2015, Vol. 39
2 中国科学院大学, 北京100049;
3 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心, 南京210044;
4 中国气象局上海台风研究所, 上海200030
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049;
3 Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044;
4 Shanghai Typhoon Institute (STI) of China Meteorological Administration, Shanghai 200030
我国是世界上受台风影响最为严重的国家之一(陈联寿和孟智勇，2001)。台风，尤其是登陆台风，能带来暴雨、大风和暴潮，其中台风暴雨灾害影响最大。我国历史上几大破纪录的暴雨灾害均与台风有关(Chen et al.,2010)。因此，台风强降水(暴雨)预报一直是气象部门关注的重点。
暴雨预报的主要手段包括数值预报和利用卫星、雷达等非常规观测资料的外推临近预报(高守亭等，2013b)，其中，数值预报是主要趋势。数 值预报可以提供丰富的和热、动力协调的预报 产品，应用广泛。随着数值模式的不断发展和进 步，如何更好地应用数值预报产品成为一个重要课题。考虑到模式降水来自于复杂的数值模式物理过程参数化(包括对流参数化和云微物理过程参数化等)，其复杂性常常带来模式降水直接预报的误 差，而数值模式对除降水外的其他热、动力场(风场和温度场等)的预报相对比较稳定，因此，气象学者们开始寻找一些与降水具有良好相关性的动力因子，进而利用数值模式预报的热、动力场量计算这些动力因子，最终给出基于数值预报模式基础上的降水动力因子释用预报，取得了很好的预报效果(姚秀萍和于玉斌，2000，2001；岳彩军和寿绍文，2002；陆慧娟和高守亭，2003；Gao et al.,2004a，2004b，2005a，2005b，2007；Gao and Cao，2007；Cao and Gao，2007；刘汉华等，2007；冉令坤和楚艳丽，2009；齐彦斌等，2010；Wu et al.,2011；冉令坤等，2011；周冠博等，2012；楚艳丽等，2013；冉令坤等，2013；高守亭等，2013a，2013b；刘海军等，2013；许娈等，2013；Ran et al.,2013)。这种释用预报方法是基于数值预报模式的产品，因此，与数值模式发展相伴随的模式热、动力场预报水平的提高也必将带动该释用预报方法水平的进一步提升。本文将选取上述主要动力因子，利用“碧利斯”台风暴雨过程的高分辨率数值模拟资料，进一步验证多种动力因子对台风暴雨、尤其是登陆之后的暴雨突然增幅过程的指示意义。综合多种降水动力因子，针对同一降水过程开展诊断分析，这方面的工作开展的不多，其研究结果将有助于进一步理解和认识各种动力因子及其对降水的指示意义，也将有助于更好地组织多种动力因子开展集合动力因子降水释用预报等。
2006年“碧利斯”台风登陆中国大陆后，降水量不降反增，在湖南、广东、江西三省交界附近地区降水突然增幅，出现特大暴雨，带来严重灾害。王黎娟等(2013)利用最高分辨率为3 km的ARPS(the Advanced Regional Prediction System)模式，成功模拟了“碧利斯”的登陆过程，并较好地再现了登陆后的暴雨增幅。Ren and Cui(2014)利用上述高分辨率模拟资料，研究了“碧利斯”暴雨增幅的云微物理可能成因，发现暴雨增幅期间，云水的增加主要通过两个途径对暴雨增幅产生贡献：一是通过雨水对云水的碰并收集，造成雨水含量增加；二是通过云中雪粒子对云水的碰并，造成雪粒子含量增加，增加的雪粒子又被云中霰粒子碰并收集造成霰含量增长，进而由霰粒子融化为雨水，造成雨水含量增长。本文将进一步利用上述高分辨率模式资料，通过计算湿热力平流参数、广义对流涡度矢量垂直分量、水汽螺旋度、热力螺旋度、散度垂直通量、热力散度垂直通量、热力切变平流参数和Q矢量散度等8个动力因子，分析动力因子与降水落区、降水强度、云中水凝物含量以及与地面降水直接相关的云微物理转化过程之间的关系，研究上述多种动力因子对“碧利斯”台风登陆后，在我国湖南、广东、江西三省交界处引发的暴雨增幅过程的指示意义。本文所用资料取自王黎娟等(2013)的3 km高分辨率模式输出资料，包括标准常规输出项和云微物理转化过程项，该资料已在王黎娟等(2013)以及Ren and Cui(2014)工作中得到充分验证。
2 动力因子简介下面对本文诊断分析中所用到的8个动力因子做简要介绍。
2.1 湿热力平流参数Wu et al.(2011)和高守亭等(2013b)把位温平流的水平梯度和广义位温水平梯度的点积定义为湿热力平流参数(G)，并用于诊断锋面附近的强降水事件，G表达式定义为
