天气学诊断分析3.pdf

南京信息工程大学南京信息工程大学 天气学诊断分析天气学诊断分析 Ch3 运动学特征参量的计算 大气科学学院大气科学学院 高庆九高庆九 南京信息工程大学南京信息工程大学 §§3.1 3.1 水平风速分解水平风速分解 实测风资料常常只提供风向和全风实测风资料常常只提供风向和全风 速两种资料速两种资料, ,诊断分析常常要先求出诊断分析常常要先求出 u u , , v v 两种分量后两种分量后, , 才能进行其它的才能进行其它的 计算计算 u u 和和 v v 分量的定义分量的定义，，通常指东西方通常指东西方 向向（（纬向纬向））和南北方向和南北方向（（经向经向））的分的分 量量 风向是指风的来向风向是指风的来向 u>u>0 0 v>v>0 0 u0，，所以所以  =sin-1(AO/AN)>0；； 在基线以东的网格在基线以东的网格，，AO0 下沉运动下沉运动 ω0， Δ Dp>0,对Dp进行修正，要将多余的去 掉，使整层散度接近于0，从Dp中减 去一个值 0D1001000pdp0D1001000pdp南京信息工程大学南京信息工程大学 • 若 整层有辐合， ε<0， Δ Dp<0,对Dp进行修正，要加上一个量， 使整层散度接近于0 • 只有ε =-1或ε =1，即整层同号时， 无法用此方法进行修正，无法使整层 散度接近0，此时（3.7.12）积分号 内为0 ，不能用该方法求垂直速度 0D1001000pdp南京信息工程大学南京信息工程大学 • 但上述情况一般是在资料质量很差的情 况下，并且一般出现在孤立点上，可以 采用四点平滑的方法加以补救 先用此表达式对未订正的散度各层同号的 点上进行计算，用此方法求得各层散度 值，然后再求垂直速度，最后进行订正 41)DDDD(D1 - j , i1j , ij , 1 - ij , 1i南京信息工程大学南京信息工程大学 • 修正方案三 p11 pp1001000p1001000pppppppDDD DD DDDDDD   NkkkNkkkpDpDdpdp南京信息工程大学南京信息工程大学  000ppp1001000p1001000ppppp1001000p1001000pp0ppp0pD DDD DD DDdp dpdpdp dpdpdp南京信息工程大学南京信息工程大学 • 先计算散度的订正量Δ D kkkDDD  则订正的散度为层散度的标准偏差是气压层pdpDdp)( D 0N0N ppppp0ppN修正方案四修正方案四 南京信息工程大学南京信息工程大学 距平值平均值jijinimjjinimjjixxxnmx xxxnm,,11,112 ,)(1南京信息工程大学南京信息工程大学 • 从对散度的修正对原始风场作调整 • 风向量可以分解为有旋无辐散和有 辐散无旋两个部分 22,,Dvvvuuu势函数流函数南京信息工程大学南京信息工程大学     yvxuxvyu南京信息工程大学南京信息工程大学 • 对风场作调整，旋转部分不做调整，只 对辐散部分作调整，调整后的的风向量 pDDDyv xu yv xuvuvuvuvu  )()(,,,,)15. 7 . 3(yvxu2为调整后的分量分量为原始风场的其中南京信息工程大学南京信息工程大学 yv xuDvuDpoisonDpp计算再利用订正后的风场求得式代入后求得方程解情况下可以在给定边界条件的,,,)15. 7 . 3(,2南京信息工程大学南京信息工程大学 0kpp0kD,dp订正后的垂直速度利用运动学方法南京信息工程大学南京信息工程大学 • 修正方案四的物理意义 0, 0D,D,)D(0N0N0kppp0ppp0Npp0pppDdpDdpdpD则越大越大成正比与南京信息工程大学南京信息工程大学 • Δ Dp修正量与标准差权重成正比，每层 散度标准差是不同的 的修正值要大一些标准差大的气层中所占比重标准差在整个垂直气层层的表示第代表权重ppppppDpW dpN , 0南京信息工程大学南京信息工程大学 • 四种修正方案的比较： • 方案1 ：均值（常数）订正， 每层修正量一样 • 方案2：线性修正，修正量是层 数k的二次曲线 南京信息工程大学南京信息工程大学 • 方案3：散度修正量与散度量本 身成正比 • 方案4：散度修正量与各层散度 标准偏差权重成比例 南京信息工程大学南京信息工程大学 • 前两种方案：由风场 散度、 垂直速度 散度和垂直速度 的修正量 • 第三种方案：由风场 散 度 散度修正量 散 度修正 由修正后的散度通 过运动学公式计算垂直速度 南京信息工程大学南京信息工程大学 第四种方案：由风场 散度场、 垂直速度 散度标准差权重 散度订正量 求得势函数 修正风场 计算真实散度场 运动学公式计算得到真实垂直 速度 南京信息工程大学南京信息工程大学 §§3.8 3.8 热力学方法求垂直速度热力学方法求垂直速度 • 绝热法：在绝热条件下位温守恒绝热法：在绝热条件下位温守恒 • 在大气上层，水气含量很少，并且在大气上层，水气含量很少，并且 温度总保持在很低水平，温度总保持在很低水平， 水汽相水汽相 变导致位温变化的可能很小，因此变导致位温变化的可能很小，因此 基本上上层大气物理过程可以看成基本上上层大气物理过程可以看成 是绝热的是绝热的 ，在降水区可以改用相，在降水区可以改用相 当位温当位温θe e 南京信息工程大学南京信息工程大学 0()duvdttxypuvtxyp 由公式推断所需要 的资料，以及计算 步骤，也即框图 南京信息工程大学南京信息工程大学 思考： 由以上表达式，设计用热力学 方法计算100hPa垂直速度的步 骤或者框图（已知100hPa及其 下方另一等压面两个相邻时次 温度场资料及100hPa风场资料） 南京信息工程大学南京信息工程大学 运动学特征参量的应用 • 0515台风卡努登陆后强度衰减的诊断分析 • 0606号台风暴雨的物理量诊断分析 • 2006-06-13贵州省望谟县大暴雨的诊断分析 • 2007-07-26贵州大暴雨天气诊断分析 • 2007年7月川东北连续3场大暴雨过程的诊断分析 • 2008年1月18-22日河南区域暴雪诊断分析 • 一次区域性暴雪天气过程的诊断分析 • 一次特大暴雨过程的诊断分析 • 应用湿Q矢量分解理论诊断分析05-7梅雨锋暴雨 南京信息工程大学南京信息工程大学 一次暴雨过程分析 • 2003 年淮河流域梅雨期(6 月29 日～7 月11日) 有3 次强降水过程: 6 月29 日～7 月1 日、7 月 3～5 日和7 月8～11 日。

