺度对流系统结构,这可能是神农架林区西南坡暴雨高发的重要原因。 相似文献
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采用LAPS中尺度分析模式大气资料,对2008年7月一次西南涡暴雨过程进行天气学降水运动的中尺度诊断计算与分析。诊断计算包括：可降水量、层结不稳定能量、对流可降水量、水汽权重平均风速、水汽通量散度、云水、云冰总量及其通量散度和垂直速度与凝结函数降水率等。结果表明：“西南涡-切变线”系统的暴雨发生在暖湿气团与变性冷气团之间的中尺度风场辐合上升运动区,中尺度雨团发生在层结不稳定的暖湿气团一侧。计算的中尺度垂直运动与凝结函数降水率场,降水率为暴雨到特大暴雨。计算的水汽通量辐合降水率与凝结函数降水率不会完全重合,且水汽通量辐合既可致中尺度“雨”,又可成大尺度“云”,并且云水、云冰通量辐合/辐散,可解释为它们的“正”/“负”碰并增长,而碰并增长产生水凝物增量（降水率）也促成大暴雨。因此,在凝结函数降水率场中产生的中、小尺度对流雨团,加上水汽与云水、云冰通量辐合及其碰并增长,并且借助层结不稳定能量释放和可能产生的强迫“次级环流”及水汽与云水、云冰输送,是这次“西南涡-切变线”系统造成襄樊特大暴雨的天气学成因。 相似文献
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黔西南一次中尺度暴雨的数值模拟诊断研究 总被引：6，自引：0，他引：6
使用WRF模式 (Weather Research and Forecasting model) 模拟了2006年6月12日贵州省西南部一次典型的突发性强对流暴雨过程, 模式较真实地模拟了这次局地发展的中尺度暴雨天气过程。对流层低层的中尺度辐合线造成了初始的上升运动, β中尺度对流系统首先在地面锋线前不稳定的暖区中生长, 辐合线南侧的偏南气流对水汽和热量的输送是对流能够持续生长的最重要因素。通过非地转ω方程的诊断证明, 在降水开始后, 凝结加热的释放对β中尺度对流系统的发展最为重要, 它强迫产生的上升运动分量超过了低层暖平流强迫造成的上升运动分量。在相应的热力、 动力结构的调整作用下, 对流层低层出现中尺度低空急流、 中尺度涡旋等动力结构。到降水过程后期, 由于偏北气流的侵入, 降水区上空对流层低层转为对流稳定的层结, β中尺度对流系统无法获得不稳定能量以维持其发展, 降水也逐渐减弱直至终止。 相似文献
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利用中尺度模式ARPS模拟了2005年7月22日一次典型华北暴雨过程的云物理特征,对比分析了高密度大冰雹下落末速度增大时对云和降水的发展演变、云系宏微观结构、垂直风场以及云系的宏观热力场的影响.结果表明,产生这次暴雨的中尺度对流系统经历了对流云团发展、加强及合并过程,其高层为冰晶、雪,中层为霰/雹、过冷云水,低层主要是雨水;霰/雹形成和融化的冷云过程对雨水的形成起重要作用.高密度大冰雹下落末速度增大时:(1)对暴雨区降水量、云的分布、厚度和含水量有较明显的影响;(2)可以引起云中高含水量区合并,累积含水量减小,含水量中心位置发生变化;(3)云系有提前进入消散阶段的趋势;(4)对云中霰/雹和雨滴的垂直分布范围及其含水量极大值影响显著,霰/雹含水量区向下延伸约1 km,雨滴含水量最大值高度也随之降低.同时霰/雹含水量减小,而雨滴含水量增加;(5)上升气流的发展受到抑制,云顶高度降低,云中含水量减小,伴随微物理过程的相变潜热也随之减小. 相似文献
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利用常规观测资料、自动气象站降水资料和NCEP1°×1°资料,对2009年7月辽宁省3次局地短时暴雨的500 hPa位势高度场、垂直速度场、θse场和水汽通量场进行对比分析。结果表明：3次局地暴雨过程中,辽宁西部和北部的暴雨落区与上升速度中心对应,而辽宁东南部暴雨落区位于上升区边缘;露点锋、中α尺度低压和暖式切变线对三次短时暴雨过程起到触发作用;当T639降水产品预报降水时段内有大范围的小雨天气,说明将有弱的天气尺度强迫出现,此时应重点分析水汽辐合、高能舌和上升速度大值中心叠加的区域;如果该区域存在中尺度系统触发机制,则该区域可能是局地暴雨的落区。 相似文献
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北京2006年夏季接连两场暴雨的观测对比分析 总被引：16，自引：2，他引：14
