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位势形变及其在降水诊断中的应用

Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences

暴雨灾害是我国主要气象灾害之一,准确的暴雨预报对于减少暴雨造成的人员伤亡和经济损失具有重要意义。为了有效提高暴雨预报水平,大气所云降水与强风暴实验室的高守亭、冉令坤研究员等基于非均匀饱和湿空气理论和中尺度波流相互作用理论提出了一系列对暴雨有良好指示意义、物理意义明确的动力因子,这些动力因子利用数值模式能够提供较为准确的形势场的特点,综合包含了大气中与强降水有关的重要动热力过程,通过动力因子得到的降水预报是依赖积云参数化和云微物理参数化过程的模式降水预报的有效补充。近年来,高守亭、冉令坤及其合作者一直致力于动力因子的开发和应用,使之能够更加全面地反映实际降水过程。近期,大气所LACS实验室的李娜、冉令坤等提出的新的动力参数—位势形变便是将形变场引入到降水的诊断中。

  形变是风场的三大基本特征之一。过去对降水大气关注较多的是涡度和散度场特征,对形变场在降水过程中的分析应用却很少,而许多观测和理论研究均表明,形变和涡度、散度一样与强降水的发生发展及分布密切相关。李娜、冉令坤等提出的位势形变是基于位涡概念而提出,不仅包含了大气全部的形变信息(伸缩形变和切变形变),还将形变与大气中的其他动热力信息结合,从而更加有效地反映降水大气特征。他们的研究发现:位势形变和形变一样不随坐标的旋转而改变;位势形变中包含了三维水汽梯度、垂直风切变和形变场信息,其尤其能够反映MCS降水过程中冷池附近下沉冷气流与上升暖气流对峙的结构,能够显著区分降水大气与非降水大气的动热力性质,对MCS降水有良好指示意义。

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