这3 次降水过程中, 区 域平均的最大日降水量都超过或接近50 mm , 其 中,7 月3～5 日发生在河南、安徽、江苏的持续 暴雨过程是致洪的主要暴雨过程之一7 月4 日 14 时～5日20 时, 安徽滁州和江苏南京的降雨量 分别为380mm、195 mm , 降水是由梅雨锋上发生 的中尺度对流系统(MCS) 和低涡造成的 南京信息工程大学南京信息工程大学 雨区和降水量分布 南京信息工程大学南京信息工程大学 2003 年7 月3 日00 时～4 日00 时降雨 量 江淮雨带位于河南中部、 安徽、江苏的北部 最大雨量 安徽太和249. 3 mm 界首162. 0 mm 临泉176. 2 mm 利辛163. 1 mm 蒙城183. 4 mm 南京信息工程大学南京信息工程大学 2003 年7 月4 日00 时～5 日00 时降雨量 雨带较3 日向东南移了大 约200～300 km, 暴雨区 主要位于江苏中南部, 大 暴雨区位于安徽、江苏中 部交界处, 最大降雨量在 安徽滁州为273. 7 mm, 其 次是江苏扬州为212. 0 mm 南京信息工程大学南京信息工程大学 2003 年7 月5 日00 时～6 日00 时降雨 量 5 日, 暴雨发生在江苏南部 江苏丹阳187. 7 mm 靖江182. 6 mm 江苏中北部仍有降雨。

南京信息工程大学南京信息工程大学 环流形势 天气系统的有效合理配置为触发南京 强对流性突发大暴雨提供了十分有利 的大尺度动力和热力(水汽)背景条件 南京信息工程大学南京信息工程大学 南京信息工程大学南京信息工程大学 南京信息工程大学南京信息工程大学 2003 年7 月3～6 日500 hPa 高度场(单位: gpm) 和200 hPa 急流(箭头, 大于40 m/ s) : (a) 3 日00 时; (b) 4 日00 时; (c) 5日00 时; (d) 6 日00 时 南京信息工程大学南京信息工程大学 这次暴雨过程中,江淮流域、华南上空处于强 大的高压区内 南京信息工程大学南京信息工程大学 500 hPa西太平洋副热带高压明显东移南撤西风带 在乌拉尔山和雅库茨克上空各为一阻塞高压,西伯 利亚上空为大低涡控制,极地冷空气较强 南京信息工程大学南京信息工程大学 700 hPa切变线随副高的减弱南压,将暖湿气流输送到江淮地区 南京地区处于暖湿气流中、地面梅雨锋前,上升运动很强切 变线南侧有一支与之近乎平行的低空西南风急流 南京信息工程大学南京信息工程大学 地面图上,长江流域一直维持着一条静止锋,江淮地 区为一个低压中心,东西向切变线位于江淮之间, 形成了一个典型的江淮气旋。

南京信息工程大学南京信息工程大学 在锋区南侧的热带气团内虽在锋区南侧的热带气团内虽然层结是然层结是 对流不稳定的对流不稳定的, 但由于有下沉运动但由于有下沉运动, 对对 流受到抑制流受到抑制; 锋区北侧的层结是中性或锋区北侧的层结是中性或 弱对流不稳定的弱对流不稳定的(图图4a) 在锋区南侧在锋区南侧, 大气层结是对流不稳定的大气层结是对流不稳定的, 对流层低层是高对流层低层是高θse 值区值区, 其上空其上空 700 ～～500 hPa为低为低θse值区值区 在地面锋的北侧在地面锋的北侧 是等是等θse 线最密线最密 集的地区集的地区, 等等θse 线随高度近于垂线随高度近于垂 直分布直分布 ,具有类似具有类似 热带系统的暖心热带系统的暖心 结构特征结构特征,θse高高 值区的值区的““漏斗漏斗”” 状状结构比较明显结构比较明显 南京信息工程大学南京信息工程大学 南京信息工程大学南京信息工程大学 南京信息工程大学南京信息工程大学 南京信息工程大学南京信息工程大学 南京信息工程大学南京信息工程大学 南京信息工程大学南京信息工程大学 在淮河上游的暴雨区上在淮河上游的暴雨区上 空有一从地面至空有一从地面至250 hPa 的正涡度区的正涡度区, 极大值中心极大值中心 位 于位 于 650 hPa 和和 450 hPa , 量值都为量值都为2. 0 ××10 - 4s - 1 , 在在200 hPa以上以上 为负的涡度为负的涡。