利用北京地区高时空分辨率的地面自动站资料、多普勒雷达数据、卫星图像、风廓线数据以及6小时一次的NCEP再分析资料等,对2006年7月31日和8月1日接连发生在北京地区的两场暴雨做观测对比分析.结果表明:(1)7月31日降水为典型的华北强低槽锋面影响下的北京大范围强对流降水,8月1日降水为该华北低槽东移变为低压后的一次飑线影响下的北京部分地区强对流降水;两场暴雨大尺度环境条件相似,但与7月31日相比8月1日贯通南北的远距离水汽输送以及干冷空气与暖湿空气在北京地区的对峙已明显减弱,即形成全北京范围扰动的环境条件已经减弱.(2)两场暴雨的中尺度对流系统在形状、强度、移动路径等方面均有不同,但两场暴雨的中尺度对流系统的发展都与地面中尺度辐合线的发展有密切联系.(3)两场暴雨发生前北京局地对流层低层风场短时间变化特征不同,但低层偏东风和近地面东南风的出现,对于北京这两场暴雨的产生是比较关键的,预报中应该加以关注. 相似文献
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多模式热动力耦合诊断系统与暴雨预报 总被引：1，自引：0，他引：1
应用包含热动力耦合强迫的新型散度演化方程,研发了该方程的诊断计算方案和相应的软件系统,以多个数值预报模式产品为资料源,计算得到关于强降水激发、维持的热动力耦合诊断场,形成了一个多时效的诊断场序列,它包含了正压非平衡强迫和热动力耦合强迫对散度演化的作用,反映了暴雨激发和持续的数值特征,为探索暴雨激发维持机理和寻求暴雨预报指标提供了数据支持。多模式诊断场的综合分析是集合预报方法的一种实践,有利于提高预报准确率。我们对2009年的两次暴雨个例进行了诊断分析,结果表明:T213、T639模式的诊断场能够较为准确的预报出暴雨的开始和结束,有明显的预报指示意义。 相似文献
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利用地面自动站、高探空资料和NCEP再分析数据以及WRF模式,对发生在四川盆地的一次春季暴雨过程进行了基本特征分析和数值模拟研究。结果表明,暴雨发生在伴随高空急流波动的中低层短波槽和中小尺度系统十分活跃、低纬度环流系统稳定的形势背景下,暴雨存在多个落区,其影响系统和触发机制各不相同。暖区暴雨的触发系统初始扰动主要是与江南切变线活动有关的东风倒槽,对流不稳定区地形对加强的偏东气流强迫是盆地西部沿山暴雨形成的主要原因,南支高空急流与东南风低空急流的垂直耦合为暴雨系统的发生发展提供了有利条件, 暖平流引起的低层高能高湿和对流不稳定与弱垂直风切变是暴雨系统发生发展的主要环境条件。数值模拟表明,尽管WRF模式系统对暴雨发生的低层热力和水汽输送以及沿短波槽分布的短时强降水落区、强度模拟基本正确,但过度估计了锋面降水的强度,对无或弱斜压强迫的暖区暴雨造成漏报。主要原因是较大尺度锋面降水影响系统能够被模式所分辨,而对暖区暴雨不稳定能量触发系统初始扰动发展的模拟能力有限。 相似文献
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针对2021年6月15～17日发生在昆仑山脉北坡的南疆极端暴雨过程,本文综合考虑地形对暴雨发生、发展的作用后,利用地形追随坐标控制方程并采用Boussinesq近似推导建立了地形追随坐标的非静力平衡广义垂直运动方程。诊断结果表明,经向气压梯度力耦合经向散度项（项一）、垂直气压梯度力耦合纬向散度项（项二）和非绝热加热经向梯度项（项三）是激发暴雨垂直运动发展演变的三个主要强迫项。项一体现了偏北风逐渐增强,在昆仑山脉的阻挡下导致经向辐合增强,触发了垂直上升运动。经向气流辐合始终是对流活动最主要的强迫过程,其次为纬向气流辐合。在地形追随坐标形式下,经向和垂直气压梯度能够增强项一和项二。对流发展阶段,水汽辐合与非绝热加热过程增强了非绝热加热经向梯度,促进了垂直上升运动发展。在地形的影响下,对流层中高层西风过山气流波动特征明显。重力波活动导致的高层辐散进一步促进了山脉迎风坡对流活动。经向和纬向气流辐合、非绝热加热过程以及重力波活动等多个因素共同造成了此次南疆极端暴雨。 相似文献
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应用包含热动力耦合强迫的新型散度演化方程,研发了该方程的诊断计算方案和相应的软件系统,以多个数值预报模式产品为资料源,计算得到关于强降水激发、维持的热动力耦合诊断场,形成了一个多时效的诊断场序列,它包含了正压非平衡强迫和热动力耦合强迫对散度演化的作用,反映了暴雨激发和持续的数值特征,为探索暴雨激发维持机理和寻求暴雨预报指标提供了数据支持。多模式诊断场的综合分析是集合预报方法的一种实践,有利于提高预报准确率。我们对2009年的两次暴雨个例进行了诊断分析,结果表明：T213、T639模式的诊断场能够较为准确的预报出暴雨的开始和结束,有明显的预报指示意义。 相似文献
