位涡理论在登陆山东的台风暴雨过程诊断分析中的应用研究

【摘要】： 本文利用非静力中尺度模式MM5对1999年8月11～12日由冷空气侵入台风低压环流造成半岛西部和鲁东南特大暴雨过程成功地进行了数值模拟。用模式输出结果，对常用物理量场的垂直结构进行了中尺度分析，同时用模式输出资料计算了等压面及等熵面上的干湿位涡，根据位涡理论研究了这次暴雨过程等压面和等熵面上的干湿位涡分布，讨论了位涡与中纬度天气系统相互作用过程中的演变特征。另外又与1997年第11号台风登陆北上造成山东全省大到暴雨过程的位涡场结构进行了对比分析，讨论了两次暴雨过程位涡场结构的异同。通过分析比较，从位涡的角度揭示了这类暴雨的形成机理，以便更好地掌握台风或减弱的台风环流造成山东暴雨的机制，进一步提高有关这类暴雨的落区和强度的短期预报能力。 对“8．11”暴雨过程的常用物理量场的分析表明：这次暴雨过程的中尺度特征非常明显，在分辨率较低的大尺度场上很难分析出其物理量场的迅速变化。而从模式输出结果可以看到在暴雨区几十公里的狭窄范围内，当高空短波槽与中尺度低压相互作用时，辐合、辐散中心及正、负涡度中心快速加强，上升运动迅速发展，物理量增加了近一个量级，促使不稳定能量迅猛释放，高低空中尺度天气系统产生正反馈作用，导致特大暴雨的产生。暴雨产生在低层正涡度高层负涡度，低层辐合、高层辐散的最佳配置下，有利于形成深厚的垂直上升气柱。 通过对相当位温的垂直剖面分析，可知两场暴雨的中低层都为暖湿不稳定区，暖湿不稳定区上部冷空气明显扩散，暴雨产生在暖湿对流不稳定区内，通常产生在θ_e陡峭和密集区中，θ_e陡峭和密集区有利于涡旋发展。 对干位涡的分析表明：台风或台风环流区为高值位涡区，台风越强，位涡中心值越大；对流层上部或平流层下部冷空气(高位涡)的扩散南下与暖湿气流的交汇是造成特大暴雨的重要原因，因为上游斜压性的发展使对流层顶发生折叠，平流层与对流 层相互作用增强，上下位涡区相接的形势使低层涡旋发展，上升运动加强，位涡的下 传有效地降低了静力稳定度，有利于位势不稳定能量的释放，使得暴雨增幅。 等墒面位涡的分析进一步说明了中高纬地区冷空气的活动状况，南海和东海的位 涡高值区通过东南气流向暴雨区输送正位涡平流，对暴雨的产生意义重大。台风周围 的正位涡平流对于预报台风的移动具有重要的指示意义。 对对流层低层湿位涡及345K湿等嫡面的分析表明:湿位涡的计算包涵了水汽的作 用，它较好地反映了暴雨区对流不稳定、湿斜压发展及低空气流的加强;湿位涡在山 东台风暴雨中具有较好的指示性，当对流层低层MPVI0，同时低层有较大的正值MPVZ 或负值MPvZ的增强可作为低空急流和暖湿气流活动或涡旋活动的示踪，暴雨易发生， 暴雨通常产生在负的MPVI等值线的密集区中。 湿等嫡面上风场和气压场直观地揭示了暴雨区冷空气扩散、暖空气堆积及两者在 等嫡面上相遇，辐合上升产生暴雨的机制，它较好地解释了8.11”暴雨强度强，范围相 对较小的原因。 应用位涡理论对有关涡旋或暴雨过程进行分析有其非常显著的优点，物理意义清 晰，为暴雨的落区和强度的短期预报提供一种有益的预报思路。湿等墒面位涡图是暴 雨诊断分析的有力工具，等墒面位涡图可作为预报台风路径的参考。