【doc】预报微下击暴流潜势的一个新指数

【doc】预报微下击暴流潜势的一个新指数 预报微下击暴流潜势的一个新指数 气象科技20【川年第4期35 预报微下击暴流潜势的一个新指数 盟盥 (河北省气象台,石家庄050021) 赵秀英吴宝俊 (中国气象科学研究院 搐要文章培出了预报撒下击暴流潜势的个新指教.并介绍该指数的表达式,计算方 法.提出 用于日常预报业务的思路. 关t词避!童墨慕离望塑些墨 引言 MeCann(1994)为预报微下击暴流潜势 引人了一个新指数"…大风指数或风指 数,记为WINDEX或wT.wI属经验性指 数,其依据是观测研究和数值模拟结果,以下 就我们对有关文献的理解说明wI指数的来 源,表达式,计算方法,希望对我国微下击暴 流分析,预报有益. 捎,指诬 将式t2)代人式(1)并对高度积分,再利用中 值定理得: 一 r-g一『二一 1晏J=(z(.) 式中.代表下沉起始高度,该处下沉速度为 零代表地面高度;"代表达到地面的下 沉速度.它同下沉气流深度(Z.--Z,)有关. 1wI指数的来源2wI指数的表达式 根据气块理论,由垂直动量方程和连续 方程提出了一个微下击暴流强度公式: dt一一gc击Pl【1,一一一L』一.l, 其中r,.是环境虚温,丁是气块与环境的虚 温差;P是扰动气压;是环境密度;(—) 是液态水和冰的质量混台比.其他均为常用 气象符号. 在定常等假定下.方程(1)的左端可以近 似写成: d — w 一夏a'1dt)2)挺2… wI指数的表达式"一为: nI一5:HR.'一30一Q一2Q)] (4) 其中,,"为0C层距地面高度(单位:km) Wakimoto和Bringi(1998)的观测研究和 Srivastava(1987)[,Proctor(1989)|等人关 于傲下击暴流的数值模拟研究表明,由于冻 结物降落穿过0C层时融化降温,气块受到负 浮力作用,使下沉气流加速,故下沉起始高度 取为0C层高度. r为环境直减率(单位:C/km). ~rJvastava(1985)_5等研究下沉气流受的力 ?"河北省琳雹天气指导预报系统与珠雹落区预报逐级指导技术研究一两谭息共 同赍时 36预报微下击暴漉潜势的一个新指数——胡欣赵秀英吴宝傻 表明,下沉气流所受的力与环境直减率的平 方成正比().他还指出,如果 r<5.5C/km.目4出现镦下击暴流的概率为 零,r一55称为"微下击暴流的临界直减 率".同时.wI表达式中含一项(30),这表 明WI右端为虚数时,McCann规定式(4) 中的wI取作零. Q,为低层比湿项Q"为0C层比湿项. '单位:g/kin).在式(3)计算气块的浮力时, 应用了气块与环境的虚温差,即Wl对环境 的直减率非常敏感.因此,低层大气的混台比 增大了有效直减率,Wl中取(一Q)项;而在 越小,越有利于增大有 0C层处的混舍比. 效直减率,通过该层的混舍物蒸发以及下沉 加速度. RQ为经验订正系数,是对于较干环境中 Wl偏高的估计值的订正.RQ:Q/12称为 干,湿儆下击暴流的临界值.这个临界值是由 Wak[moto【(1985)和Atk[n和Wak[moto【 (1991)分别在干,湿微下击暴流环境中找到 的.于,湿微下击暴流的低层混合比分别约为 4,10g/kg和14,18g/kg. 3Wl指数的计算方法 利用高空资料容易内插求出HQ 和r,代人式(4)计算出wI指数.表l给出 了一些计算实例:,由表可见,计算的值与观 测的阵风值相当接近.利用探空资料可以计 算,绘制出wI的平面分布图. 表1对于已知徽下击暴漉环境(干或湿徽下击暴流)计算的wl 4Wl指数的应用 在实际预报业务中,如果假定地面观测 的湿度代表大气底层(1km)的湿度,那么可 以根据地面观测资料计算出Wl,得到礅下击 暴流潜势的逐时分布.这种逐时计算的Wl 能较好地反映大气的变化,优于12h间隔探 空作出的结果 Fujita(1985)根据水平尺度将下击暴 流分成两类,即水平尺度小于(大干)4km的 称为微(宏)下击暴流一些研究成果表 明,微下击暴流经常是在若干秒内从上升 气流阶段演变为破坏性微下击暴流.Ryde1] 德克 和Iadd"(1992)的一个重要发现是. 萨斯南部礅下击暴流都是二次发展,而不是 初始对流引发的. 在实际预报微下击暴流中.wI象其他 稳定度指数一样(如抬升指数II等),可以绘 制wI的平面分布图,并分析出wI的高值 区但是.若没有出流边界的启动,不会引发 具有破坏性的微下击暴流.为了验证Ryde]l 和Iadd的发现,McCann选择207个破坏性 微下击暴流个例,计算了微下击暴流发生前 30,120S的地面wI,结果发现:在礅下击暴 流发生的雷暴中出流边界起着非常重要的作 用如果出流边界直接移人wI最大值处,预 气象科技2000年第411/137 报员应做出反应,即新对流有可能将在出流 边界处发展,微下击暴流将会发展;若出流边 界背离wI最大值移动,通常不会产生强的 微下击暴流.