| $G = {\nabla _{\rm{h}}}\left( {v \cdot \nabla \theta } \right) \cdot {\nabla _{\rm{h}}}{\theta ^ * }$, | (1) |
其中，$v = (u,v,w)$，为三维风速矢量，$\theta $为位温，
为广义位温(Gao et al.,2004b)，${q_{\rm{v}}}$为水汽比湿，${q_{\rm{s}}}$为饱和水汽比湿，$k$为经验常数。
和
分别为水平和三维空间的梯度算子。湿热力平流参数将水平锋生和斜压性自然地联系起来，综合描述了在锋区附近冷、暖气团中的动力、热力和水汽特征。
对G取绝对值并从1250～5750 m(约850～ 500 hPa)进行质量垂直积分，得到
| ${G_{{\rm{sum}}}} = \int_{1250{\rm{m}}}^{5750{\rm{m}}} {\rho \left| G \right|} {\rm{d}}z$, | (2) |
在中尺度深对流系统中，强烈的对流和潜热释放使得相当位温梯度转为近水平方向，Gao et al.(2004a，2007)提出了对流涡度矢量，其表达式定义为
| $CVV = \frac{{{\omega _a} \times \nabla {\theta _e}}}{\rho }$, | (3) |
其中，${\omega _a}$为绝对涡度，${\theta _e}$为相当位温，$\rho $为密度。以广义位温${\theta ^ * }$替代${\theta _e}$，可得广义对流涡度矢量
，许娈等(2013)和王成鑫等(2013)将广义对流涡度矢量应用于台风暴雨的诊断分析中，取得很好效果。略去小项后，z坐标系下$CV{V^*}$的垂直分量写为
| $CV{Z^*} = \frac{1}{\rho }\left( { - \frac{{\partial v}}{{\partial z}} \cdot \frac{{\partial {\theta ^ * }}}{{\partial y}} - \frac{{\partial u}}{{\partial z}} \cdot \frac{{\partial {\theta ^ * }}}{{\partial x}}} \right)$, | (4) |
进行如上质量垂直积分后得到
| $CV{Z^*}_{{\rm{sum}}} = \int_{1250{\rm{m}}}^{5750{\rm{m}}} {\rho \left| {CV{Z^*}} \right|} {\rm{d}}z$, | (5) |
p坐标系下的传统垂直螺旋度定义为$H = $
，其中u、v、w 分别为p坐标系中的x、y、z方向的速度。在此基础上，考虑大气中的水汽效应(冉令坤和楚艳丽，2009；高守亭等，2013b；杨帅等，2013)，得到z坐标系下的水汽螺旋度：
| ${H_m} = w\left[ {\frac{{\partial \left( {v{q_{\rm{v}}}} \right)}}{{\partial x}} - \frac{{\partial \left( {u{q_{\rm{v}}}} \right)}}{{\partial y}}} \right]$, | (6) |
其中，$u$,$v$,$w$分别为z坐标系中的x、y和z方向的速度，${q_{\rm{v}}}$为水汽比湿。该物理量将垂直速度和垂直涡度耦合起来，并加入水汽的作用，对暴雨系统有很好的指示作用，对其进行质量垂直积分后得到
| ${H_m}_{{\rm{sum}}} = \int_{1250{\rm{m}}}^{5750{\rm{m}}} {\rho \left| {{H_m}} \right|} {\rm{d}}z$, | (7) |
高守亭等(2013b)和杨帅等(2013)将广义位温引入垂直螺旋度的概念中，给出了热力螺旋度的定义：
| ${H_t} = w\left[ {\frac{{\partial \left( {v{\theta ^ * }} \right)}}{{\partial x}} - \frac{{\partial \left( {u{\theta ^ * }} \right)}}{{\partial y}}} \right]$, | (8) |
该物理量既包含大气动力学特征，也包含大气湿斜压性特征，对其进行质量垂直积分后得到
| ${H_t}_{{\rm{sum}}} = \int_{1250{\rm{ m}}}^{5750{\rm{ m}}} {\rho \left| {{H_t}} \right|} {\rm{d}}z$, | (9) |
大气低层辐合、高层辐散以及上升运动是降水过程中的典型动力结构特征，冉令坤和楚艳丽(2009)，周冠博等(2012)和刘海军等(2013)将垂直速度和水平散度的乘积定义为散度垂直通量，其在z坐标系下的表达式为
