广东气象８第３８卷图年第号台风彩虹路径图ａ和３日７日累计雨量单位ｍｍｂ湿位涡分析湿位涡表达式及物理意义吴国雄等３定义湿位涡为单位质量空气块的绝对涡度在相当位温梯度方向的投影与这一梯度绝对值的乘积对于绝热无摩擦的饱和湿空气具有湿位涡守恒的

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赴凌
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1 第 38 卷第 4 期 2016 年 8 月广东气象 GuangdongMeteorology Vol.38 No.4 August 2016 徐碧裕, 叶朗明, 胡丽华. 台风彩虹过程的湿位涡分析 [J]. 广东气象,2016,38(4):7-11. 台风彩虹过程的湿位涡分析徐碧裕, 叶朗明, 胡丽华 ( 江门市气象局, 广东江门 ) 摘要 : 采用 NCEPFNL1 1 再分析资料国家气候中心降水融合资料以及地面观测站逐时雨量数据对台风彩虹过程湿位涡进行分析结果表明 :850hPa 上 MPV1 正负值交界的等值线密集区 925hPa 上 MPV1 负值区与强降水区域均有很好的对应关系 ; 高层 MPV1 正值, 低层负值, 有利于能量下传, 增强了对流层低层的不稳定度 ( 即 e / p 增加 ), 导致不稳定能量释放 ; 在台风中心附近有 - e / p 0 转为 <0, 有利于上升运动的发展 ; 在低层 MPV2 正负值弱中心降雨均不明显, 反而在正负值交界等值线密集区的近负值区域一侧降雨强度大, 在一定程度上可根据 MPV2 的分布得出冷暖空气的相互作用关键词 : 天气学 ; 湿位涡 ; 台风彩虹 ; 倾斜涡度发展理论中图分类号 :P458 文献标识码 :A doi: /j.isn 台风暴雨常给沿海省市带来灾害性破坏 [1], 是天气预报业务中的重点难点 1979 年,Ben [2] nets 等首次提出湿位涡 (MPV) 概念, 在水汽饱和的情况下, 湿位涡在不计非绝热加热和摩擦作用时是守恒的因湿位涡不仅表征了大气动力热力性质, 而且还考虑了水汽的作用, 通过分析湿位涡, 能更全面地诊断暴雨的发生发展过程 [3] 1995 年, 吴国雄等从严格原始方程出发, 提出倾斜涡度发展理论, 指出在湿位涡守恒条件下, 由于湿等熵面的倾斜, 大气水平风垂直切变的增加或水平湿斜压的增加都会引起垂直涡度的增长, 从而导致暴雨的发生 [4] 近年来, 位涡理论及倾斜涡度发展理论逐渐应用到台风暴雨强对流的研究中, 且得出了一些有意义的结果沈晓 [5] 玲利用模式资料对台风碧利斯进行湿位涡分析, 得出低层等压面上 MPV1(MPV 垂直分量, 湿位涡正压项 ) 负值中心可指示强降水落区, 且 [6] MPV1 绝对值与降水强度成正相关 ; 王淑静等对不同路径结构不同的登陆台风的若干实例进行暴雨落区的解释, 得出在台风倒槽顶部, 暴雨落区与 MPV1 及 MPV2(MPV 水平分量, 湿位涡 [7] 斜压项 ) 的骤增有关 ; 李英根据湿位涡理论, 对比分析 2 个台风的变性过程, 表明台风的变性加强与高层正位涡扰动下传有关,MPV1 增长会引 [8] 起倾斜涡度发展 ; 范可等应用湿位涡理论, 分析了发生在东南亚夏季的 2 个强降水个例, 认为对流层高层 MPV1 正值区与低层 MPV1 负值区相互作用, 容易贮存和释放湿对流不稳定能量, 有利于强降水产生本研究采用 NECPFNL1 1 逐 6h 再分析资料, 计算各层次湿位涡, 试图寻找暴雨落区与湿位涡在水平垂直方向上的对应关系, 为今后对台风暴雨落区及强度预报提供参考 1 台风彩虹概况 2015 年第 22 号台风彩虹于 10 月 2 日 02:00( 北京时, 下同 ) 在菲律宾马尼拉以东洋面生成, 随后快速西北移, 强度持续加强,20:00 加强为强热带风暴,3 日 14:00 加强为台风级, 中心最大风力 33m/s(12 级 ),23:00 加强为强台风级, 中心最大风力 45m/s(14 级 ), 并于 10 月 4 日 14:00 在湛江市坡头区沿海地区登陆, 登陆时中心附近最大风速 50m/s(15 级 ), 中心最低气压 940hPa, 随后继续向西北方向移动, 穿过雷州半岛,4 日 18:00 前后从廉江市进入广西境内,4 日夜间减弱为热带风暴, 于 5 日在广西境内减弱为热带低压 ( 图 1a) 受彩虹环流影响,3 日夜间到 7 日早晨广东省均出现明显降水降水主要出现在 4 日 08: 00 5 日 08:00, 根据全省气象站网统计, 粤西和珠江三角洲出现了暴雨到大暴雨局部特大暴雨降水 ( 图 1b) 收稿日期 : 作者简介 : 徐碧裕 (1992 年生 ), 男, 助理工程师, 学士, 现从事预报服务工作 bixuejianke@yeah.net

