对流涡度矢在诊断西南涡暴雨中的应用

摘要

对大尺度大气运动来说,位涡是一个非常有效的动力示踪物。因为在笛卡尔坐标系中位温面与水平面是近似平行的,涡度矢量和位温梯度矢量的交角较小,两个矢量点乘的积是明显的。但是在中小尺度大气运动以及深对流系统的发展演变过程中，由于湿等熵面的倾斜,位温梯度矢量与涡度矢量的交角变大,两个矢量的点乘积趋于零,位涡变得较弱，其诊断效果变差。高守亭等则将位涡定义推广,即把位势涡度定义中涡度矢量和位温梯度的点乘改为叉乘得到了一个新的物理量,称为对流涡度矢量 (Convective Vorticity Vector，简称CVV)。研究表明CVV 垂直分量在中纬度对流性暴雨中有很好的指示性, 并且其高值区与云中水凝物和地面降水都有较好的对应关系，但是其能否在诊断中尺度浅薄系统产生的暴雨中发挥作用，还未有定论。本文则利用对流涡度矢量(CVV)对2010 年7 月16～18 日由西南涡引发的一次暴雨过程进行了中尺度诊断分析。以检验这种新型物理量在诊断复杂地形下中尺度系统引发的暴雨时的效果及应用。研究了CVV 垂直积分的各个分量与降水率的关系，尤其是对流涡度矢量的垂直分量Cz 在西南涡暴雨过程中的指示意义。结果表明：(1) CVV 垂直分量在西南涡引发的暴雨过程中有一定的指示意义。暴雨区平均垂直积分的CVV 垂直分量与暴雨过程中的降水率存在滞后关系，相关系数可达0.76。(2) 850hPa 暴雨中心CVV 垂直分量正高值出现时间与暴雨达到最强的时间基本一致。(3)对流层低层CVV 垂直分量高值区与暴雨落区有较好的对应关系。暴雨区基本位于CVV 垂直分量的正值中心附近，偏向其梯度较大的地方。通过本次暴雨个例的研究，证实了对流涡度矢量可用于像西南涡这种中尺度浅薄系统产生的暴雨的诊断分析，为今后的暴雨诊断提供了一个新思路或新方法。但由于个例较少，所得结论还需要在今后相关应用研究中做进一步验证和完善。