| $\Gamma = w\left( {\frac{{\partial u}}{{\partial x}} + \frac{{\partial v}}{{\partial y}}} \right)$, | (10) |
进行质量垂直积分后得到
| ${\Gamma _{{\rm{sum}}}} = \int_{1250{\rm{ m}}}^{5750{\rm{ m}}} {\rho \left| \Gamma \right|} {\rm{d}}z$, | (11) |
在散度垂直通量基础上，通过引入能够反映湿大气非均匀饱和特性的广义位温，高守亭等(2013b)定义了热力散度垂直通量，此因子综合体现了降水过程中的动力和热力特征，其在z坐标系下的表达式为
| ${\Gamma _t} = w\left[ {\frac{{\partial (u{\theta ^ * })}}{{\partial x}} + \frac{{\partial (v{\theta ^ * })}}{{\partial y}}} \right]$, | (12) |
质量垂直积分后得到
| ${\Gamma _t}_{{\rm{sum}}} = \int_{1250{\rm{ m}}}^{5750{\rm{ m}}} {\rho \left| {{\Gamma _t}} \right|} {\rm{d}}z$, | (13) |
齐彦斌等(2010)引入了热力切变平流参数，表达式为
| $J = - \left( {\frac{{\partial u}}{{\partial z}} \cdot \frac{{\partial {\theta ^ * }}}{{\partial x}} + \frac{{\partial v}}{{\partial z}} \cdot \frac{{\partial {\theta ^ * }}}{{\partial y}}} \right) + \left( {\frac{{\partial u}}{{\partial x}} + \frac{{\partial v}}{{\partial y}}} \right)\frac{{\partial {\theta ^ * }}}{{\partial z}}$, | (14) |
该因子第一项为对流涡度矢量的垂直分量，体现了水平风场的垂直切变与大气斜压性，第二项为水平散度和广义位温垂直梯度的相互作用项。对其进行质量垂直积分后得到
| ${J_{{\rm{sum}}}} = \int_{1250{\rm{ m}}}^{5750{\rm{ m}}} {\rho \left| J \right|} {\rm{d}}z$, | (15) |
将广义位温代替非地转湿$Q$矢量(姚秀萍和于玉斌，2000)中的位温，且不考虑凝结潜热的作用，得到广义$Q$矢量${Q^ * } = \left( {Q_x^ * ,Q_y^ * } \right)$，其各分量表达式为：
| $Q_x^ * = f\left( {\frac{{\partial v}}{{\partial p}}\frac{{\partial u}}{{\partial x}} - \frac{{\partial u}}{{\partial p}}\frac{{\partial v}}{{\partial x}}} \right) - \frac{1}{{\rho {\theta ^ * }}}\left( {\frac{{\partial u}}{{\partial x}}\frac{{\partial {\theta ^ * }}}{{\partial x}} + \frac{{\partial v}}{{\partial x}}\frac{{\partial {\theta ^ * }}}{{\partial y}}} \right)$, | (16) |
| $Q_y^ * = f\left( {\frac{{\partial v}}{{\partial p}}\frac{{\partial u}}{{\partial y}} - \frac{{\partial u}}{{\partial p}}\frac{{\partial v}}{{\partial y}}} \right) - \frac{1}{{\rho {\theta ^ * }}}\left( {\frac{{\partial u}}{{\partial y}}\frac{{\partial {\theta ^ * }}}{{\partial x}} + \frac{{\partial v}}{{\partial y}}\frac{{\partial {\theta ^ * }}}{{\partial y}}} \right)$, | (17) |
而${Q^ * }$矢量散度定义为
| $Q_d^ * = \nabla \cdot {Q^ * }$, | (18) |