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应用湿Q矢量分解诊断梅雨锋暴雨 总被引：13，自引：0，他引：13
采用传统的Q矢量分解方法将湿Q矢量(Q*)分解在沿等位温线的自然坐标系中，并结合改进的MM4模式(MMM4)模拟资料，对一次江淮梅雨锋暴雨过程进行诊断分析。结果表明，分解湿Q矢量可将梅雨锋暴雨的垂直运动场进行一个有意义的尺度分离，这不仅验证了梅雨锋暴雨过程中存在不同尺度相互作用的已知结论，而且从定量的角度揭示出不同尺度在梅雨锋暴雨不同阶段所起的作用不同，有明显的主、次之分：在梅雨锋暴雨的开始形成阶段，大尺度对垂直运动场的产生起着主要的强迫作用，锋区尺度的强迫作用处于次要地位；在梅雨锋暴雨的强盛阶段，锋区尺度已经演变为垂直运动场的主要强迫因子，而大尺度的强迫作用则处于次要地位，其至多起着背景场的作用，甚至个别时次可以忽略不计；在梅雨锋暴雨的衰亡阶段，大尺度又逐渐演变为此时垂直运动场的主要强迫动力，而锋区尺度的强迫作用则迅速衰减，其又仅处于次要地位。此外，我们认为分解湿Q矢量比“总”的湿Q矢量更有利于对产生梅雨锋暴雨的潜在物理机制的评估：先是在大尺度2△↓.Qθ*的强迫作用下诱发中尺度2△↓.Qn*强迫作用的产生，随着2△↓.Qn*强迫作用的增强，其所强迫作用产生的次级环流增强，降水的强度也同时随着增大，最终由2△↓.Qn*强迫作用所产生的次级环流直接导致梅雨锋暴雨的发生。 相似文献
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圣帕台风暴雨的非地转湿Q矢量的诊断分析 总被引：3，自引：2，他引：1
利用WRF中尺度模式模拟了台风"圣帕"登陆后减弱成热带低压造成湖南省大暴雨的过程,使用模拟输出的高分辨率资料,借助非地转湿Q矢量对这次暴雨过程做了详细的诊断分析.结果表明:非地转湿Q矢量能比较清楚地揭示此次暴雨演变过程,尤其700 hPa的非地转湿Q矢量散度场对降水预报具有较好的指示意义,其散度辐合区域对应着降水的落区,散度辐合强度变化指示着降水强度的变化趋势,并且非地转湿Q矢量散度辐合强度的大小可预示着未来3～6 h降水的强弱,是具有预报价值的;非地转湿Q矢量散度是非地转ω方程的强迫项,并与地形条件共同作用激发了地面中尺度系统的发展与次级环流的形成,是此次暴雨得以发展与维持的机制. 相似文献
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一次暴雨过程中的湿Q矢量诊断分析 总被引：4，自引：0，他引：4
在非地转Q矢量的基础上,考虑大气系统发展的主要热力强迫因子一非绝热加热作用,引入非地转湿Q矢量(Q^ )的概念,并应用这一理论对1999年6月23日至24日的一次暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明,Q^ 辐合区是暴雨发生的有利区域;Q^ 的垂直分布反映了次级环流的方向和强弱,暴雨落区位于次级环流的上升支附近。从而说明Q^ 对暴雨天气系统的诊断和预报是一种十分有效的工具;其散度负值区可以作为预报降水落区的重要指标,为暴雨的预报提供了更广阔的思路。 相似文献
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蒙贝低涡类环北京暴雨过程分型研究 总被引：7，自引：2，他引：5
利用天气观测资料、NCEP/NCAR再分析资料对1998—2008年发生的20例蒙贝低涡导致的环北京暴雨过程进行了分型研究。依据环流特征和天气系统配置,将该类暴雨过程分为两脊一槽型、阻塞型和低涡—副高南北对峙型。其中,两脊一槽型是斜压性较强的冷涡暴雨过程,天气和次天气尺度强迫均对暴雨发生产生影响,水汽来源于对流层低层西南气流的输送。阻塞型具有明显的局地对流暴雨特征,由两高之间宽广低压带上活跃的中尺度对流系统引发,高低空急流区产生的次天气尺度强迫是中尺度对流系统的触发因素之一。低涡—副高南北对峙型是低涡底部发展中的高空槽与北抬西太平洋副高相互作用产生的系统性暴雨过程,这一相互作用常强迫产生西南低空急流,为系统性暴雨的发生提供了充沛的水汽供应。 相似文献
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高层动力强迫对回流型华南暖区暴雨影响的个例研究 总被引：4，自引：6，他引：4
