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中国东部夏季中尺度对流系统和中尺度对流涡旋的特征

王微  
【摘要】:中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,简称为MCS)及中尺度对流涡旋(Mesoscale Convective Vortex,简称为MCV)经常引起各种对流天气,造成大范围的暴雨,是一种具有强烈灾害性的中尺度天气系统。而针对我国东部地区夏季MCS和MCV的普查和统计工作还不够完善,因此本文结合了Davis et a1.(2002)所使用的MCV探测方法和Shu and Pan(2010)的计算机红外云图自动识别方法,针对我国东部夏季MCS和MCV进行普查以及统计。从MCV中心的高度分布、厚度分布、相对位置分布以及降水特征等着手,研究MCS和MCV的特征以及他们之间的联系、发生环境和垂直结构。研究分析结果表明: (1)在涡旋中心平均高度分布上,我国东部地区MCV中心普遍分布在850hPa高度上,而美国则是大多数分布在500hPa上。这可能是由于我国东部的地形与美国的平原地形之间有所差异造成的。并且我国东部MCV中心的高度分布与MCS的形状和尺度无关。 (2)在厚度分布上,我国东部MCV的厚度较薄,大多数都在100hPa左右。除中α尺度线状对流系统对应的MCV外,只有极少数可以达到500hPa以上的厚度。总的来说,我国东部MCV一般是位于较低层次的浅薄系统。 (3)讨论MCS中的对流云团以及MCV的相对位置分布后发现:无论是哪种类型MCS的对流云团,大部分的MCV位于中尺度对流云团的北部,而西侧、西北侧以及东北侧也占据两者相对位置分布的一部分,而其他的位置则较少。此外,MCV与中尺度对流云团的相对位置受到MCS的形状和尺度大小的影响不大。 (4)在我国东部地区,MαCCS降水区域与-52℃廓线覆盖范围吻合程度要优于其他三种类型。而MβCCS成熟时期降水极值位于52℃廓线覆盖范围内。MαECS和MβECS在发展过程中可以通过两个对流云团逐渐靠近而合并增强,从而使得降水有所加强。总而言之,MCS的降水特征与MCS的尺度以及形状有关。 (5)研究MCS的发生环境后可知:无论尺度还是形状如何,MCS发生区域的一般特征如下:850hPa的相对湿度在95%以上,水汽充足,并且垂直风切变较弱。而天气背景的高低空形势、高低空急流的相互作用以及高低层的辐合辐散等这些影响因素的不同,可能造成了MCS的不同尺度和不同形状。 (6)研究MCV的垂直结构后可知:无论是何种类型的MCS,它所产生的MCV的温度和涡度垂直结构基本保持一致的,具体表现为中低层存在一冷心,而高层存在一暖心,中低层辐合,高层辐散。MCV的这种温度和涡度基本结构说明:MCV在低层辐合,高层辐散,从而产生有利的上升运动,随着上升运动将低层的湿空气带至高层,在高层水汽达到饱和,释放出凝结潜热,导致降水产生,而降水又造成地面降温,从而使得MCV得到维持,并且有利于MCS的发展。


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