:850hPa 上 MPV1 正负值交界的等值线密集区 925hPa 上 MPV1 负值区与强降水区域均有很好的对应关系 ; 高层 MPV1 正值, 低层负值, 有利于能量下传, 增强了对流层低层的不稳定度 ( 即 e / p 增加 ), 导致不稳定能量释放 ; 在台风中

2 广东气象８第３８卷图年第号台风彩虹路径图ａ和３日７日累计雨量单位ｍｍｂ湿位涡分析湿位涡表达式及物理意义吴国雄等３定义湿位涡为单位质量空气块的绝对涡度在相当位温梯度方向的投影与这一梯度绝对值的乘积对于绝热无摩擦的饱和湿空气具有湿位涡守恒的特性其单位为ＰＶＵＰＶＵ６ｍＫｋｇ在Ｐ坐标系中湿位涡守恒的表达式３为ｅｅｅｖｕｇＭＰＶｇ ζ ｇｆｙｃｏｎｔ其垂直和水平分量分别为ＭＰＶ和ＭＰＶｅＭＰＶｇ ζ ｆｅｅｕｖｇ３ＭＰＶｇｙ其中ＭＰＶ为湿正压项是ＭＰＶ垂直分量表示惯性稳定性与对流稳定性的作用因为绝对涡度 ζ 是正值所以当大气对流不稳定时有ｆｅＭＰＶ有利于暴雨的发生和发展大ｅＭＰＶＭＰＶ为湿气对流稳定时有斜压项是ＭＰＶ水平分量包含了ｅ湿斜压性和水平风垂直切变的作用标志了大气斜压性的发展是触发暴雨的重要机制在诱发倾斜涡度发展的过程中风的垂直切变大气垂直稳定度和湿斜压性的影响不是孤立的在湿位涡守恒的制约下不论大气是湿对流稳定还是湿对流不稳定由于大气水平风垂直切变或湿ｅ面的倾斜斜压性增加能够导致垂直涡度的显著发展并且气旋性涡度增大越强烈湿等熵面ｅ倾斜越大这种涡度的增长称为倾斜涡度发展３等压面上的湿正压项ＭＰＶ演变特征４日６ｈ累计雨量中在广东西南地区９Ｅ４ＥＮ４Ｎ均有ｍｍ以上暴雨降水降水集中分布于两广交界及广东西南部图略在恩平市锦江水库站逐时雨量中４日６后降水逐时上升最大小时雨强出现在６达到３４３ｍｍｈ该站６ｈ累计雨量达ｍｍ图略在４日图ａ８ｈＰａ上粤西沿海地区有ＭＰＶ大值中心强度达到６ＰＶＵ以上在其东北侧阳江江门沿海存在负值区域正负值交界处等值线密集４日该中心西北移动强度增强至８ＰＶＵ以上在其中心以东及以南地区均为ＭＰＶ负值控制东北部出现强度为９ＰＶＵ的ＭＰＶ负值中心图ｂ在４日对比图ａｄ与高层８ｈｐａ正值中心对应的是低层９Ｐａ下出现了负值中心高层ＭＰＶ正值低层ＭＰＶ负值非常有利于深对流的发展阳东区新洲镇站４日雨势明显增强且出现次峰值图ｆ到４日正负值交界的等值线密集区集中在两广交界同时在粤西沿海出现多个ＭＰＶ负值中心强度均在８ＰＶＵ以上图ｅ综合上下层ＭＰＶ演变降水落区集中在８ｈｐａｍｐｖ正负值交界等值线密集区低层９Ｐａ中的ＭＰＶ负值区均对应着强降水区域３湿正压项ＭＰＶ的垂直分布特征在各个时次中以台风中心所在纬度作剖面３日４日图３ａ３ｂ在ｈＰａ以下８ＮＮ地区均维持ＭＰＶ负值中层７８ｈＰａ及低层９Ｐａ存在负值中心且强度加强中心强度分别为和ＰＶＵ高层ＭＰＶ正值有下传趋势到４日图３ｃ高层ＭＰＶ正值中心明显下压零线出现在８ｈＰａ上该层以上为正值以下为负值９ＮＮ区域的对流高度明显降低高层冷空气以高值位涡柱的形式向下入侵与低层负值ＭＰＶ相互作用低层ＭＰＶ等值线明显加密从而增加了对流层低层不稳定度即增加导致对流不稳定能量释放暴雨就产生在高低空正负湿位涡柱的下方

