文档介绍：第!& 卷! 期应用气象学报<=>? !&,0=? !
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对流能量计算及强对流天气落区预报技术研究!
李耀东!)") 高守亭!) 刘健文")
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! (中国科学院大气物理研究所,北京!###"$) "(北京航空气象研究所,北京!###%&)
摘要
文章分析了两种典型的大气湿绝热过程及其处理方法,对大气对流能量参数的计算技
术进行了研究。结合实际个例,利用可逆饱和绝热过程,对包含液态水重力拖曳作用的修正
对流有效位能(’()*+)和修正下沉对流有效位能( ’,()*+)进行了定量计算。文章结合
数值模式输出探空分析,预报不稳定和对流能量的区域分布,在此基础上建立了综合多指标
叠套强对流天气落区预报方法,用’’& 及国家气象中心-!#. 模式输出及诊断产品预报强
对流天气落区,并检验强对流落区预报技术。
关键词:可逆饱和绝热过程修正对流有效位能( ’()*+) 修正的下沉对流有效位能
(’,()*+) 综合多指标叠套强天气落区预报
引言
强对流天气是最严重的自然天气灾害之一。虽然这种天气现象一直为各级气象部门
所关注,并投入大量人力、物力,但至今仍缺少行之有效的预报手段。在我国,目前对这类
天气的临近预报主要是根据实况(包括雷达和卫星)观测外推或根据预报员关于强天气的
概念模式来进行。在国外(如美国),利用加密的中尺度观测及卫星、雷达资料,采用变分
同化技术,非静力中尺度模式对某些强对流天气的临近预报已显示出一定的能力[!]。而
[ ]
对于!" / 以上,目前的业务数值预报模式还不能真正预报强对流天气" 。但强天气的发
生也有规律可寻。现在的数值模式在短期形势预报方面已达到较高水平,美国原国家强
风暴预报中心(0112()下属的强风暴实验室(0113)自上世纪$# 年代初开始在实际业务
[ ]
中以数值预报资料为基础制作强对流天气的短期指导及展望预报 4 ,$# 年代末,澳大利
亚把决策树雷暴预报方法与数值天气预报模式结合起来[5],使雷暴预报效率明显提高。
而在我国,尚未见相类似的业务工作。最近几年,数值预报技术在国内有了长足的进步,
各级气象业务部门已能得到大量高质量的数值预报产品,研究如何利用这些资料进行强
对流天气的分析预报,把这种天气现象造成的损失降低到最低程度是十分必要的。
强对流天气的发生离不开深厚对流的发展,而深对流的发展必须具备三个条件,即不
稳定存在、充分的水汽供应、一定的抬升条件,三者缺一不可[&],其中,各种动力和热力不
稳定的存在是对流发展的前提。大气特别是对于带有热力和质量强迫的强风暴系统[.],
本文受国家自然科学基金( )和中国科学院知识创新工程( )共同资助。
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万方数据
"##4J#!J"5 收到,"##4J#&J"" 收到修改稿。
期李耀东等:对流能量计算及强对流天气落区预报技术研究
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其不稳定问题非常复杂[!],但位势和层结不稳定是强对流活动最重要的基本条件,而对
流能量的大小又决定了对流发展的程度。因此,分析大气位势和层结不稳定、计算对流能
量成为分析和预报强天气不可避免而且十分重要的问题。
强天气是一种深对流,而深对流又与湿对流紧密相关。用于表示大气稳定度的许多
指数如沙氏指数["]、抬升指数[#]等通常都与大气的湿绝热过程有联系,而大气对流能量
的计算实质上就是求解大气湿绝热过程。本文将在回顾大气湿绝热过程处理方法的基础
上,研究几个与强对流有关的能量参数及其计算方法,并采用可逆绝热过程计算包含水物
质拖曳作用的对流能量参数。文章还将介绍综合多指标叠套预报强对流天气落区的思想
方法,给出包含水物质拖曳作用的对流能量的计算实例,并给出强对流天气落区预报的统
计检验及个例试验结果分析。
$ 湿绝热过程处理及对流能量的计算与分析
! % ! 湿绝热过程的计算分析
在预报对流性天气的发展时,传统的埃玛图( )分析是最常用的方法之一。埃
! &’() "
玛图分析的关键在于计算状态过程,即干、湿绝热过程。其中,干绝热过程的计算比较简
单。而对于湿绝热过程,目前主要有四种处理方法,即基于总温度守恒(湿静力能守恒)、
假相当位温守恒、严格假绝热方程及可逆饱和绝热过程的处理思想。其中,假相当位温守
恒和总温度守