螺旋度方法課件.ppt

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1、螺旋度及其應(yīng)用一　螺旋度概念的提出及研究回顧二　螺旋度的計算表達(dá)式及物理意義2.1垂直螺旋度(又稱k或z-螺旋度)2.2水平螺旋度2.3完全(或總)螺旋度三　范例一螺旋度概念的提出及研究回顧1961年Betch首先提出了螺旋度的概念。自那以后,氣象學(xué)者們進(jìn)行了一系列的發(fā)展。1978年Moffert將螺旋度定義為風(fēng)速度矢和渦度矢點積的體積分。而將風(fēng)速度矢和渦度矢的點積稱為局地螺旋度。Lilly(1986)最早將螺旋度正式地引入到強(qiáng)對流風(fēng)暴研究中。Brandes(1989)提出了風(fēng)暴相對螺旋度的概念。國外:Lilly(1986)討論了螺旋度在形成超級雷暴單體中的作用,證明較大的螺旋度抑制了湍流

2、擴(kuò)散,使得超級單體穩(wěn)定,生命期延長;Woodall(1990)將螺旋度應(yīng)用于龍卷的預(yù)報;RobertDavies-Jones(1990)等人的觀測研究得到螺旋度可以作為一個強(qiáng)對流風(fēng)暴的預(yù)報參數(shù);P.W.Leftwich(1990)研究了螺旋度量值的大小對實際業(yè)務(wù)工作中不同強(qiáng)對流天氣預(yù)報的指示意義;美國國家風(fēng)暴中心(NSSFC)開發(fā)了應(yīng)用于業(yè)務(wù)的螺旋度分析和預(yù)報程序(HAFP)。國內(nèi)很多研究表明螺旋度對暴雨是一個相關(guān)性較強(qiáng)的參數(shù)。有人通過實例分析,將各層次局地螺旋度水平分布與暴雨的滯后相關(guān)關(guān)系進(jìn)行對比分析,并指出暴雨一般發(fā)生在局地螺旋度的大值區(qū)里。分析還表明,螺旋度作為一個診斷量,其極值和暴

3、雨的極值存在大約2～4h的滯后相關(guān),其中400hPa、500hPa高度的局地螺旋度的這種相關(guān)較明顯且穩(wěn)定。此外,有人將螺旋度與對流有效位能等其它物理量相結(jié)合組成“能量螺旋度”等新參數(shù)來使用,對未來暴雨落區(qū)的指示意義更為明確。這些結(jié)果說明螺旋度對未來暴雨的落區(qū)具有一定的預(yù)報意義。二螺旋度的計算表達(dá)式及意義Lilly提出螺旋度的物理概念,其嚴(yán)格定義為風(fēng)速和渦度點積的體積分:式中V為三維的環(huán)境風(fēng)矢量,C為研究對象（風(fēng)暴、強(qiáng)對流體等,以下統(tǒng)稱為對流系統(tǒng)）的移動速度,為三維的相對渦度,則(V-C)就是相對于對流系統(tǒng)的速度,因而有人把式(1)也叫做相對風(fēng)暴螺旋度(storm-relativeHelic

4、ity)。由式(1)可見,螺旋度不僅表征了環(huán)境場的旋轉(zhuǎn)程度，而且還表示輸入到對流系統(tǒng)中的環(huán)境渦度的多少。其大小反映了旋轉(zhuǎn)與沿著旋轉(zhuǎn)方向運動的強(qiáng)弱程度(圖1)以式(1)為基本依據(jù),在具體應(yīng)用中,螺旋度的計算方法很多,其中廣為采用的是Davies-Jones等使用探空資料根據(jù)解析幾何性質(zhì)得出的計算公式:并把H≥H0(H0=150)作為強(qiáng)對流性風(fēng)暴發(fā)生的判據(jù),上式中H為相對風(fēng)暴螺旋度,un、vn為相應(yīng)層上的風(fēng)分量,cx、cy是C的分量,C的取法可根據(jù)實際觀測資料,也可根據(jù)經(jīng)驗假設(shè),例如取為850～400hPa氣層內(nèi)平均風(fēng)速的75%且風(fēng)向右偏40°。螺旋度大的環(huán)境有利于強(qiáng)對流系統(tǒng)以及低渦氣旋的生成

5、和發(fā)展。2.1垂直螺旋度(又稱k或z-螺旋度)（Ｈ3）垂直螺旋度就是指螺旋度在垂直方向的分量或投影即垂直渦度和垂直速度的積。眾所周知,一方面垂直渦度大的系統(tǒng)與劇烈天氣現(xiàn)象(如中尺度氣旋)聯(lián)系密切;另一方面垂直速度是實際大氣中造成天氣現(xiàn)象的最直接原因。因此,垂直螺旋度充分反映了兩個與天氣現(xiàn)象緊密聯(lián)系的物理量的配合情況,在一定程度上不僅能反映系統(tǒng)的維持狀況,還能反映系統(tǒng)發(fā)展、天氣現(xiàn)象的劇烈程度。垂直螺旋度是國內(nèi)在螺旋度研究和應(yīng)用中較有特色的,這也與國外的螺旋度研究側(cè)重點有別。在實際應(yīng)用過程中明顯有兩類不同的計算方法:一類是在垂直方向逐層計算；另一類的計算則是沿垂直方向積分。因此可將它們分別稱為

6、局地垂直螺旋度和積分垂直螺旋度來進(jìn)行分析。2.1.1局地垂直螺旋度（Ｈ3z）局地垂直螺旋度的計算表達(dá)式為：其中,ω為P坐標(biāo)系中的垂直速度，是相對渦度的垂直分量,其余為氣象上常用物理量符號。對于(3)式來講,在上升運動區(qū)(ω<0),若有正渦度(ζ>0),則有正H3z螺旋度;若有負(fù)渦度(ζ<0),則有負(fù)H3z螺旋度。(2)式中H3z的單位為m/s^2。局地垂直螺旋度的具體應(yīng)用楊越奎等對1991年7月時段梅雨鋒暴雨H3z螺旋度進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)螺旋度的水平分布同當(dāng)時雨區(qū)的恰當(dāng)配合,有利于暴雨系統(tǒng)的發(fā)展及暴雨的維持。吳寶俊等運用H3z螺旋度分析了1982年7月16日三峽區(qū)間出現(xiàn)的一次大暴雨。鄭蓉對1

7、998年夏季長江山峽區(qū)間致洪暴雨進(jìn)行了H3z螺旋度分析。楊曉霞等利用常規(guī)探空資料,對山東省3次不同系統(tǒng)產(chǎn)生的大暴雨天氣過程進(jìn)行了H3z螺旋度分析。江敦雙等利用H3z螺旋度對青島市2000年6月25～27日的暴雨過程進(jìn)行了診斷分析。王厚廣等分析了青島地區(qū)2000年汛期6次暴雨的H3z螺旋度特征。孫蘭東等利用T106數(shù)值預(yù)報模式產(chǎn)品,計算了k-螺旋度,對近年西北地區(qū)東部的三次暴雨天氣過程進(jìn)行了H3z螺旋度分析。許美玲等應(yīng)用螺