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山东两次强对流天气过程机理的分析研究

朱磊磊  
【摘要】: 强对流常常会引发雷暴、大风、冰雹、暴雨等灾害性天气。而且由于强对流系统的形成和发展的局地性和突发性,因此它一直是预报的重点和难点。本文利用卫星,雷达及山东省中尺度自动站网获取的多种观测资料和PSU/NCAR中尺度大气非静力模式MM5分别对2006年4月28日和2007年5月28日主要发生在山东地区的两次强对流过程进行了观测和模拟分析。其中还重点利用小波分析的方法对4.28过程数值模拟的结果进行连续小波变换分析。通过分析研究发现: (1)对于4.28飑线这种尺度相对大一些的中尺度对流系统,采用恰当的物理方案和资料处理方法,用4 km的模式分辨率相对较好的模拟出了整个过程,而用10 km的模式分辨率模拟的结果和实际观测偏差较大。对于5.28强对流这种尺度比较小的中尺度对流系统,即便使用4 km的模式分别率以及和4.28过程相同的物理方案和资料处理方法,模拟结果和实际观测相比差别也很明显。这种尺度非常小的局地强对流系统的形成发展过程往往与中-γ尺度天气系统密切联系并涉及到多尺度系统间的相互作用,受复杂的边界层地形、局地热力和动力作用的影响。这两次中尺度强对流过程的模拟结果也说明了中尺度对流系统的可预报性对天气过程尺度和模式分辨率的依赖性。 (2)中尺度地形对触发这两次强对流天气过程都起到了重要的作用。4.28过程由于太行山地形影响而产生的下坡风与西南暖湿气流相汇合,形成中尺度辐合线,触发了不稳定能量的释放,产生对流并由中尺度辐合线组织成飑线。另外,太行山的东南方向有背风波长时间存在,其波长为50 ~ 200 km,它对于4.28飑线过程的发生也具有触发作用。5.28过程中,由于鲁中山区的存在,从海上吹来的冷湿气流遇到地形后抬升,再加上地面倒槽中的中尺度辐合线,配合低空切变线和高空冷平流,产生了对流。 (3)用小波分析的方法可以很好地揭示重力波的模态,分析重力波发生发展的时间和空间特征。从分析4.28过程模拟的结果来看,此次飑线过程的重力波波包中存在多种波长的重力波,其波长范围为20 ~ 200 km,波动能量多集中在50 ~ 100 km的波段内。在整个飑线传播过程中,对流层高层及低层,都存在波长为50 km和100 km的重力波,并且都呈现出比较明显的几个波动形式。相同波长的几个重力波的传播速度基本一致,但是50 km波的传播速度稍快于100 km波,显然,这不同于线性模式的分析结果。不同波长的波一起构成一个波包,群速为14 ~ 28 m/s。对流在激发出重力波后,重力波会向前和向后传播。重力波在向前和向后传播和频散的过程中,往往又会激发新的对流,而新的对流单体反过来又会激发新的重力波,这种对流和重力波的相互作用使得飑线的传播呈现出跳跃性传播的特性。


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