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1、螺旋度及其应用一 螺旋度概念的提出及研究回顾二 螺旋度的计算表达式及物理意义2.1垂直螺旋度(又称k或z-螺旋度)2.2水平螺旋度2.3完全(或总)螺旋度三 范例一螺旋度概念的提出及研究回顾1961年Betch首先提出了螺旋度的概念。自那以后,气象学者们进行了一系列的发展。1978年Moffert将螺旋度定义为风速度矢和涡度矢点积的体积分。而将风速度矢和涡度矢的点积称为局地螺旋度。Lilly(1986)最早将螺旋度正式地引入到强对流风暴研究中。Brandes(1989)提出了风暴相对螺旋度的概念。国外:Lilly(1986)讨论了螺旋度在形成超级雷暴单体中的作用,证明较大的螺旋度抑制了湍流
2、扩散,使得超级单体稳定,生命期延长;Woodall(1990)将螺旋度应用于龙卷的预报;RobertDavies-Jones(1990)等人的观测研究得到螺旋度可以作为一个强对流风暴的预报参数;P.W.Leftwich(1990)研究了螺旋度量值的大小对实际业务工作中不同强对流天气预报的指示意义;美国国家风暴中心(NSSFC)开发了应用于业务的螺旋度分析和预报程序(HAFP)。国内很多研究表明螺旋度对暴雨是一个相关性较强的参数。有人通过实例分析,将各层次局地螺旋度水平分布与暴雨的滞后相关关系进行对比分析,并指出暴雨一般发生在局地螺旋度的大值区里。分析还表明,螺旋度作为一个诊断量,其极值和暴
3、雨的极值存在大约2～4h的滞后相关,其中400hPa、500hPa高度的局地螺旋度的这种相关较明显且稳定。此外,有人将螺旋度与对流有效位能等其它物理量相结合组成“能量螺旋度”等新参数来使用,对未来暴雨落区的指示意义更为明确。这些结果说明螺旋度对未来暴雨的落区具有一定的预报意义。二螺旋度的计算表达式及意义Lilly提出螺旋度的物理概念,其严格定义为风速和涡度点积的体积分:式中V为三维的环境风矢量,C为研究对象（风暴、强对流体等,以下统称为对流系统）的移动速度,为三维的相对涡度,则(V-C)就是相对于对流系统的速度,因而有人把式(1)也叫做相对风暴螺旋度(storm-relativeHelic
4、ity)。由式(1)可见,螺旋度不仅表征了环境场的旋转程度，而且还表示输入到对流系统中的环境涡度的多少。其大小反映了旋转与沿着旋转方向运动的强弱程度(图1)以式(1)为基本依据,在具体应用中,螺旋度的计算方法很多,其中广为采用的是Davies-Jones等使用探空资料根据解析几何性质得出的计算公式:并把H≥H0(H0=150)作为强对流性风暴发生的判据,上式中H为相对风暴螺旋度,un、vn为相应层上的风分量,cx、cy是C的分量,C的取法可根据实际观测资料,也可根据经验假设,例如取为850～400hPa气层内平均风速的75%且风向右偏40°。螺旋度大的环境有利于强对流系统以及低涡气旋的生成
5、和发展。2.1垂直螺旋度(又称k或z-螺旋度)（Ｈ3）垂直螺旋度就是指螺旋度在垂直方向的分量或投影即垂直涡度和垂直速度的积。众所周知,一方面垂直涡度大的系统与剧烈天气现象(如中尺度气旋)联系密切;另一方面垂直速度是实际大气中造成天气现象的最直接原因。因此,垂直螺旋度充分反映了两个与天气现象紧密联系的物理量的配合情况,在一定程度上不仅能反映系统的维持状况,还能反映系统发展、天气现象的剧烈程度。垂直螺旋度是国内在螺旋度研究和应用中较有特色的,这也与国外的螺旋度研究侧重点有别。在实际应用过程中明显有两类不同的计算方法:一类是在垂直方向逐层计算；另一类的计算则是沿垂直方向积分。因此可将它们分别称为
6、局地垂直螺旋度和积分垂直螺旋度来进行分析。2.1.1局地垂直螺旋度（Ｈ3z）局地垂直螺旋度的计算表达式为：其中,ω为P坐标系中的垂直速度，是相对涡度的垂直分量,其余为气象上常用物理量符号。对于(3)式来讲,在上升运动区(ω<0),若有正涡度(ζ>0),则有正H3z螺旋度;若有负涡度(ζ<0),则有负H3z螺旋度。(2)式中H3z的单位为m/s^2。局地垂直螺旋度的具体应用杨越奎等对1991年7月时段梅雨锋暴雨H3z螺旋度进行了分析,发现螺旋度的水平分布同当时雨区的恰当配合,有利于暴雨系统的发展及暴雨的维持。吴宝俊等运用H3z螺旋度分析了1982年7月16日三峡区间出现的一次大暴雨。郑蓉对1
7、998年夏季长江山峡区间致洪暴雨进行了H3z螺旋度分析。杨晓霞等利用常规探空资料,对山东省3次不同系统产生的大暴雨天气过程进行了H3z螺旋度分析。江敦双等利用H3z螺旋度对青岛市2000年6月25～27日的暴雨过程进行了诊断分析。王厚广等分析了青岛地区2000年汛期6次暴雨的H3z螺旋度特征。孙兰东等利用T106数值预报模式产品,计算了k-螺旋度,对近年西北地区东部的三次暴雨天气过程进行了H3z螺旋度分析。许美玲等应用螺