质量垂直积分后得
|
(19) |
本节将利用王黎娟等(2013)的“碧利斯”台风暴雨过程高分辨率(3 km)数值模式资料，结合上述8个动力因子，针对同一台风暴雨过程开展诊断分析，探讨多个动力因子对台风暴雨的指示意义。
3.1 累积降水量与动力因子水平分布图 1给出了2006年7月14日12:00到15日12:00(协调世界时，下同)“碧利斯”台风登陆期间，数值模式模拟的24小时累积降水量以及利用模拟资料计算的24小时平均的质量垂直积分动力因子水平分布[“碧利斯”台风暴雨过程实况、数值模拟与验证、登陆后的暴雨增幅过程分析等详见王黎娟等(2013)以及Ren and Cui(2014)]。由图可见，24小时累积降水量达到350 mm以上，主要分布在广东、湖南和江西三省交界附近地区，Gsum、CVZsum、Hmsum、Htsum、Γsum、Γtsum、Jsum和Qdsum等8个动力因子在上述降水区均表现为较强信 号，说明上述动力因子对此次台风暴雨落区均具有一定指示意义。其中，Gsum的信号异常区基本上 与强降水区相对应(图 1a)，但在(25.5°～26.5°N，114°～115°E)区域存在的强信号没有对应明显强降水中心；CVZsum、Jsum和Qdsum的异常信号基 本覆盖整个24小时降水落区，CVZsum在强降水区等值线较密集(图 1b)，但强信号中心较降水中心偏向东北，Jsum(图 1g)异常中心与强降水区吻合较差，而Qdsum的最大信号异常中心与强降水中心较为接近(图 1h)；Hmsum、Htsum、Γsum和Γtsum(图 1c、d、e、f)与强降水落区对应最好，异常信号集中在降水强度大于75 mm的地区，这4个动力因子的分布较为相似，信号异常中心与降水中心基本重合，对此次降水过程的强降水中心指示意义最好。
 |
图 1 2006年7月14日12:00～15日12:00(协调世界时，下同)的24小时累积降水量(阴影，单位：mm)以及平均的8个动力因子(等值线)分布：(a)湿热力平流参数，Gsum，单位：10−8 K2 kg m−4 s−1；(b)广义对流涡度矢量垂直分量，CVZ*sum，单位：10−5 K m−1 s−1；(c)水汽螺旋度，Hmsum，单位：10−5 kg m−1 s−2；(d)热力螺旋度，Htsum，单位：10 K kg m−1 s−2；(e)散度垂直通量，Γsum，单位：10−1 kg m−1 s−2；(f)热力散度垂直通量，Γtsum，单位：10 K kg m−1 s−2；(g)热力切变平流参数，Jsum，单位：10−6 K kg m−3 s−1；(h)Q*矢量散度，Q*dsum，单位：10−11 kg m−3 s−3Fig.1 24-hour cumulative precipitation(shaded，units: mm) and averaged eight dynamical parameters(contours)from 1200 UTC 14 Jul to 1200 UTC 15 Jul，2006:(a)Moist thermodynamic advection parameter，Gsum，units: 10−8 K2 kg m−4 s−1;(b)the vertical component of the generalized convective vorticity vector，CVZ*sum，units: 10−5 K m−1 s−1;(c)moisture helicity，Hmsum，units: 10−5 kg m−1 s−2;(d)thermal helicity，Htsum，units: 10 K kg m−1 s−2;(e)divergence vertical flux，Γsum，units: 10−1 kg m−1 s−2;(f)thermal divergence vertical flux，Γtsum，units: 10 K kg m−1 s−2;(g)thermodynamic shear advection parameter，Jsum，units: 10−6 K kg m−3 s−1;(h)generalized Q-vector divergence，Q*dsum，units: 10−11 kg m−3 s−3 |
“碧利斯”台风登陆之后，在广东、湖南和江西三省交界附近地区引发暴雨突然增幅，14日18:00～15日00:00模拟6小时累积降水量最大超过240 mm(图略)，较暴雨增幅发生前明显增大，达14日12:00～15日12:00的24小时累积总降水量的2/3左右(图 1)，同时，云中水凝物也较暴雨增幅前出现显著增长(Ren and Cui，2014)。进一步分析发现，以上8个动力因子在暴雨增幅时段(14日18:00～15日00:00)对降水也具有非常好的指示意义，其与6小时累积降水分布的关系与图 1类似，各个因子的指示能力也相类似(图略)。
