[科普中国]-对称不稳定

对称不稳定是气象学中关于大气稳定状态的判据。当大气处于弱的层结稳定状态时，虽然在垂直方向上不能有上升气流的强烈发展，但在一定的条件下可以发展斜升气流，这种机制称为对称不稳定。它可以用来解释与锋面相平行的中尺度雨带的形成和发展。

概念当大气处于弱的层结稳定状态时，虽然在垂直方向上不能有上升气流的强烈发展，但在一定的条件下可以发展斜升气流，这种机制称为对称不稳定。它可以用来解释与锋面相平行的中尺度雨带的形成和发展。

所谓对称稳定度实际上是大气中垂直方向上的静力稳定度和水平方向上的惯性稳定度相结合而产生的一种大气在倾斜方向运动的一种稳定性判据。

一次江淮暴雨的MPV及对称不稳定研究研究背景早在1942年，Ertel提出了等熵面上的位涡(IPV)概念，并指出，在绝热无摩擦过程中，等熵位涡是—个守恒量。后来，Hoskins在对位涡理论进行了深入的研究和比较全面的总结后认为，如果不计非绝热加热和摩擦效应，等压面位涡(PV)以及有降水发生的湿过程中的湿位涡(MPV)同样具备守恒性；当MPV为负值时，有可能出现条件性对称不稳定。还指出，对流层上部或平流层的位涡扰动可以下传而影响到对流层下部及地面的气旋发展；位涡还具有反演性等。利用位涡性质，气象学家对大气现象、特别是中尺度天气现象进行了大量的研究，得出了很多有用的结论。对“817”大暴雨进行了位涡分析，表明位涡中心与暴雨区的移动基本一致，较大的相当位涡局地变化是中小尺度系统的能源，是发生局地强对流天气的重要指标。研究准地转位涡(GPV)与带状降水的关系，并用模式说明了出现单条雨带和多条雨带的不同情况以及它们形成、维持的机制。研究指出，1991年5～7月间从北方或东北方南下的高位涡冷空气与暖空气相互作用，维持梅雨锋，形成了江淮地区的持续性暴雨。通过对等熵面上位涡的理论研究，提出了关于空气块沿等熵面运动与其垂直涡度发展关系的“倾斜涡度发展”观点。

1991年5～7月，我国江淮地区出现了严重的大范围暴雨和洪涝，期间7月5～6日的暴雨过程是一次高层冷空气与低层中尺度的低涡和地面气旋相互作用而产生的较为典型的梅雨锋暴雨，中尺度系统在其中起了关键作用。研究将在前人的工作基础上，试图运用位涡原理，对这次过程中的中尺度低涡发生发展的原因做一些初步的分析。

资料和天气概况（1）资料

我们在分析和计算中所使用的资料为取自国家气象中心中期数值预报全球资料同化系统逐日两个时次(08和20北京时)的oo时效全球格点资料。该资料将探空资料和卫星、雷达等非常规的探测资料进行了同化处理，其中包含了常规观测资料不能分辨的实际中尺度信息，在国内已有许多研究机构和科研人员利用这一资料进行了中尺度分析和研究。它的分辨率是2.5×2.5经纬度网格，包括等压面高度、温度、纬向风U、经向风V(100，200，300，500，700，850，1000hPa七层)、相对湿度(300，500，700，850，1000hPa五层)和海平面气压。我们取12.5°N～62.5°N，87.5°E～142.5°E作为分析范围。进行诊断计算时，在垂直方向用拉格朗日内插成十四层(100，150，200，250，300，400，500，600，700，800，850，900，950，1000hPa)，水平方向将资料内插到60km。

（2）暴雨时空分布

这次降水过程开始于7月5日20时，到7月6日21时基本结束，影响范围广及鄂、豫、皖、苏等四省，最大日降水量超过了200mm。降水区中很多地区出现了暴雨或大暴雨。从每隔三小时的降水量分布图(图1为其中6日08时、11时和20时三个时次的3小时降水分布)可以看到，5日20时，在湖北北部出现了孤立的降水区，然后向东扩展，降水中心东移。6日08时降水增幅达最大，11时出现最大三小时降水65mm。雨团主要沿引导气流在江淮之间向东偏北方向移动，6日20时，在苏北沿海形成一个中心值40mm/3小时的主要暴雨区。所以，从24小时的总降水量来看，长江中下游地区就表现为一条近乎东西向的雨带。

（3）低空环流概况

低空850hPa上，5日08时在四川地有低涡生成，并东移加强，到了6日08时其中心位于郑州与汉口之间，气旋性环流变得十分清楚，东南部的西南风明显加强；之后低涡开始减弱，7日08时已经移到朝鲜半岛上空，我国华东地区被其后的高压所控制(见图2)。相应地，地面图上7月5日14时在四川盆地东部有低压发展起来并逐渐东移，6日08时～14时，该系统移到了安徽省境内，强度明显增大，气旋性环十分清楚，最低气压值达到947hPa，东西向切变线就位于江淮之间，形成了一个典型的江淮气旋。我们发现，在700hPa和850hPa的低涡加深、地面气旋加强的同时或之后不久，暴雨强度也就相应出现明显的增大(6日08时、6日11时)。所以说，对流层低层中尺度低涡的生成并东移加强，促使了地面冷锋上的扰动加剧，有气旋波发展，形成了地面气旋，随之便造成大暴雨发生。这种中尺度的低层低涡和地面气旋可以说是造成这次暴雨过程的直接影响系统。

研究结论由定义可知，湿位涡(MPV)本身包含有动力和热力性质，用它可以更准确地描述环境大气的状态．在所研究的这次暴雨过程中，MPV1>0，MPV2