研究引入湿静力温度物理量和运用能量天气学方法,对9405号热带风暴登陆前后我省中部和南部出现的一次暴雨过程进行综合分析,了解夏季暴雨落区和单站暴雨产生的能量特征,提出一些具有参考价值的结论。
(1)湿静力温度
单位质量空气的湿静力能量是湿热能、位能、潜热能之和
Eα=CpT gZ Lq
Eα称为湿静力能量。为了能用观测资料直接简便地计算能量,引入与能量相当的温度—湿静力温度:
Tα=Eα/Cp=T gZ/Cp Lq/Cp
由于Tα综合表示了压、温、湿各要素,故分析其局地演变对于掌握气团属性的演变和本地天气的关系很有用处。
当q=qS(饱和比湿),则Tα称为饱和静力温度(用Tα*表示)。
(2)变能
由于强降水不稳定能量增加的原因,大多数是由于中高层的降温和低层的增湿升温。对于夏季强降水,低层的增湿作用最大。因此,分析低层变能是简易地考察不稳定能量变化的一个有力方法。当△Tα≥0时,是不稳定能量积累过程;当△Tα≤0时,是不稳定能量释放过程。
雷雨顺在《能量天气学》一书中对暴雨开始时的能量特征分析结论为:①能量高、②高潜热能、③准饱和、④存在一定的潜在不稳定能量。因此,研究在用能量天气学方法作暴雨落区落时预报时将重点考虑这四个方面,并且根据夏季暴雨特点以中低层能量形势分析为主,特别是50、700、850hPa层和地面层。
由于在业务工作中,主要是根据北京时08时和20时资料分别进行(20~20时)和(08~08时)天气预报,所以研究重点是研究如何提前12小时作天气预报的方法。
分析对流层下部潜在稳定度和能量的分布和演变对暴雨落区的影响,结果表明暴雨落区12小时前形势为:①处于潜在不稳定舌端略下游附近地区;②处于最大能量梯度区(即高能区与低能区交界处),暴雨中心偏在高能区一侧,暴雨区边界以低能区一侧锋区边界为界,雨区走向几乎与能量区走向一致。上述两点说明暴雨产生是上游最大潜在不稳定、高能输送引起的,所以能量与流场的分布情况对暴雨落区预报尤为重要。
引入湿静力温度,物理意义是:利用现有观侧资料进行简便计算,可以发现常规天气图上不易发现的各种短波系统和中小尺度系统,特别是夏半年短波天气系统,对中小尺度灾害性天气分析有一定的用途。由于湿静力总温度只是表征了大气的热力学属性,所以必须把能量天气学方法和常规天气图(动力槽脊系统、辐合区、地形作用、流场)结合分析,才能较准确地进行暴雨预报。