3.2 动力因子与逐小时降水强度、云水凝物以及微物理过程变化的关系选取24小时累积降水量达到暴雨级别(＞50 mm)的区域，对逐小时累积降水量、质量垂直积分后的动力因子、与雨水相关的主要云微物理过程整层累加后的转化率(Pracw，雨水碰并云水造成雨水增长；Pgmlt，霰粒子融化成雨水；Ren and Cui，2014)、整层累加后的云中水凝物混合比做区域平均，得到四者的逐小时变化图(图 2和图 3)，其 中，云中水凝物包括云水(Qc)、雨水(Qr)、云冰(Qi)、雪(Qs)和霰(Qg)，而云水物质总混合比记为${Q_{{\rm{CH}}}} = {Q_{\rm{c}}} + {Q_{\rm{r}}} + {Q_{\rm{i}}} + {Q_{\rm{s}}} + {Q_{\rm{g}}}$。总体看来，动力因子、云微物理过程转化率与小时降水强度均具有较为一致的变化趋势(图 2)，但Qdsum、CVZsum和Gsum比降水强度变化提前1至2个小时达到最大值，而Jsum提前了3个小时，这种提前是否具有预报价值尚待进一步多个例的深入研究。同时相关分析发现(表 1)，CVZsum、Hmsum、Htsum、Γsum和Γtsum的逐小时变化与小时降水量变化有很好的相关性，相关系数均达到0.95以上，表现出对强降水很好的指示意义；Gsum和Qdsum变化与降水量变化的相关性也较好，相关系数在0.90左右；而Jsum与降水量的相关性相对较差，接近0.5；与雨水生成相关的2个主要的云微物理过程(Pracw和Pgmlt)与8个动力因子也表现出很好的相关性(图 2，表 1)，其变化特征与小时降水量相类似(图 2)，相关系数也类似(表 1)。由图 3可见，总体上看，各动力因子和云中水凝物含量也具有较为一致的变化趋势，除Jsum外的其他7个动力因子与5种水凝物之和(QCH)的相关系数均达到0.9以上，Jsum与QCH的相关系数也略高于与小时雨量的相关系数，达到约0.55。雨水、云冰、雪、霰及总水凝物均在降水最大时段(图 2)达到最大值，云水的变化比较独特，其最大值出现的时间略超前其他水凝物，也略超前地面降水最大值的出现(图 2和图 3)，这种变化特征与Jsum的变化更为接近，因此，Jsum与云水的相关系数也是与其他物理量相关系数中最高的(0.5797，表 1)。
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图 2 2006年7月14日12:00～15日12:00逐小时累积降水量(柱状图)、8个动力因子(标圆点的实线，Gsum，单位：10−9 K2 kg m−4 s−1；CVZ*sum，单位：10−5 K m−1 s−1；Hmsum，单位：10−6 kg m−1 s−2；Htsum，单位：101 K kg m−1 s−2；Γsum，单位：10−2 kg m−1 s−2；Γtsum，单位：101 K kg m−1 s−2；Jsum，单位：10−6 K kg m−3 s−1；Q*dsum，单位：10−12 kg m−3 s−3)以及云微物理过程转化率(Pgmlt和Pracw，标圆点的虚线，单位：10−6 g g−1 s−1)随时间变化图Fig.2 Variation of eight dynamical parameters(dashed lines，Gsum，units: 10−9 K2 kg m−4 s−1; CVZ*sum，units: 10−5 K m−1 s−1; Hmsum，units: 10−6 kg m−1 s−2; Htsum，units: 101 K kg m−1 s−2; Γsum，units: 10−2 kg m−1 s-2; Γtsum，units: 101 K kg m−1 s−2; Jsum，units: 10−6 K kg m−3 s−1; Q*dsum，units: 10−12 kg m−3 s−3) and cloud hydrometeors mixing ratios(solid lines，Qc，units: 10−3 g g−1; Qr，units: 10−3g g−1; Qi，units: 10−4 g g−1; Qs，units: 10−3 g g−1; Qg，units: 10−4 g g−1; QCH，units: 10−3 g g−1)in the period of 1200 UTC 14 Jul to 1200 UTC 15 Jul，2006 |
