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《南京信息工程大学》 2009年
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陕西关中强暴雨中尺度对流系统研究

慕建利  
【摘要】: 暴雨一直是业务天气预报服务重点,更是预报难点,在陕西汛期日常预报中暴雨预报就有失败或不理想的状况,因为受特定地理环境影响,陕西暴雨具有历时短、强度大、局地性和突发性强的特征,大气环流表现为不同的形势。所以,要做好陕西的暴雨预报,不仅要研究其普遍性,还要研究其特殊性,加强预报的针对性和预见性,有助于做好防灾减灾等预报服务。 2007年8月8—9日陕西关中暴雨天气过程历时短、强度大、突发性强为历史罕见,暴雨发生前影响系统不明显,关中处于中纬度高压坝控制之中,南部没有急流存在,没有明显的水汽和能量输送,给暴雨的预报带来极大的困难,加之对该类暴雨研究极少,预报员很难找到暴雨预报的着眼点,从而使暴雨的预报出现了较大的误差。为了揭示该类暴雨的发生发展规律,提高该类暴雨的预报准确率,本文以此暴雨个例做为研究对象。在过去研究和实际业务天气预报中发现,研究中NCEP资料等虽然有较好的预报能力,但在时效和获取方面有时存在问题,难于在实际中及时应用,影响研究的应用效果,T213资料对陕西暴雨是有一定的预报能力,产品及时有效,在实时业务天气预报中使用方便。所以,本文综合利用T213(0.5625°×0.5625°)资料和近年来高时空分辨率观测资料(包括地面区域逐时加密观测资料、分钟降水资料、FY—2C卫星、多普勒雷达资料以及分钟地闪等资料),通过天气学分析、动力和热力诊断、数值模拟等方法,对上述个例进行了细致的分析研究,总结了该类强暴雨发生发展的有利环境背景,分析了其形成的可能原因,揭示了强暴雨中小尺度对流系统的发生发展规律、三维结构,特别是暴雨过程中三个大暴雨中心的MβCS(MγCS)的细微结构特征,为该类强暴雨的短时临近预报预警提供思路和预报着眼点。主要结论有: 1、“07.8”关中强暴雨是在高中低空有利的环流配置下,不同纬度天气系统共同作用的结果,对流层中层青藏高原高压和西太平洋副热带高压形成的高压坝在陕西中部断裂对暴雨的形成至关重要,它与低层东西向切变线和高层西风急流入口区右侧发散场的相互配合为强暴雨的形成提供了有利的大尺度环流背景。 2、关中周围水汽的集中为暴雨形成提供了水汽和位势不稳定条件,水汽的聚集是通过偏东气流的输送实现的,而水汽的快速变化形成关中暴雨的突发性和历时短而强的特征;强降水的发生和减弱与水汽的局地变化、水汽平流和近地层水汽的增加和减少密切关联。高空反气旋涡度的发展形成强烈的“抽吸作用”和次级环流圈是暴雨形成的动力机制。 3、关中强暴雨过程的东西向雨带与秦岭山脉和关中地区喇叭口地形有关,雨带上的降水非均匀分布,强暴雨集中在岐山、礼泉和高陵三个中心,它们是由一个MαCS的发生发展产生的,MαCS又是由2个MβCS合并发展而成,其内部对流单体的发展合并和独立加强形成不同的降水中心,这些对流单体的发展是由地面中尺度辐合系统产生的,强降水落区与地面中尺度辐合系统有很好的对应关系。 4、地闪的发生和急剧增加对暴雨发生和发展加强有很好指示意义,初闪的发生提前于强降水发生,地闪急剧增加与降水强度猛增密切关联,负地闪发生密集区是未来强降水发生区。 5、非静力中尺度WRF模式能成功地模拟出关中地区的突发性强暴雨过程。模拟结果表明,此次强暴雨与一个中α尺度低涡的生成密切相关,其内部强烈发展的中β(或中γ)尺度对流系统直接产生了岐山、礼泉、高陵强暴雨中心的对流降水。产生这3个强暴雨中心的MβCS有不同的流场、动力、热力垂直结构。在日常天气预报中,把握这些结构特征,为预报提供参考。 垂直结构上,中低层不同的方向和不同层次的气流流入中β尺度降水云塔,在不同高度上形成了不同的垂直环流支,云塔中的上升气流一直伸展到200 hPa(或150 hPa)后向东南、东北流出。 动力、热力垂直结构上,歧山暴雨中心450 hPa以上为强辐散,450 hPa以下暴雨中心南、北两侧结构相反,南侧为弱辐散、辐合,北侧为辐合、弱辐散。垂直上升运动先向南、后向北倾斜、再直至对流层顶;涡度柱与相当位温的双高能、双重不稳定层结柱和中层两个暖心、上下冷心的温度柱互相耦合。礼泉和高陵暴雨中心:整层强上升运动柱与强散度柱和正涡度柱耦合;礼泉上升运动柱是一个高、低层冷而中上层强暖心的近饱和水汽柱,具有典型“鞍”型场的不稳定层结结构;高陵暴雨中心南缘550 hPa以下是强能量和温度离差锋区,其上空400 hPa以下为近饱和的水汽柱。 根据上述研究结果,可以得出关中该类强暴雨短时临近预报预警的着眼点:1)500hPa上空,中纬度地区为青藏高原高压和副热带高压形成的高压坝控制时,高压坝能否断裂形成切变线是暴雨预报的关键;高空南亚高压东北侧发散流场的形成对暴雨的发生有指示意义。2)水汽的局地变化、水汽平流和近地层水汽的增加和减少对该类暴雨的发生发展和减弱消亡有较好的指示意义。3)根据初闪发生的时间、负地闪发生密集区和地闪的急剧增加可估计未来强降水可能发生的时间、地点和强度。4)将卫星、地闪和雷达资料以及NWP与引导气流和地面中尺度系统等结合起来,分析推断未来MCS的发展演变,可以提前短时临近预报预警的时效。 今后还应当不断地对产生陕西暴雨的特殊个例进行分析研究,使预报人员对暴雨发生发展的规律有更多的认识,从而提高暴雨预报的准确率。
【学位授予单位】:南京信息工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:P458.121.1

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