应用NCEP再分析资料,分析了2014年5月8—9日发生在华南的一次暖区暴雨过程,研究高层动力强迫对此次华南暖区暴雨的影响。此次暴雨过程发生在暖湿的西南气流中,无明显天气尺度锋面系统影响,属于华南暖区暴雨过程。根据中尺度对流系统(MCS)的生消发展特征,可以将其分为5月8日与9日两个阶段,第一阶段具有显著的回流型暖区暴雨的特征,主要研究该阶段。研究发现,高PV扰动沿对流层高层南亚高压东北侧的西北气流下滑东移,导致IPV正异常,其东侧的辐散气流显著发展,在高层辐散气流的抽吸作用下,上升运动首先从中上层发展起来。在过程发展前期,IPV正异常主要是由平流作用引起,且在其东侧诱发出南风异常,进而导致辐散气流发展。当降水发生后,潜热加热反馈作用使高层辐散气流进一步加强,此时,辐散增强是对流发展的结果。此外,低层浅薄偏东风是本次暖区暴雨发生的低层背景场,其与西南风气流汇合,提供有利的低层辐合条件。 相似文献
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Up-sliding Slantwise Vorticity Development and the complete vorticity equation with mass forcing 总被引：16，自引：1，他引：15
The moist potential vorticity (MPV) equation is derived from complete atmospheric equations including the effect of mass forcing, with which the theory of Up-sliding Slantwise Vorticity Development (USVD) is proposed based on the theory of Slantwise Vorticity Development (SVD). When an air parcel slides up along a slantwise isentropic surface, its vertical component of relative vorticity will develop, and the steeper the isentropic surface is, the more violent the development will be. From the definition of MPV and the MPV equation produced here in, a complete vorticity equation is then put forward with mass forcing, which explicitly includes the effects of both internal forcings, such as variations of stability, baroclinicity, and vertical shear of horizontal wind, and external forcings, such as diabatic heating, friction, and mass forcing.When isentropic surfaces are flat, the complete vorticity equation matches its traditional counterpart. The physical interpretations of some of the items which are included in the complete vorticity equation but not in the traditional one are studied with a simplified model of the ChangjiangoHuaihe Meiyu front. A 60-h simulation is then performed to reproduce a torrential rain event in the ChangjiangoHuaihe region and the output of the model is studied qualitatively based on the theory of USVD. The result shows that the conditions of the theory of USVD are easily satisfied immediately in front of mesoscale rainstorms in the downwind direction, that is, the theory of USVD is important to the development and movement of these kinds of systems. 相似文献