一次华北暴雨过程中的位势变形研究

摘要

以往研究发现,变形场与降水关系密切,但这种相关性在降水诊断中的应用不多.位势变形将大气热力因子与变形场结合,将变形场更好地引入到暴雨诊断分析中.本文研究了位势变形的物理意义及其在暴雨过程中的产生机制.研究发现,位势变形具有与变形相似的特征,但包含了更多的物理信息,可看作一种热力耦合速度矢(u*,v*)的变形.进一步,推导了位势变形的平方(SPD)的倾向方程,发现大气中SPD的产生或减少与位势变形的伸展轴和地转位势变形的伸展轴的夹角有关,当夹角小于π/2时,SPD产生.将位势变形应用于2016年7月20日一次华北暴雨的诊断分析中,发现SPD对暴雨过程中的降水快速增强有良好反映.随着降水增强,SPD分布更加集中、有组织性.对SPD倾向方程的诊断结果表明,SPD的集中和SPD在边界层产生并向上输送有关.SPD的集中是对降水有利的物理因子(如垂直风切变、湿斜压性)在降水区汇合的表现,这些物理因子有助于上升运动增强,从而引起降水加强.该研究进一步验证了位势变形在暴雨诊断分析中的有用性.