诊断分析-09 若干诊断量的分析应用.ppt

以下是利用北京地区空中风资料计算的强对流典型个例的螺旋度。这里强对流天气是指雷暴并伴有，平均风速大于或等于17m／s，瞬间风速大于或等于20m／s的大风；冰雹；雨量大于或等于20mm／h或达到50mm／6h的降水。 例7.1：1983年7月25日，延庆晚上21时05分至21时20分出现降雹，雹粒大如鸡蛋，小似玉米粒，受灾面积达9650亩，造成粮食减产134.6万斤，蔬菜减产84.9万斤。当天08时500hPa形势为斜槽型，由19时空中风资料计算的螺旋度为219m2／s2。 例7.2：1985年6月2日，密云县境内下午15时30分至16时55分出现降雹，最大雹径为7cm，一般为1-2cm，造成22000亩小麦10％被砸毁，30000多果树幼果40％被砸落、砸伤，4000间瓦房损坏。当日08时500hPa形势为槽后型。根据14时空中风测风记录计算的螺旋度为208m2／s2。 例7.3：1985年6月8日，门头沟 区、怀柔县、延庆县、石景山区下午14时15分左右出现降雹，雹粒大如鸡蛋，小似杏仁，粮田和菜地受灾面积3535亩，其中毁种50亩。当天08时500hPa形势为斜槽型。根据14时空中风记录计算的螺旋度为163m2／s2。 5.螺旋度方程 涡度方程: 运动方程: 其中 对上面两式分别点乘速度和涡度得: 可看到螺旋度的变化不仅与其平流、涡度和速度相关，还受力管项、气压梯度和地转偏向力的影响。 6.螺旋度的发展 螺旋度的重要性不仅体现在理论研究方面，还在于它在强对流天气分析预报中的应用。基于螺旋度的理论研究及后来的数值模拟结果和观测资料分析螺旋度逐渐成为引入天气分析预报中的一个重要物理量。 自20世纪80年代以来，气象学者将螺旋度应用到强对流风暴的旋转发展维持机制和其他相关的大气现象研究中，并对其在强对流天气分析预报中的应用进行了数值试验和诊断分析。 Lilly最早将螺旋度正式地引入到强对流风暴研究中。指出强对流风暴具有高螺旋度特征，它的螺旋度从环境场中获得并在浮力效应下增强，同时，高螺旋度阻碍了扰动能量耗散，对超级单体风暴的维持有重要作用;稳定的强对流风暴常发生在螺旋度值大的地方。 Etling讨论总结了大气中存在的几种典型螺旋流，并指出流体稳定性与螺旋度密切相关。 Wu等对切变热对流扰动中螺旋度的产生以及螺旋度与非线性能量传输之间的关系进行了研究。 中国气象学者也较早对螺旋度的性质应用做了研究。 伍荣生等推导出完全的螺旋度方程，并指出若不计摩擦、在准地转运动中，大气的螺旋度具有守恒的性质。 Tan等讨论、研究了螺旋度在边界层和锋区的动力性质。 刘式适等研究指出定常准地转模式中的螺旋度紧密地与大气垂直运动有关，即对于定常的大气大尺度运动，稳定层结下的上升运动对应正螺旋度，下沉运动对应负螺旋度;同样，螺旋度也紧密地与温度平流有关，暖平流对应正螺旋度，冷平流对应负螺旋度。 §7.4.3 能量－螺旋度指数 研究表明，强对流天气既可以发生在低螺旋度(H150m2／s2)结合高对流有效位能(CAPE2500m2／s2)的环境中，也可以发生在相反的环境中(H300m2／s2结合 CAPE1000m2／s2)，即两者之间存在着一种平衡关系。据此，Hart和Korotky(1991)将对流有效位能(CAPE)和螺旋度(H)组合成所谓的能量-螺旋度指数(EHI)，其定义为 EHI＝(H?CAPE)/160000 (7.32) 反映了在强对流出现时，对流有效位能与螺旋度之间的相互平衡关系。 H为低空0—2km的螺旋度。 当EHI2时，预示着发生强对流的可能性极大，且EHI数值越大，发生强对流天气的潜在强度越大。 根据Davies(1993)的研究： EHI的数值在2.0-2.5之间，可能产生中等强度的中尺度气旋； EHI的数值在8.0-8.9之间，可能产生强的中尺度气旋； 而最为强烈的中尺度气旋所对应的EHI的数值往往大于4.0。 因此，EHI可用于预报强对流天气的强度。但是利用EHI并不能有效地区别龙卷中尺度气旋和非龙卷中尺度气旋。其原因在于包含在EHI参数之中的因子与低层中尺度气旋发展没有直接的关系。而数值试验结果表明，3- 7km气层中风的强度对于低层中尺度气旋的发展和维持是至关重要的。因此，在实际工作中可以将EHI与一些能够反映2-9km气层中垂直风切变强度的参数结合起来使用，以便改善强天气类别的预报。 §7.4.4 雷暴大风指数 雷暴大风是雷暴外流区前缘的特征，在有深对流发生发展的情况下，地面能否产生雷暴大风，很大程度上取决于下沉气流强度。一般认为，