斜压项是ＭＰＶ水平分量包含了ｅ湿斜压性和水平风垂直切变的作用标志了大气斜压性的发展是触发暴雨的重要机制在诱发倾斜涡度发展的过程中风的垂直切变大气垂直稳定度和湿斜压性的影响不是孤立的在湿位涡守恒的制约下不论大气是湿对流稳定还是湿对流不稳定由于大气水平风垂直切变或湿ｅ面的倾斜斜压性增加能够导致垂直涡度的显著发展并且气旋性涡度增大越强烈湿等熵面ｅ

3 第４期徐碧裕等台风彩虹过程的湿位涡分析９图４日ａ４日ｂ８ｈＰａＭＰＶ４日ｃ４日ｄ４日ｅ９ＰａＭＰＶ以及阳东区新洲镇站逐时雨量ｆ图３３日ＭＰＶ沿３Ｅ剖面ａ４日ＭＰＶ沿３Ｅ剖面ｂ４日ＭＰＶ沿６Ｅ剖面ｃ４日６ｈ累计雨量单位ｍｍｄ４垂直剖面上的ｅ特征沿台风中心所在纬度作垂直剖面４日图４ａＮ附近低层ｅ大值区集中在到高层中心值均为３６Ｋ以上垂直方向上变化小在中心区域两侧８ｈＰａ层以下均为说明大气低层处于对流不稳定状态在中心区域等熵面与等压面垂直由判据可知对流层低层对流稳定度很小当等熵面与等压面近似平行时值达到最大湿位涡的正压项ＭＰＶ是其主要部分９随着台风中心北移中心北侧Ｎ３Ｎ区域７ｈｐａ层以下转为图４ｂ由倾斜涡度发展理论３为了保持湿位涡的守恒低层对流稳定度的减小会导致对流层低层气旋性涡度的显著增长即在ＭＰＶ中的减小会使得 ζ ｆ的显著增长非常有利于上升运动的发展有利于暴雨的产生暴雨就产生在ｅ线陡峭密集区附近

Ｐａ层以下均为说明大气低层处于对流不稳定状态在中心区域等熵面与等压面垂直由判据可知对流层低层对流稳定度很小当等熵面与等压面近似平行时值达到最大湿位涡的正压项ＭＰＶ是其主要部分９随着台风中心北移中心北侧Ｎ３Ｎ区域７

