位勢形變及其在降水診斷中的應用研究獲進展

豪雨災害是主要氣象災害之一，準確的豪雨預報對於減少豪雨造成的人員傷亡和經濟損失具有重要意義。為了有效提高豪雨預報水平，科學院大氣物理研究所云降水物理與強風暴重點實驗室（LACS）研究員高守亭、冉令坤等基於非均勻飽和濕空氣理論和中尺度波流相互作用理論提出了一系列對豪雨有良好指示意義、物理意義明確的動力因子，這些動力因子利用數值模式能夠提供較為準確的形勢場的特點，綜合包含了大氣中與強降水有關的重要動熱力過程，通過動力因子得到的降水預報是依賴積雲參數化和雲微物理參數化過程的模式降水預報的有效補充。近年來，高守亭、冉令坤及其合作者一直致力於動力因子的開發和應用，使之能夠更加全面地反映實際降水過程。近期，大氣所LACS實驗室的李娜、冉令坤等提出的新的動力參數——位勢形變便是將形變場引入到降水的診斷中。

形變是風場的三大基本特徵之一。過去對降水大氣關注較多的是渦度和散度場特徵，對形變場在降水過程中的分析應用卻很少，而許多觀測和理論研究均表明，形變和渦度、散度一樣與強降水的發生髮展及分佈密切相關。李娜、冉令坤等提出的位勢形變是基於位渦概念而提出，不僅包含了大氣全部的形變信息（伸縮形變和切變形變），還將形變與大氣中的其他動熱力信息結合，從而更加有效地反映降水大氣特徵。他們的研究發現：位勢形變和形變一樣不隨坐標的旋轉而改變；位勢形變中包含了三維水汽梯度、垂直風切變和形變場信息，其尤其能夠反映MCS降水過程中冷池附近下沉冷氣流與上升暖氣流對峙的結構，能夠顯著區分降水大氣與非降水大氣的動熱力性質，對MCS降水有良好指示意義。相關研究成果發表於《大氣科學進展》（advances in atmospheric sciences）。

論文信息: Li, N., L. K. Ran, L. N. Zhang, and S. T. Gao, 2017: Potential deformation and its application to the diagnosis of heavy precipitation in mesoscale convective systems. Adv. Atmos. Sci., 34(7), doi: 10.1007/s00376-017-6282-4.

圖：2009年8月17日(a, b)1000 UTC和(c, d) 1400 UTC模擬的MCS 15min累積降水（左欄）和位勢形變（右欄）的水平分佈。其中黑色點表示過程最大降水中心。