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《中国气象科学研究院》 2011年
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江淮地区降水和对流特征以及MCS天气条件:梅雨期与梅雨前、后期对比分析

汪会  
【摘要】:以往的研究用多年热带测雨卫星(TRMM)资料分别对比分析了亚洲季风区中的南亚季风区、南海地区和中国南方地区季风爆发前后的降水结构和对流特性,江淮地区是东亚季风区的重要区域,本研究用11年(1998-2008)的地面降水资料和TRMM资料对比分析了江淮地区梅雨前期、梅雨期和梅雨后期的降水特征和对流特性,还试图将各时期中尺度对流系统(MCS)的结构和对流特征与MCS的天气条件相联系,这对研究东亚夏季风降水十分必要,还可以为评估大气数值模式和改进模式中物理方案提供帮助。 江淮流域逐年的梅雨期的划分是采用客观的分析方法,既考虑了整个江淮地区的梅雨降水的强度、持续性和范围,还考虑了东亚大气环流季节内变化特征,并由梅雨期进一步确定了逐年的梅雨前期和梅雨后期。本论文采用分析TRMM观测到的“降水事件”(Radar Precipitation Feature;RPF)的方法来对比分析江淮地区三个时期的降水和对流特征,RPF是由TRMM测雨雷达(PR)观测到近地面降水的相邻像素组成的区域。根据RPF的面积大小和是否有对流像素将RPF分为三类:面积≧1000 km~2且包含对流像素的MCS、面积低于1000 km~2且包含对流像素的亚中尺度对流系统(subMCS)和没有对流像素的非对流降水系统(Other)。主要结论如下: (1)梅雨雨带在江淮地区呈准东西向分布,平均生命期为5天。江淮地区梅雨期总降水量也呈准东西向带状分布,在带状降水区内部有几个强降水中心,分别位于武陵山脉、江西九岭山、大别山、黄山和黄淮平原附近。江淮地区梅雨前期和梅雨后期的降水量比梅雨期小很多,梅雨前期的降水中心主要分布在长江以南地区,梅雨后期的主要在江淮地区西北部。 (2)在这11年期间,江淮地区在梅雨前期、梅雨期和梅雨后期都是以非对流降水为主(占总RPF数目的83%-63%),但对总近地面体积降水量的贡献却不超过6%;MCS总RPF数的比率最少(2.3%-3.3%),但对总近地面体积降水量的贡献超过了80%,这说明MCS是江淮地区晚春到盛夏最重要的降水系统。江淮地区从梅雨前期、梅雨期到梅雨后期对流性RPF占总RPF数目的比例依次增多,面积小于1000 km2的subMCS所占比例在梅雨后期最多(33.7%),这可能与梅雨后期的高温天气有利于局地热对流产生有关。 (3)这三个阶段相比,MCS占总RPF数的比率在梅雨前期最小,梅雨期和梅雨后期相当;平均而言,梅雨前期和梅雨期MCS的面积相当,约是梅雨后期的两倍。梅雨前期和梅雨期MCS往往与锋面等大尺度系统有关,而梅雨后期MCS与尺度较小的午后对流系统关系更加密切。 (4)分析对流强度因子(6 km高度上最大回波强度、30 dBZ回波顶高、37/85 GHz极化订正最低温度和闪电强度)和最大雷达反射率的垂直廓线,发现江淮地区降水系统的对流强度从梅雨前期、梅雨期到梅雨后期依次增强;梅雨前期对流较弱是由于夏季风还没影响到江淮地区,水汽没有梅雨期和梅雨后期充足,而且梅雨前期对流有效位能也弱。 (5)三个阶段中,梅雨后期闪电占该时期总RPF数的比率最大,为3.8%,梅雨前期最小,为1.1%。在多种雷暴因子中,闪电强度与降水系统在-45℃处大于20 dBZ的总面积和-5℃处大于35 dBZ的总面积相关最强,相关系数达到0.8以上,闪电强度与降水系统内部最强的对流强度(85和37 GHz极化订正最低温度和-15℃处最大回波)的相关并不高,与对流降水强度相关最差。 (6)通过分析对比三个阶段江淮地区有利于MCS存在条件,发现:(a)梅雨前期与梅雨期江淮地区有利于MCS存在的天气条件有相似之处:相对于没有MCS的情况,江淮地区有MCS存在时,梅雨前期和梅雨期在对流层低层,江淮地区有低涡扰动出现,冷暖空气在江淮地区对峙,具有明显的锋面降水性质,只是梅雨前期温度对比更强;在中层(500 hPa),有MCS存在时都有更多的正涡度平流输送到江淮地区,只是梅雨前期是由于江淮地区相对于其上空槽的位置改变,而梅雨期是江淮地区西侧槽的强度增强;在高层(200hPa)江淮地区位势高度增加,并且伴随反气旋扰动,有利于气流辐散。(b)梅雨后期MCSs存在时相对于没有MCS时天气条件的差别与梅雨前期和梅雨期有所不同,主要表现为梅雨后期中低层冷空气作用更加明显,即500 hPa高度上江淮地区北侧高空槽加深使得中低层冷空气很强,中层的冷空气的侵入有利于对流不稳定能量增加,从而产生强的对流;高层江淮地区北部槽加深、南部位势高度增加,更有利于高空出流。(c)在这三个时期,江淮流域有利于MCS存在的天气条件存在共同点:相比没有MCS时,江淮地区MCS存在时对流层低层西南风更强盛、整层水汽通量辐合和垂直上升运动,可降水量增多。
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