可见,w1只代表发生微下击暴 流的潜势. 对于追踪低层出流边界.卫星云图是一 种很好的工具,先进的雷达也可用来较准确 地追踪小范围地区的出流边界.目前,国内外 中尺度数值天气预报为预报员提供了许多指 导预报产品,人们普遍认为数值预报的准确 率正在提高.目前的中小尺度天气系统预报, 实际是制作其环境条件的预报.基于上述认 识.我们在实际预报业务中可用模式输出探 空资料——有关大气运动学和热力学结构的 高时空分辨率的变化信息绘制出动态的wI 再利用卫星,雷达资料明确表示出 水平分布. 流边界位置,移动情况.这将有助于准确定位 可能出现的微下击暴流. 参考文献 1McCannDWWINDEX—Anewindexforecasti~.g microhurstpot~tia1.WeaForecasting.1994.9532 5|1 1WakimmoRMandBringiVNDual-polarization 接34玎 3RockenC?eta1.Sensingalm~.phericwatervaporwith theGlobalPositioningSyslem(Jenphy..ResLeft- 1993.20(23】:Z631—263l j'~uanL?AnthesRA.WareRH-etalSensingclimate changeusingtheglobalpositioningsystem.J.Ge0phys Re.i993.98(D8):l{92514937 5(~rbtmovMEandSokolovskiySV.Remotesensing.f refractivityfromspaceforglobalob~rvatioo..of atmosphericparameters.M…Plan&Im~titutefur oe~ationsofmicroburnsasscciatedwithintense convectionIThe20】ulyStormduringtheMIST P…ctMort.Wea.Rev.?l988?1l6:l521—1539 3SnvastavaRC.AmodelintensedowndraRsdrivenhy themeLting丑ndevaporationofprecipitation.JAtmo~. sc1.1987.44:l752一l773 4ProztorFH+Numerica【simulationof…solatedmic rohurstpart】sensitivityexperimentsJAtmoa sc1.1989.46:21432l65 5SrivastavaRCAsimplemodelofevaporadvelydriven downdrah:applicationtOmicroburstdowndraftJ Asc1..1985.42:1004—1023 6WakimmoRMForecaadngdrymicrohurs~activityOVer =hehighplainsMort.Wea.Rev.1985.1】3:1】3l 1l ~,tkinNTandWakimotoRMWetmicrohurstactivitv OvffrthesoutheasternUni~ndStates:imp[icatt0nsf0r foTe~as:ingWeaForecasting.1991-5:O一3,82 8FuliraTTTheDownburstMicrohurstand bIacrohurst.SMRPRes~rchPaper!.0.UniverMty Chicago.1985l22 9CaracenaFandMaierMWAnalysEsofamicrohurstln =heFACEmeteorologicalmesonetworknSOHthem FloridaMortWeaRev1987.1l?9~29—98 RydelINNandLaddJWTowardaClimato[ogy.f 5ou:hTexasDownburstsNOAATeehMemoNWS CR102ScientificServicesDivision.NWS?ta1 Region-KansasCity.MO.1992.920224 MeteorologyReport.1993.No119.937——1060 6毛节泰GPS的气象应用.气象科技.1993.(4】:45—49 红.葛橱生-局秀骧GPS在大气撵涮中的直甩大气 遥感技术论文集北京:气象出垣杜.1997.儿0一l18 B李戚才?毛节豢.GPS地基遥感大气水忾总量分析应 用气象.1998.9(4j:47O一477 9牺红梅.葛润生.德宝祥用单站撵空责料分析对屋 气柱水汽总量气象.1998.24(9j:8—1I