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本文利用WRF模式,对2007年8月20日00时-22日00时的“圣帕”台风暴雨进行数值模拟,分别借助于准地转Q矢量、半地转Q矢量、非地转Q矢量以及非地转湿Q矢量对这次暴雨进行诊断分析,并初步探讨了此次暴雨形成的可能原因。
通过对比800hPa、700hPa、500hPa高度上的的各Q矢量发现:各Q矢量在800hPa高度上的诊断效果最好;而在这几种Q矢量中,非地转湿Q矢量的性能最佳。既在800hPa高度上的非地转湿Q矢量散度辐合区的范围与同时刻地面降水落区的范围对应的比较好,辐合强度与降水强度基本相对应,并且辐合中心的位置和辐合强度与最大降水中心的位置和降水强度也基本相吻合,可见800hPa的非地转湿Q矢量散度场对雨带的移动和降水强度有着较好的追踪和指示作用。
Q矢量的分解具有重要的物理意义,文中把非地转湿Q矢量分解成平行和垂直于等位温线两部分,这样可以清楚的看出在暴雨的不同阶段,不同尺度的Q矢量散度辐合场强迫具有不同的作用:在暴雨强盛时期,中尺度Q矢量散度辐合强迫作用占主导地位,大尺度Q矢量散度辐合强迫的作用较小;在暴雨前期和衰亡时期,大尺度Q矢量散度辐合强迫的作用则非常重要,中尺度Q矢量散度辐合强迫的作用处于次要的地位。通过非地转湿Q矢量分解量的剖面图可以看出分解的Q矢量与次级环流的关系,也即是本次暴雨可能的物理机制:由于大量的水汽输送致使空间分布不均匀,造成低层大尺度的Q矢量散度辐合强迫产生上升运动,激发次级环流;大气运动在调整的过程中致使对流不稳定能量释放,此时中尺度Q矢量散度辐合的增大,辐合辐散进一步加强,次级环流也进一步加强,从而促使暴雨的产生。