2010年6月14～15日福建暴雨背景诊断分析和数值模拟

【摘要】：有关梅雨锋中尺度对流系统的研究许多学者已经做了很多,并形成了一定的理论。本文的研究目的就是通过研究发生在福建省梅雨过程个例,从物理量角度入手,得到一些梅雨锋暴雨发生发展的规律性认识,找到一些降水系统的演变规律及物理机制,提高对梅雨锋暴雨的认识,从而有利于做好实际业务预报和研究工作,这对于福建闽江致洪暴雨的机理研究很有必要。2010年6月13日到27日,福建省经历一次持续性梅雨锋强降雨的袭击,过程持续时间长、强度大,为历史少见。本文主要针对第一次时段(6月14-15日),闽中北和闽西地区的大暴雨为例,综合分析与大暴雨相联系的环流背景和中尺度对流系统特征及物理量分布特点,从而探讨此次大暴雨发生发展的可能触发机制。 首先总结出此次大暴雨过程的大尺度背景概念模型,暴雨产生在副热带高压的北侧边缘和低空切变的南侧暖区内。暴雨产生时副高脊线维持在22°N附近,500hPa中高纬为一脊一槽形势,低层850hPa的流场特征是来自孟湾、南海的暖湿气流和东路冷空气三股气流的辐合。 其次针对大暴雨系统的发生发展过程中物理量的诊断分析表明：东路冷平流从中高层持续渗透和低空急流的发展激发了对流层中低层对流的产生和发展,致使大气层结非常不稳定,强对流发生在Δθse负值中心、θse能量锋区和高CAPE值区的附近。此次过程是高空冷涡的发展带动低空低涡的发展,触发强对流的发生。在日常的强降水预报中,预报员只能通过风场和流场初步判定急流未来是增加还是减弱,这种判定具有一定的局限性,不了解急流何时出现扰动的情况。正是急流的扰动何时发生对暴雨的发生和发展至关重要。本文为了更好的研究风场扰动对强暴雨过程的触发作用,计算了一定区域内的u,v扰动量(u-u,v-v),并将其合成。通过急流合成扰动的分析得到,对流层顶的西北风扰动和强对流风暴顶的辐散作用加强了垂直运动的发展。而在对流层中低层强的西南风扰动促使大气垂直不稳定性增强,并且由于低空急流的发展,大量的暖湿气流由于强烈的上升伴随着高空的辐散及云体周围的下沉,促使强降水的发生发展。通过分析风场扰动的分布情况,可以判定强降水发生的时间和落区,这将有助于强降水落区的预报。经向垂直环流剖面分析表明,高低空急流及其耦合产生的次级环流的建立有利于对流层低层辐合高层辐散。对流层中层存在下沉气流,多支气流在暴雨区上空交汇,造成强对流发生。700hPa和850hPa层次上的湿位涡负值中心和强降水区域均有较好的对应关系,湿位涡负值中心的大小可以反映降水强度。通过分析发现湿位涡和强降水的发生、发展及系统的移动具有一定的相关性,还进一步表明湿对称、对流和斜压不稳定均对强降水系统的发生、发展起着重要作用。 最后利用WRF非静力中尺度数值模式对此次暴雨过程进行数值模拟,通过对暴雨过程中低层的环境背景、降水总体分布随时间演变的趋势以及冷空气触发降水的细致结构和物理量的演变情况分析表明：WRF非静力中尺度模式对本次大暴雨过程环流背景、大暴雨降水总体分布随时间演变的趋势,具有一定合理性。冷空气从对流层中层入侵,低空运动所携带的低层暖湿空气遇到中高空的干冷空气相作用,湿不稳定能量得以释放,促使位势不稳定层结和对流不稳定的发展,对暖区暴雨有触发作用。强降水时刻对应低空暖湿气流增强和高空θse的348K等值线上下打通的漏斗状分布。模拟出来的垂直上升运动在低空到200hPa附近出现了上升-下沉交替运动。低层正涡度突然增大,高层负涡度突然增大的时刻对应强降水时刻。