4 广东气象第３８卷图４阴影单位Ｋ及水平风场风向杆单位ｍ在垂直方向的分布ｅａ４日沿３Ｅ剖面ｂ４日沿６Ｅ剖面湿斜压项ＭＰＶ与台风暴雨的关系从计算结果可看出ＭＰＶ比ＭＰＶ小一个量级ＭＰＶ的分布特征也与ＭＰＶ有着明显的不同台风登陆前对流层低层并没有明显的ＭＰＶ闭合强中心与强台风中心对应图图４日ａ４日ｂ和６日ｃ９ＰａＭＰＶ日６日６ｈ９Ｐａ累计雨量单位ｍｍｄ６日阴影单位Ｋ及风场风向杆单位ｍｅ分布ｅ在台风影响前期４日图ａ粤西及两广交界为ＭＰＶ正值区说明该地存在较强风切变４日图ｂ台风登陆上岸后ＭＰＶ正值区收缩中心强度加强反映了低空暖湿气流的加强向高层输送的过程随着台风的逐渐靠近暖湿空气输送强劲垂直风切边加大ｕｖ同时西风槽后的冷空气与台风个不同热力性质系统间的靠近使得ｙ并粤西一带等ｅ线密集ｙｙ占据主导地位致且使ＭＰＶ粤西及珠三角以西有较强的正ＭＰＶ带维持图ａ在台风彩虹登陆地附近也开始出现负值中心图ｂ强度在３ＰＶＵ左右意味着该区域内暖湿气流正在减弱强降雨将发生６日ＭＰＶ正负值中心的交界区处在粤西至两广地区图ｃ锋区呈南北向分布正值中心强度８ＰＶＵ负值中心强度４ＰＶＵ强度均偏弱日６日６ｈ累计降雨分布也呈现出南北向的带状分布图ｄ对比ＭＰＶ值及降水分布可知后期在ＭＰＶ正负值弱中心降雨均不明显反而在正负值交界等值线密集区的近负值区域一侧降雨强度大９Ｐａ上图ｅ受冷空气影ｅ线响冷舌向南伸至北部湾两广交界区正处在ｅ线锋区前沿西北风与东南风辐合冷暖空气交汇雨带与冷暖锋区匹配３结论通过ＭＰＶ分析得出暴雨降水落区常出现在８ＰａＭＰＶ正负值交界的等值线密集Ｐａ低层ＭＰＶ负值区均为强降水区区而９域根据９Ｐａ低层ＭＰＶ值可较好地判断降水落区在ＭＰＶ垂直剖面上高层冷空气以高值位涡柱的形式向下入侵与低层负值ＭＰＶ相互作用使得低层负值ＭＰＶ等值线加密从而增增大导强了对流层低层不稳定度即致对流不稳定能量释放３随着台风中心北移ｅ线剖面上的陡峭密

垂直风切边加大ｕｖ同时西风槽后的冷空气与台风个不同热力性质系统间的靠近使得ｙ并粤西一带等ｅ线密集ｙｙ占据主导地位致且使ＭＰＶ粤西及珠三角以西有较强的正ＭＰＶ带维持图ａ在台风彩虹登陆地附近也开始出现负值中心图ｂ强度在３ＰＶＵ左右意味着该区域内暖湿气流正在减弱强降雨将发生６日ＭＰＶ正负值中心的

