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《南京大学》 2011年
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MCS的观测研究与MCV的个例模拟研究

束宇  
【摘要】:中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,简称MCS)是我国夏季造成暴雨和洪涝灾害的主要天气系统之一,静止卫星红外云图是监测MCS的重要手段。因而基于静止卫星红外云图对MCS进行普查是MCS研究的一个重要方向。静止卫星原始数据经过定位、插值、定标三个步骤可以转化为格点上的物理量数据,从而可以用于科学计算中。 以往对MCS的普查工作中,由于人工识别MCS的普查方法的限制,对MCS的普查工作往往局限在一个较小的时间跨度和空间范围内,而且带有一定的主观性,不利于对MCS气候学特征的研究。本文中,作者开发了一种基于静止卫星红外云图的MCS的计算机自动识别方法。自动识别方法主要包括三个步骤:MCS轮廓的生成、对MCS的追踪、对MCS的判别。对1999年中国及邻近地区MCS的抽样普查结果表明,自动识别方法在查找MαCS时的错识别率大约为19.1%,误识别率为1.4%,漏识别率为零;查找MβCS的错识别率为10.1%,误识别率和漏识别率均为零。基于新的MCS自动识别方法,作者开发了一款卫星云图资料处理软件:“静止卫星云图处理和强对流侦测系统”。 采用基于静止卫星红外云图的MCS的计算机自动识别方法普查了1995~2008年夏半年亚洲和西太平洋地区的四类不同尺度和形状的MCS,共得到47468个满足要求的MCS。然后,以这些普查到的MCS为样本,研究了亚洲和西太平洋地区MCS的形状、尺度、持续时间、移动速度、地理分布、月变化、日变化生命史等的气候学统计特征。结果显示:MCS近线形的数目是近圆形的2.5倍,近线形MCS的尺度更大,近圆形MCS的持续时间更长。500hPa引导气流对MCS的移动起重要作用,MCS成熟以后移动速度会加快。四类MCS的地理分布特征、月变化特征较为相似。MCS基本呈纬向带状分布,从南向北依次有三条活动强度递减的MCS分布带。各地区MCS的月变化与其所处的大尺度环境的季节调整相关联。MCS按日变化特征可以分为四类:低纬全天候MCS、高纬全天候MCS、夜发性MCS和午后形成的MCS。在中国地区,高原和丘陵地区的MCS是单峰型生命史,下午形成,傍晚成熟,入夜后减弱消散;平原地区MCS的生命史是多峰型特征,下午和夜间都有MCS形成;洋面上午夜时是MCS的形成高峰;两广沿海受海陆风环流影响,MCS集中在下午三四点左右形成;四川盆地受山谷风环流影响,MCS夜发性特征显著。 利用2008年华南暴雨实验期间的LAPS分析资料、MT1R红外云图资料、多普勒雷达资料对2008年6月12日的一次暴雨MCS过程进行了诊断分析,研究了其发生的环境背景、红外云图上MCS演变过程及对流系统中风暴的发生发展和演变。结果显示:该次暴雨MCS形成于有利的对流发展环境中,低层的西南涡在MCS的形成和演变中起到了重要作用;红外云图显示对流系统是一次MβECS过程;雷达图象显示对流系统是一次飚线强风暴过程,入流区低层反射率因子梯度很大,存在弱回波区,中高层的回波悬垂结构明显,径向速度图显示入流区中层存在辐合区;LAPS资料分析表明强风暴形成于中等的CAPE值和较强的垂直风切变环境中。 使用WRF3.2对2009年8月16日~18日发生的一次暴雨灾害过程进行了数值模拟,该次模拟较好的模拟出了该次暴雨过程中的MCS活动和MCV活动。结果显示:MCV形成于800hPa以下,以850hPa涡旋特征最为明显;涡旋形成于对流性降水区中,涡旋形成时涡旋区域内有正负变涡耦极子,涡旋向正变涡的方向移动;在对流层低层,辐合辐散项和倾斜项是正涡度的来源,而对流项和平流项则抑制局地涡度的增大。大气对对流加热的平衡响应,是该MCV的形成机制之一,该MCV形成的另一个机制为对流内上升运动造成的水平涡管的倾斜。对MCV形成时的Rossby形变半径的计算表明,扰动尺度大于Rossby形变半径,即扰动为“动力大尺度”的,MCV将会持续较长的时间。
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P458;P412

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【参考文献】
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