降水成因诊断分析水汽通量水汽通量散度可降水量NoR

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1、6降水成因的诊断分析--水汽通量、水汽通量散度和可降水量参考书:《天气分析预报物理量计算基础》,刘健文,气象出版社王咏青2010年11月南京信息工程大学形成暴雨的必要条件之一，是要有足够多的水汽供应。有计算表明，单靠当地已有的水份，是不可能形成暴雨的，必须要有水汽从周边源源不断地输入到暴雨区。这样，在作暴雨分析和预报时，水汽输入是必须要考虑的问题。水汽通量与水汽通量散度，是为了定量地描述水汽输送的方向、大小、积聚，从而了解形成暴雨的水汽条件而引入。近年来，国内外一些气象学家还将水汽通量散度作为强对流天气的触发因子或预报因子。§6.1水汽通量水汽通量又称水汽输送量，是指单位时间内流经与

2、速度矢正交的某一单位截面积的水汽质量。它表示水汽输送的强度和方向，有水平分量和垂直分量两种。水平水汽通量（FH）定义:一般说的水汽通量，多指水平水汽通量，它是指单位时间内流经与气流方向正交的单位截面积的水汽通量。其方向与与风向相同，大小可以从6.1图中看出。水平水汽通量（FH）图6.1水平水汽通量示意图垂直水汽通量（FZ）§6.2水汽通量散度xy1sis0例如，当用符号▽p.(Vq/g)时，则有：p(Vq/g)(uq/g)(vq/g)(6.2.1)利用水汽通量散度定义和高斯散度定理：或1p(Vq/g)limsVnqdl/gp(Vq/g)(Vni

3、qili/g)(6.2.2)(6.2.3)1sip(Vq/g)(Vniqili/g)(6.2.3)式中（VniqiΔli)/g表示长度为Δli边上的水汽通量，Vni表示与该边正交的风速分量，指向外为正。式（6.2.2）与（6.2.3）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，而与区域内的通量无关。在图6.2中，假若把面积（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指单位时间内单位体积中水汽的净流失量。水汽通量散度示意图如水汽通量散度为正[▽p.(Vq/g)>0]，表示有水汽流失；如水汽通量散度为负[▽p.(Vq/g)<0]，表示

4、有水汽积聚。-1-1-1-1-2-1单位:由式（6.2.1）可知：▽p.(Vq/g)--uq/g/L(6.2.4)考虑到Vq/g--g.hPa.cm.s,以及L--cm，由式（6.2.4）得：▽p.(Vq/g)--g.hPa.cm.s（6.2.5）分析表明,一般来说，在对流层下部的▽p.(Vq/g)占整个大气柱中▽p.(Vq/g)的绝大部分。对流层下部水汽通量的辐合，不仅引起对流层下部出现凝结，而且还可通过垂直输送的作用，引起对流层一部出现凝结。§6.3大气可降水量定义：大气可降水量（PrecipitableWater;缩写为PW）是指从地面直到大气顶的单位截面积大气柱中所含水汽总量全

5、部凝结降落到地面可以产生的降水量。通常用在同面积容器中相当水量深度表示，以cm或mm为单位。PW计算示意图积分形式的计算公式其积分形式的计算公式可按如下步骤导出：如图3所示，从单位截面大气柱中截出厚度为dz的一段气柱，其容积为dz，其中水汽质量为：dmv=ρvdz（6.3.1）考虑到比湿q=ρv/(ρv+ρd),亦即ρv=q/(ρv+ρd)，式（6.3.1）则可以变形为：dmv=(ρv+ρd)qdz(6.3.2)考虑到ρ=(ρv+ρd)及dp=-ρgdz，式（6.3.2）可改写为：dmv=ρqdz=-qdp/g(6.3.3)将式（6.3.3）对单位截面气柱从底到顶积分，即得：PW1

6、0dmv0qdz(6.3.4)或PW11g0p0qdp(6.3.5)其中q(p)为比湿，它随气压p而变；g为重力加速度；p0为地面气压。用式（6.3.5）式计算出的PW1是单位气柱中的水汽总量，没有换算成水深。在水文气象学中常常用可降水量PW2表示垂直气柱中的总水汽量，并换算成水深。代表单位气柱中的水汽凝结后积聚在单位气柱底面上的液态水的深度。计算可降水量PW2的一般公式为：PW2(iqpgw)i(6.3.6)其中PW2代表以换算成水深的可降水量，单位是cm。它是把积分式（6.3.5）改变为相应的差分求和形式，再除以水的密度ρw求得出的。-2-3-1-2-1-2；

7、；PW2的单位在式（6.3.6）中:q为一层湿空气在平均比湿（g.kg-1）Δp为层厚（hPa）；g为重力加速度（cm.s）ρw为水的密度（g.cm）。考虑到1Pa=1kg.m.s，1hPa=100kg.m.s，23则由式（6.3.6）得：U（（P2）qkg1100kgm1s2100cm2cmsgcmmcm(6.3.7)在一般情况下，可降水量比实际的降水量约大1到2倍。但在较强的降水系统中，特别是在暴雨中，实际