Q矢量在暴雨预报的应用 矢量在暴雨预报的应用
冯瑞权 梁嘉静 何国强 澳门球物理暨气象局
1. 引言 长久以来能准确预报暴雨的起讫时间，落区和雨量均是预报的首 要目标.而降水预报主要透过估算湿空气升速度来预报.很多学者 (Yip and Cho, 1982; Chang et al., 1984; Smith e al., 1984; Smith, 1987) 在其研究均指出， 降雨量应与升强度相关， 但在般数值模式， 升速度均被估算过低，因而造成降雨量偏少的情况. 跟据般理论大范围大气近似正压状态，其运动近乎静力平衡和 转平衡.但往往重要气现象出现在斜压大气的情况.正压大气 因形变而引起斜压性，而斜压系统产生非转偏向运动，透过涡度平 流，促使达至热成风平衡，从新建立正压大气. 本文对华南各种暴雨气形势利用 Q 矢量和 Q 矢量散度进行分析 诊断，从而总结出 Q 矢量在预报暴雨的应用方法.
2. Q 矢量 在斜压大气的垂直运动可透过准转理论作诊断分析，利用准 转Ω方程
2 f02 2 + σ P 2 f = 0 V g 1 2 Φ + f + 1 2 V g Φ f σ σ P P 0
A
B
C
将式 A 项可写成:
2 f02 2 + ≈ K 2 + σ P 2
2
1 f π + 0 σ P0

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(from Holton)
由式指出 A 项正比於 -ω，而ω正比於 -w，因此 A 项正比于 w，A 项正比於垂直速度.式 B 项为涡度平流之垂直差，在垂直方
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向，气旋式平流随高度向增加，即层为反气旋式平流，层为 气旋式平流，则厚度变小，产生升运动.C 项为厚度平流的拉普拉 斯，在暖平流最大区，因温度平流导致的温度的改变，使热成风涡度 变为更反气旋式. 而 Trenberth (1978) 指出在对流层层右式两项常常互相抵消. Hoskins et al (1978) 把Ω方程右式从新整理写成简结的 Q 矢量形式
2 σ 2 + f 0 2 P 2 = 2 Q
因此得到 Q 矢量散度正比於升运动.由於转平流过程，破坏 了热成风平衡，这升运动是非转风回应转平流，使热成风平衡 重新建立. 当 Q 矢量辐合大气产生升运动，Q 矢量辐散产生沈作用.因 此 Q 矢量在低层指向升区，在对流层高层，Q 矢量矢向与非转 运动方向相反. 而 Q 矢量主要缺点是在准转力并不包括了垂直运动而产生 之非绝热项.Q 矢量在绝热假定条件推导出来,因此未包括潜热释 放.在某些气系统潜热释放起著重要作用. 本文利用 NCEP 再分析资料计算 Q 矢量及 Q 矢量散度，但计算 公式非使用般推导出来之 Q 矢量.
V g R V g Q x , y = T , T y P x
而使用了 AWIPS 的计算公式.
P R Cp Vg Vg T , T = 0 x y P
Qx, y
3. 个例分析 从 2002 年选取的 12 次澳门及华南区的大雨个例,属锋面 降水有 3 个,热带气旋降水有 3 个,其余 6 个为热带气系统所引致 的降水.对每个大雨日 00 时及 12 时分别计算 1000,925,850,700,
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600,500,400,300,250,200,150,100 hPa 各层(共 12 层)的 Q 矢量及 Q 矢量散度后,重点针对华南及南海区,利用卫星云图 及 6 小时累积降水图作对比分析,有以初步的结果:
A) 锋面降水
个例日期:3 月 17 日,5 月 11 日及 6 月 11 日. 分析结果:3 月 17 日及 5 月 11 日 00 及 12 时 1000 及 925 hPa 层 Q 矢量散度正值区,700,600 及 500 hPa 层负值区基本能与锋面 云带相对应.6 月 11 日 00 及 12 时低层正值区未能与锋面云带相 配,700 及 600 hPa 层负值区则有较满意的对应效果. (图 1) 1000 hPa 以 3 月 17 日 00 时位於越边境的强降水心 层(图 2)Q 矢量散度正值心最能反映,其余各层皆未能良好 与强降水心匹配.12 时强降水心(图 3)以 925 hPa 层(图 4)正值心最能与之匹配,1000 及 850 hPa 层也有正值心出 现在强降水心附近,其余各层未有明显反映. 5 月 11 日 00 时 850 至 400 hPa 各层 Q 矢量散度负值心皆能 反映以福建为强降水心之雨区(图 5) ,其以 700 hPa 层(图 6)配对强降水心效果最好,500 hPa 层(图 7)次之.12 时以 700,600 及 500 hPa 层负值心能反映台湾东北面之雨区,其 亦以 700 hPa 层(图 8)的负值心与强降水心(图 9)最配 合. 6 月 11 日与 5 月 11 日类同,低层 Q 矢量正值心(图 10) 与雨区心没有很好的对应,00 时以 700 hPa 层(图 11)对应最 好,12 时则以 700(图 12)及 600(图 13)hPa 层 Q 矢量负值 区心叠加较能反映雨区及强降水心(图 14) . 综合述所得,低层以 1000 及 925 hPa 两层 Q 矢量正值心 对应强降水心效果较佳,而高层则以 700,600 及 500 hPa 层 负值心较理想.

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