位涡理论在台风及梅雨暴雨过程诊断分析中的应用研究

摘要

本文首先利用WRF模式对“海棠”台风(2005)登陆福建省前后24小时所造成的降水过程进行了数值模拟，在此基础上，根据模式模拟输出结果，借助位涡理论，研究了等熵面位涡、等压面位涡与台风低压流场及降水的关系，并进行了涡度、散度、垂直上升运动、等物理量的诊断分析，以此探讨台风带来的强降水的发展和维持机制，同时，还进行了对流涡度矢量的诊断分析，讨论了对流涡度矢量的垂直分量与台风降水的相关性。其次，基于NCEP/NCAR再分析资料，对1991年江淮地区梅雨期中的多次暴雨过程的湿位涡、正压湿位涡、斜压湿位涡以及它们的扰动量进行了连续诊断分析，并讨论了经向风场及温度、湿度场和大气对称不稳定度的演变特征及其与降水的关系。
　　 对台风“海棠”降水过程的诊断分析表明：(1)台风暴雨中心上空对流层中低层涡度为正，高层为负，散度场高层辐散、低层辐合，对流层低层从对流不稳定层结向对流中性层结转化，台风环流内水汽充足、上升运动强烈，为降水的发展维持提供了很好的动力、热力、水汽以及上升运动条件。(2)310K等熵面上高位涡发展演变较好反映了台风低压系统路径移动以及强度变化的过程。暴雨中心主要出现在位涡大值区及偏东北方向，位涡气块回旋少动，与暴雨的发展维持密切相关。(3)高位涡区主要位于等熵面坡度和梯度最大处，当等熵面上下贯通，对流层高层的高位涡沿等熵面下传，有利于暴雨增幅。(4)对流涡度矢量的垂直分量对台风降水有较好的指示性，二者之间的相关程度比湿位涡与降水的相关程度稍高，降水区一般落在对流涡度矢量垂直分量高值区附近。
　　 对江淮梅雨期降水过程的诊断分析表明：(1)对流层低层的对称不稳定度与降水的发生发展有较好的对应关系，较强对称不稳定对应较强降水的发生。(2)对称不稳定度的大小与对流不稳定、惯性不稳定以及大气湿斜压性和风的垂直切变紧密相关。(3)南风活跃、冷暖空气交汇，形成对称不稳定倾斜上升气流区，是导致在梅雨锋上暖湿空气一侧发生强降水的重要原因。(4)位涡理论对较长时间尺度、较大区域范围的天气过程同样具有一定的指示意义，这就在一定程度上拓展了位涡理论应用的尺度范围。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2暴雨的研究概况

1.3位涡理论及其应用研究进展

1.4问题的提出及本文的主要工作

第二章 位涡的概念

第三章“海棠”台风暴雨的数值模拟及分析

3.1天气过程回顾

3.2 WRF模式简介及模拟方案设计

3.2.1模式简介

3.2.2模拟方案设计

3.3模拟结果分析

3.3.1 24小时降水模拟结果分析

3.3.2高度场的模拟结果分析

3.3.3风场的模拟结果分析

3.3.4暴雨过程概况分析

3.4本章小结

第四章“海棠”台风的物理量和位涡诊断分析

4.1“海棠”台风的物理量诊断分析

4.1.1涡度

4.1.2散度

4.1.3垂直上升运动和水汽条件

4.1.4不稳定能量

4.2“海棠”台风的位涡分析

4.2.1等熵面位涡和流场分析

4.2.2等压面位涡垂直剖面图的分析

4.3本章小结

第五章“海棠”台风的对流涡度矢量(CVV)的诊断分析

5.1对流涡度矢量的定义

5.2对流涡度矢量分析

5.2.1对流涡度矢量垂直分量的分布和演变

5.2.2对流涡度矢量的分量及湿位涡与降水的关系

5.3本章小结

第六章1991年江淮梅雨期对称不稳定与降水关系的诊断分析

6.1对称不稳定的概念和判据

6.2资料和方法

6.3对称不稳定与降水的关系

6.3.1 1991年江淮梅雨主要特点

6.3.2湿位涡的诊断分析

6.3.3湿位涡及其分量的扰动量的诊断分析

6.4经向风的特征分析

6.5温度场和湿度场的特征分析

6.6本章小结

第七章总结

7.1结论

7.2展望

参考文献

致 谢

论文附图