5 第 4 期徐碧裕等 : 台风彩虹过程的湿位涡分析 11 集区北侧 700hPa 层以下 - e / p 0, 转为 <0 在这个过程中, 因 MPV1 为主要项, 为保持湿位涡的守恒,700hPa 以下低层对流稳定度的减小 (- e / p 减小 ) 会导致对流层低层气旋性涡度的显著增长, 从而有利于上升运动的发展 4) 在 925hPa 低层 MPV2 正负值弱中心降雨均不明显, 但在正负值交界等值线密集区的近负值区域一侧降雨强度却很大, 这在一定程度上看出冷暖空气活动参考文献 : [1] 张德苏, 梁国锋. 阳江市台风灾害防御的现状与加强防御的对策 [J]. 广东气象,2010,32(1): [2]HoskinsBJ,McIntyreM E,RobertsonAW.Onthe use and signification ofisentropic potentialvorticity maps[j].qjrm S,1985,111(470): [3] 吴国雄, 蔡雅萍, 唐晓菁. 湿位涡和倾斜涡度发展 [J]. 气象学报,1995,53(4): [4] 赖绍钧, 何芬, 赵汝汀, 等. 龙王 (LONGWANG) 台风过程湿位涡的诊断分析 [J]. 气象科学,2007,27 (3): [5] 沈晓玲, 朱健. 强热带风暴碧利斯暴雨与湿位涡分析 [J]. 科技通报,2011,27(4): [6] 王淑静, 周黎明. 解释台风暴雨落区判据的探讨 [J]. 应用气象学报,1997,8(2): [7] 李英, 陈联寿, 雷小途.Winnie(1997) 和 Bilis(2000) 变性过程的湿位涡分析 [J]. 热带气旋学报,2005,21 (2): [8] 范可, 琚建华, 范学峰. 湿位涡诊断分析在东南亚强降水中的应用 [J]. 气象科技,2003,31(1): [9] 李生艳, 丁治英. 碧丽斯台风暴雨影响广西的湿位涡诊断分析 [J]. 气象研究与应用,2007,28(1): [10] 王洪勋, 朱晓明, 张建海. 冷空气侵入对台风罗莎暴雨增幅的作用 [J]. 广东气象,2009,31(1): [11] 刘峰, 丁治英, 梁艳, 等. 莫拉克台风暴雨过程中湿位涡场的演变特征 [J]. 暴雨灾害,2011,30(2): [12] 黄亿, 寿绍文, 傅灵艳. 对一次台风暴雨的位涡与湿位涡诊断分析 [J]. 气象,2003,35(1):65-73 [13] 王亦平. 台风外围强暴雨的发生发展及其增强和维持机制研究 [D]. 南京 : 南京信息工程大学,2007. [14] 罗艳艳, 黄丽娜. 一次早台风暴雨的湿位涡分析 [J]. 海洋预报,2008,25(1): [15] 朱健, 罗律. 超强台风韦帕的暴雨机制及湿位涡分析 [J]. 气象科学,2009,29(6): [16] 刘建勇, 周冠博, 顾思南, 等. 台风菲特暴雨诊断分析 [J]. 气象科技,2014,42(6): [17] 张东, 蔡安安, 林良勋. 强热带风暴碧利斯致洪暴雨的特征及成因 [J]. 广东气象,2007,29(1): [18] 赵小平, 朱晶晶, 吴慧, 等.1321 号台风蝴蝶强度变化特征和影响因素分析 [J]. 应用海洋学学报. 2014,33(3): [19] 周静, 李厚伟, 唐洁, 等.0606 号台风暴雨的物理量诊断分析 [J]. 广东气象,2008,30(4): [20] 农孟松, 曾小团. 台风榴莲暴雨的湿位涡诊断分析 [J]. 广西气象,2002,23(1): AnalysisofMoistPotentialVorticityDuringtheProcesofTyphoonMujigea XUBi yu,yelang ming,huli hua (MeteorologicalBureauofJiangmenCity,Jiangmen529030) Abstract:UsingtheFNL1 1 reanalysisofncep, rainfalintegrateddatafromthena tionalclimatecenterandhourlyrainfaldatafrom surfaceobservationstations,westudiedtheprocesof moistpotentialvorticity(mpv)duringthevisitbytyphoonmujigea.theresultisshownasfolows.good corespondinglinksarefoundbetweenan850 hpaareawheredensepositiveandnegativempv1contours meetanda925 hpaareaofnegativempv1contoursandtheareaofintenserain.mpv1ispositiveatthe upperlevelbutnegativeatthelowlevel,favoringthedownwardtransportofenergyandenhancingtheinsta bilityofthelowertroposphere(i.e. e / pincreases)toresultinthereleaseofinstabilityenergy.around thecenterofmurigea,- e / p 0transformedinto- e / p<0,favoringthedevelopmentofascending motion.atthelowlevel,rainwasinsignificantatthecentersofpositiveandnegativempv2butveryintense onthesideofanegativeareawheredensecontoursofpositiveandnegativempv2met.tosomeextent,the interactionbetweencoldandwarmaircanbeknownfromthedistributionofmpv2. Keywords:synoptics;moistpotentialvorticity;typhoonMujigea;developmentofinclinedvorticity

阳江市台风灾害防御的现状与加强防御的对策 [J]. 广东气象,2010,32(1):35-36. [2]HoskinsBJ,McIntyreM E,RobertsonAW.Onthe use and signification ofisentropic potentialvorticity maps[j].

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