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图 3 2006年7月14日12:00～15日12:00的8个动力因子(虚线，Gsum，单位：10−9 K2 kg m−4 s−1；CVZ*sum，单位：10−5 K m−1 s−1；Hmsum，单位：10−6 kg m−1 s−2；Htsum，单位：101 K kg m−1 s−2；Γsum，单位：10−2 kg m−1 s-2；Γtsum，单位：101 K kg m−1 s−2；Jsum，单位：10−6 K kg m−3 s−1；Q*dsum，单位：10−12 kg m−3 s−3)和云中水凝物混合比(实线，Qc，单位：10−3 g g−1；Qr，单位：10−3g g−1；Qi，单位：10−4 g g−1；Qs，单位：10−3 g g−1；Qg，单位：10−4 g g−1；QCH，单位：10−3 g g−1)随时间变化图Fig.3 Variation of eight dynamical parameters (dashed lines, Gsum, units: 10−9 K2 kg m−4 s−1; CVZ*sum, units: 10−5 K m−1 s−1; Hmsum, units: 10−6 kg m−1 s−2; Htsum, units: 101 K kg m−1 s−2; Γsum, units: 10−2 kg m−1 s-2; Γtsum, units: 101 K kg m−1 s−2; Jsum, units: 10−6 K kg m−3 s−1; Q*dsum, units: 10−12 kg m−3 s−3) and cloud hydrometeors mixing ratios (solid lines, Qc, units: 10−3 g g−1; Qr, units: 10−3g g−1; Qi, units: 10−4 g g−1; Qs, units: 10−3 g g−1; Qg, units: 10−4 g g−1; QCH, units: 10−3 g g−1) in the period of 1200 UTC 14 Jul to 1200 UTC 15 Jul, 2006 |
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表 1 2006年7月14日12:00～15日12:00质量垂直积分的动力因子与1小时累积降水量、云微物理过程转化率(Pgmlt，Pracw)、云中水凝物混合比(Qc，Qr，Qi，Qs，Qg，QCH)的相关系数 Table 1 Correlation coefficients of the vertically integrated dynamical parameters and 1-hour cumulative precipitation，cloud microphysical processes conversion rates(Pgmlt，Pracw)，cloud hydrometeors mixing ratios(Qc，Qr，Qi，Qs，Qg，QCH)from 1200 UTC 14 Jul to 1200 UTC 15 Jul，2006 |
可见，8个动力因子均能在不同程度上指示出降水云系的发展演变以及与雨水生成相关的主要云微物理过程的发展演变，因此对地面降水过程展现出很好的指示意义；同时也应注意到，各个动力因子对此次暴雨过程降水云系、主要云微物理过程和地面降水的指示能力不同，有些还可能具有一定超前性，而这种超前性的存在可能与某些动力因子更倾向于指示降水云系的初期发展过程有关，这有待于进一步深入分析。
3.3 动力因子强度随降水强度的变化分析进一步，将2006年7月14日18:00～15日00:00模拟的暴雨增幅期间6小时累积降水按照降水强度分成8级：0～13 mm、13～25 mm、25～60 mm、60～120 mm、120～160 mm、160～200 mm、200～240 mm和240～280 mm，并分别计算不同降水强度级别平均的8种动力因子以及不同降水强度级别平均的垂直累加的雨水主要源汇项。其中雨水主要源汇项包括：雨水碰并云水造成雨水增长(Pracw)、霰融化成雨水(Pgmlt)、雪融化成雨水(Psmlt)、霰碰并云水转化成雨水(Qgacw)、云冰粘附雨水造成雪或霰增长(Piacr)以及雨水蒸发(Ern)(Ren and Cui，2014)，雨水相关总的云微物理过程转化率为上述6项转化率之和。由图 4可以看到，Pracw和Pgmlt是雨水的两个最主要来源项，并且，Pracw随着降水强度的增大而增大，而Pgmlt随着降水强度的增大先增大后减小(Cui et al.,2014)，雨水相关总的云微物理过程转化率随着降水强度的增大而增大；8个动力因子中，Q矢量散度(Qdsum)随着降水强度先增大后减小，与“霰融化成雨水造成雨水增长”微物理过程(Pgmlt)随降水强度的变化特征相似，热力切变平流参数(Jsum)随降水强度则呈现出“增大—减小—再增大”的变化特征，其他6个动力因子(Gsum、CVZsum、Hmsum、Htsum、Γsum和Γtsum)随降水强度均呈现单调增长变化特征，与“雨水碰并云水造成雨水增长”微物理过程(Pracw)随降水强度的变化特征相类似，其中Hmsum、Htsum、Γsum和Γtsum等4个动力因子的表现更好。
