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1、第8章 水汽通量与水汽通量散度形成暴雨的必要条件之一，是要有足够多的水分。这些水分是暴雨区已有的 呢？还是靠外围流入的呢？计算表明，单靠当地已有的水分，是不可能形成暴雨 的（北京大学地球物理系气象教研室，1976）。因此，必须要有水汽源源不断地输 入暴雨区。这样，在作暴雨分析和预报时，一定要考虑水汽输送的问题。水汽通 量与水汽通量散度，就是为了定量描述水汽输送的方向、大小以及水汽在何处集 中，从而了解形成暴雨的水汽条件而引入的（文宝安，1980）。由以上说明看出，水汽通量散度最初是为着了解暴雨的条件而引入的，这从 物理上也是容易理解的。近年来，国外很多气象学家（详见 8.3）将水汽通量散度作为
2、强对流天气的触 发因子。 8.1水汽通量在介绍水汽通量散度之前，应当先介绍水汽通量。水汽通量，又称水汽输送量，其含义是单位时间内流经与速度矢正交的某一 单位截面积的水汽质量。它表示了水汽输送的强度和方向。水汽通量有水平分量 与铅直分量两种，下面分别进行介绍。1.水平水汽通量（fh）图8.1.1推导式（8.1.1）用图一般说的水汽通量，多指水平水汽通量，它是单位时间内流经与气流方向垂 直的单位截面积的水汽质量。其方向与风向相同，其大小可从图8.1.1中看出。若ABCD是一个与风向正交的平面，则单位时间内流经ABCD的水汽质量为PqV|A/AZ。p为空气密度，q为比湿，|V表示风速大小。在天气分析
3、预报中，铅直坐标常采用气压p，图8.1.1中ABCD的面积应为M xAp。这样，单位时间内流经单位截面积的水汽质量即为:|F I = |V|qg(8.1.1)H其单位为 g - cm-1hPa-1 st。2. 水汽通量的计算程序编制思路我们知道，比湿(q )是气压(p)和露点(T)的函数。对于同一个等压面来说，d式8.1.1中的V q/g应是风速(V )与露点的函数，故采用V与。为参数，可以编 制出计算Fh的程序。3. 铅直水汽通量(F )z一般来说，水汽向上输送，才能增厚湿层，产生凝结，成云致雨。因此，当 讨论暴雨过程的水汽收支问题时，往往需要计算铅直水汽通量。铅直水汽通量，是指单位时间内流
4、经单位水平面向上输送的水汽质量。它的 大小与铅直速度及比湿成正比，表达式为：F =f q;g(8.1.2)z式中3 = dpdt，表示铅直坐标为p时的铅直速度。当有上升运动时3 0。按照铅直水汽通量的含义，其单位是g - cm-2s-1。 8.2水汽通量散度1. 含义与表达式从水汽通量的数值和方向，只能了解暴雨过程的水汽来源，以及这种水汽输 送和某些天气系统的关系。至于暴雨究竟出现在何处，雨量有多大等，则与水汽 通量散度的关系更为密切。从数学角度看，水汽通量与风速V都属于向量，且方 向相同。因此，水汽通量散度的表达式、计算方法等，完全可以仿照水平散度得 出。例如，当用符号Vp - (Vq/g)
5、表示水汽通量散度时，则有：V - (V q. g) = f (uq!g) + : (vqg)(8.2.1)oxoy利用水汽通量散度定义或高斯散度定理(沈永欢等，1992)还可以写出： .1 -.七(V q,/g) = lim - 6 Vnqdg(8.2.2)或 V (V q：g) - (V q AI jg)(8.2.3)pSni i ii式中(V q Al ). g，表示长度为Al边上的水汽通量，V表示与该边正交的风速分 ni i iini量。式(8.2.2)与(8.2.3)表明，某区域内的水汽通量散度，仅由该区域周界上的水 汽通量所决定，而与区域内的水汽通量无关。在图8.2.1中，我们把面积
6、(S)认为 是单位厚度(1hPa )的体积时，可看出水汽通量散度的意义是单位时间内单位体积 中水汽的净流失量，其单位为g cm -2 hPa-i 5-i o如水汽通量散度为正 Vp - (Vqlg) 0，表示有水汽流失；水汽通量散度为负Vp - (Vqg) 093114103MOCON0001000MOCON102121倾向0在对流触发前41h或甚至H-2至H-1，辐散区内几乎没有单体形成（表8.3.1 的第二行），因此辐散的维持是预报没有对流出现的一个指标，该指标非常有用。一个令人感性趣的结果是，在系统的线状结构尾随触发出现前13h，在 MOCON场出现一个明显的线状结构。3. 匈牙利Hor
7、vath等的工作匈牙利Horvath和Geresdi（2001，下称HG01）在研究匈牙利的强对流风暴时 也用到过水汽通量辐合。HG01认为，由于雷暴活动需要高湿，故湿度辐合可能 是描述水汽辐合线强度的最佳参数（Ducrocq 1998）。实际上使用V - （qV）表示它。这里，q为比湿，V为水平风矢量。4. Waldstreicher 的工作美国Waldstreicher（1989）认为，湿度通量辐合（MFC）可以作为强对流的一个 预报因子：有助于预报员识别强雷暴可能出现地区，有助于识别雷暴发展之前的 低层强迫地区。参考文献北京大学地球物理系气象教研室，天气分析和预报，北京：科学出版社，19
8、76。沈永欢、梁在中、许履瑚等，实用数学手册，北京：科学出版社，1992, p576。文宝安，水汽通量与水汽通量散度，气象，1980，7，3436。中央气象局气象科学技术情报研究所，国外暴雨专题参考资料（内部出版发行），1977, 6936Beckman S., 1993: Preliminary results of a study on NGM low-level moisture flux convergenceand the location of severe thunderstorms. Preprints. 17th Conf. on Severe Local Storms, 1
9、38 142. St Louis, Missouri, Am. Meteor. Soc.Calas C, Ducrocq V, Senesi S., 1997: Contribution of a mesoscale analysis to convection nowcasting. In Ext. Abstracts of the EGS 22ed General Assembly, Vienna, Austria.Calas C, Ducrocq V, Senesi S., 2000: Mesoscale analyses and diagnostic parameters for deepconvection nowc
