暴雨中尺度涡旋系统发生发展的诊断.pdf

第$/卷第!期暴雨灾害UOI<$/VO<!
第$!,,期3年2月!"#$%&!’()$(’&(&**’+,+!%$+6GN<$,,3

文章编号!!,,&%.,&1($,,3-,!%,,$.%,/

暴雨中尺度涡旋系统发生发展的诊断

陈忠明!!闵文彬!!崔春光"

’!<中国气象局成都高原气象研究所!成都/!,,3!($<中国气象局武汉暴雨研究所!武汉&2,,3&)

摘要!从位涡方程出发!导出描述三维涡度强度变化方程!分析大气层结及其变化等对三维涡度强度变化的影响"在此
基础上!通过对垂直涡度变化的分析!揭示了大气层结变化#水平能量锋演化#垂直风切变等有利于涡旋系统发展的动力
机制针对湿中性层结特征讨论了降水反馈对中尺度系统发展的影响并揭示湿中性层结下凝结潜热的垂
"(%"/)+%=%,-!!
直非均匀分布与垂直涡度的耦合强迫作用可能是暴雨中尺度系统发展的动力机制"
关键词!暴雨(中尺度系统(湿位涡(垂直涡度
中图分类号!>&10<!:$!<!?>&&1文献标识码!@

征等对暴雨中尺度系统发生#发展的影响进行研究!
"引言
探讨这种影响的物理机制"
我国夏季频繁遭受暴雨洪涝灾害袭击!每年因灾由于传统的涡度方程不能直接诊断热力作用对
害造成的损失十分严重!因此对暴雨灾害的预报一直涡度发展的影响!因此借鉴文献5!,’的分析思路!从位
是汛期业务预报的关键"暴雨的发生与中尺度系统的涡方程出发!导出描述三维涡度矢量强度变化的方
活动密切相关"早期!受探测资料和计算条件的限制!程!分析大气层结及其变化对三维涡度强度变化的影
人们侧重于对暴雨中尺度系统的环境场研究"!#"近年响"在此基础上!通过分析垂直涡度变化!揭示大气层
来!随着观测手段增多#观测资料密度增大#中尺度数结变化#水平能量锋演化#垂直风切变等影响涡旋系
值模式发展人们越来越重视对暴雨中尺度系统发统发展的动力机制针对湿中性层结特征
!"(%")*+!!!,-!
生#发展的研究!取得了不少新成果"$%&’"但由于暴雨中讨论降水反馈对中尺度系统发展的影响!指出湿中性
尺度系统活动的复杂性!人们对暴雨中尺度系统发生层结下非绝热加热垂直分布与垂直涡度分量的耦合
发展的机理认识还很不清楚!如风垂直切变的强弱变强迫可能是暴雨中尺度系统发展的动力机制"以一次
化#大气层结特征以及潜热释放等影响中尺度系统发西南低涡系统发生发展过程分析为例!从观测事实方
生发展的物理机制等!加强这方面的观测分析与动力面对所获得的理论结果进行了初步验证"
学研究十分必要"
#三维涡度矢量强度演化方程
观测事实表明!不少暴雨中尺度系统是在对流层
中低层大气层结处于近中性状态下发生文献从原始方程出发导出如下饱和湿空气
(!")*+!!!,-5!!’!
发展起来的!如$./%0&特大暴雨"1’!$,,2年3月&41日位涡方程
淮河大暴雨等5/’为了探究这种大气层结对暴雨中尺#$
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9&""%&’:&’’%"((!-
度系统发展的影响!许焕斌等"3’利用一个二维数值模8$
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式对其进行了研究"模拟结果显示!湿中性层结有利其中为比容为相当位温为湿位涡
!&!")!*+!,’
于#中尺度特征运动的稳定发展!而湿不稳定层结则$
为摩擦涡度耗散!(为非绝热加热!’为三维绝对涡
有利于$中尺度特征运动的发展"近来!又有一些诊’
度矢量!"为三维微分算符"根据湿位涡定义有
断与模拟分析工作显示"0%.’!湿中性层结结构对677##
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中尺度系统发生发展起到一定的作用"这些工作表-+9&’’%"")($-
明!大气层结特征及其变化对暴雨中尺度涡旋系统发$$$
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生#发展具有重要影响!但对这种影响的动力学机制
由于本文重点研究暴雨中尺度系统!因此将大气
尚不清楚"因此!有必要从动力学方面就大气层结特$
理想为饱和状态设三维大气涡度矢量的强度为
"’’
收稿日期*$,,3%,$%$1(定稿日期*$,,3%,&%!/
基金项目*国家自然科学基金项目(&,$31,!3#&,/31,2$-!武汉暴雨研究所开放基金项目’ABC$,,&D,$)
作者简介*陈忠明!男!!./&年出生!研究员!主要从事中尺度天气动力学与灾害性天气预报研究<E%FGHIJKLF)MNOPQRSGTOO<KOF<KP
;1暴雨灾害第!"卷

!和理解#这里!重点对右端第四项作简要解释#在中尺
!#$!$!则湿位涡可表示为
!度系统发生前由于大气运动在水平方向的涡度比垂
!!!!

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直方向的涡度大得多!则三维涡度矢量!的单位矢量
于是!
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!!!!$近似于水平方向&由于相当位温垂直梯度比其水平
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