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图 4 2006年7月14日18:00～15日00:00的6小时平均的雨水主要源汇项转化率(柱状图，单位：10−8 g g−1 s−1)、总云微物理过程转化率(标园点的虚线)以及8种动力因子(标圆点的实线，(a)Gsum，单位：10−9 K2 kg m−4 s−1；(b)CVZ*sum，单位：10−5 K m−1 s−1；(c)Hmsum，单位：10−6 kg m−1 s−2；(d)Htsum，单位：K kg m−1 s−2；(e)Γsum，单位：10−2 kg m−1 s−2；(f)Γtsum，单位：K kg m−1 s−2；(g)Jsum，单位：10−7 K kg m−3 s−1；(h)Q*dsum，单位：10−12 kg m−3 s−3)随降水强度的变化分布Fig.4 variation of 6-hour averaged cloud microphysical conversion rates associated with rain(histogram，unit: g g−1 s−1)，the sum of all source and sink conversion rates associated with rain(dashed line with dots)，eight dynamical parameters(solid line with dots，(a)Gsum，units: 10−9 K2 kg m−4 s−1;(b)CVZ*sum，units: 10−5 K m−1 s−1;(c)Hmsum，units: 10−6 kg m−1 s−2;(d)Htsum，units: K kg m−1 s−2;(e)Γsum，units: 10−2 kg m−1 s−2;(f)Γtsum，units: K kg m−1 s−2;(g)Jsum，units: 10−7 K kg m−3 s−1;(h)Q*dsum，units: 10−12 kg m−3 s−3)with different rainfall intensity in the periods of 1800 UTC 14 Jul to 0000 UTC 15 Jul，2006 |
综合以上分析可见，8个动力因子均能在不同程度上对2006年“碧利斯”台风降水云系的发展和地面降水过程展现出很好的指示能力，而水汽螺旋度、热力螺旋度、散度垂直通量、热力散度垂直通量等4个动力因子与降水强度及雨水收支相关的总云微物理过程转化率对应更好，因此，对降水的指示意义也更好。
4 结论本文利用2006年“碧利斯”台风暴雨过程的高分辨率数值模拟资料(包括标准常规输出项和云微物理转化过程项资料)，分析研究了湿热力平流参数(Gsum)、广义对流涡度矢量垂直分量(CVZsum)、水汽螺旋度(Hmsum)、热力螺旋度(Htsum)、散度垂直通量(Γsum)、热力散度垂直通量(Γtsum)、热力切变平流参数(Jsum)和Q矢量散度(Qdsum)等8个动力因子与降水落区、降水强度、云中水凝物含量以及与地面降水直接相关的云微物理转化过程之间的关系，探讨了上述多种动力因子对“碧利斯”台风暴雨过程，包括在湖南、广东、江西三省交界处引发的暴雨增幅过程的指示意义。主要结论如下：
(1)各动力因子均能在不同程度上指示出“碧利斯”台风降水云系的发展演变以及与雨水生成相关的主要云微物理过程的发展演变，因此对地面降水过程展现出很好的指示意义；各动力因子的指示能力不同，其中，水汽螺旋度、热力螺旋度、散度垂直通量、热力散度垂直通量等4个动力因子逐小时变化与小时降水强度变化的相关系数均达到0.99以上，与总云水凝物的相关系数也均达到0.97以上，说明这些动力因子能够更好地指示出降水云系的发展和地面降水过程的发生；
(2)8个动力因子中，Q矢量散度随降水强度先增大后减小，与“霰融化成雨水造成雨水增长”微物理过程(Pgmlt)随降水强度的变化相似，热力切变平流参数随降水强度呈现“增大—减小—再增大”的变化特征，而其他6个动力因子均呈现单调增长趋势，与“雨水碰并云水造成雨水增长”微物理过程(Pracw)随降水强度的变化相类似。
本文分析了多种动力因子对“碧利斯”暴雨增幅的指示意义，及其与云微物理转化过程的关系，在未来的工作中，将进一步探讨动力因子Q矢量散度与“霰融化成雨水造成雨水增长”微物理过程，以及动力因子Gsum、CVZsum、Hmsum、Htsum、Γsum、Γtsum与“雨水碰并云水造成雨水增长”微 物理过程随降水强度呈现相类似的变化特征的原因。此外，本文主要探讨了多种动力因子对“碧利斯”暴雨过程的指示意义，未来工作计划利用预报场资料，进一步探讨其对暴雨过程的预报意义。
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