热带扰动引发华南前汛期暴雨的机理研究

【摘要】： 利用多种观测资料，通过天气学分析、位涡反演、动力学和热力学诊断，并结合中尺度数值模式WRF进行数值模拟和敏感性试验，对一次热带扰动引发的华南前汛期暴雨典型个例进行了细致的研究，探讨了热带扰动及其伴随着的深厚湿对流系统的动力热力结构、热带扰动发展的物理原因以及暴雨的形成机制。结果发现：(1)热带扰动中心为高假相当位温结构、辐合和涡旋特征主要位于对流层低层、正涡度柱和非绝热加热柱向北倾斜，加热柱两侧存在热力直接或间接的中尺度次级环流，低层辐合区和上升运动区位于热带扰动的北侧或东北侧。深厚湿对流发生在扰动系统的北侧或东北侧，强上升气流在对流层中下层从东南向西北倾斜上升，达到对流层高层之后以西南气流的形式向外辐散。湿对流系统在700-400hPa平均气流的动力引导下向下游移动。(2)大气内部动力过程并不能导致热带扰动快速发展，而非绝热加热才是热带扰动和暴雨中尺度系统发展的主要物理机制。降水凝结加热反馈对热带扰动系统发展和暴雨的形成最为重要，其次为边界层过程加热，地面热通量的作用次之，辐射的直接加热作用最小。(3)非绝热物理过程对热带扰动发展影响的主要物理途径为：非绝热加热制造了对流层中、低层(边界层)的位涡，使对流层中、低层高度场降低，对流层中高层高度场升高，形成对流层中低层中尺度低压和中高层中尺度高压的耦合发展，中低层辐合的气旋性环流和中高层辐散的反气旋性环流相配合，在对流降水区强迫出上升运动，使热带扰动系统进一步发生发展。(4)热带扰动引发华南前汛期暴雨的物理机制为：在有利的天气尺度背景条件下，对流层低层南支槽区的正涡度分离影响南海热带洋面(或南海热带洋面有残留的正涡度扰动)，在南海北部洋面形成弱的气旋性扰动。之后在南海洋面潜热、感热通量以及边界层的热通量作用下，热带扰动进一步发展，天气尺度强迫加强，促使热带扰动区爆发深厚的湿对流，对流爆发后对热带扰动存在正反馈效应。热带扰动增强后在对流层中层引导气流的作用下快速向北推进影响华南地区，此时低空急流增强、水汽输送加大，天气尺度强迫的上升运动使中尺度对流发生、发展和维持，从而引发华南暴雨。当暴雨中尺度对流系统移动到华南中尺度地形上空时，地形迎风坡的动力强迫抬升以及喇叭口地形的机械夹挤作用形成的地形性辐合增强暴雨，降水凝结加热对热带扰动和中尺度暴雨系统存在正反馈作用。(5)热带扰动引发华南暖湿区暴雨短期预报的着眼点如下：首先要关注华南以南低纬地区低层的气旋性风向和风速扰动，扰动系统的大风轴是否与大气可降水量高值带相重合；其次分析天气尺度环境场是否有利于扰动系统快速发展，警惕扰动系统在伴随有深厚对流系统活动时可能快速增强；最后分析对流层中层环境气流的方向，了解是否存在热带扰动和深厚湿对流系统北上影响华南的引导机制。湿对流暴雨发生在低层扰动系统大风轴前端的辐合区中。