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条件不稳定湿大气中二维复杂地形上空对流动力学特征与降水

李唐棣  
【摘要】:本文利用中尺度数值模式模拟研究了复杂地形对对流系统发展与传播的影响作用。采用中尺度数值模式ARPS分别对条件不稳定气流过二维单脊和双脊钟形地形所产生的对流现象及对流与地形流之间的相互作用进行了数值模拟及动力学分析。 二维双脊钟形地形上空的对流系统状态、降水分布与基流强度、双脊高度、山谷宽度(双脊之间距离)、双脊配置有关。其中,山谷宽度主要决定了双脊地形与单脊地形上空对流、降水分布状态之间的差异,当山谷宽度较小时,双脊地形可以用两者的包络地形近似,其上空的对流模态、降水分布与单脊地形相类似;当山谷宽度较大时,两个地形相距较大,其上空的流动之间相互影响作用较小,此时,每个地形都可以视为单脊地形单独处理;当山谷宽度在一定范围内,其上空的对流及其降水分布与单脊地形有明显的差异。沿基流方向,双脊地形配置主要有两种配置:前低后高和前高后低两种。对于前高后低双脊地形,上游高地形起主导作用,相对来说下游的低地形作用较小,此时,山地上空的对流模态及其降水与单脊地形相类似,主要决定于高地形作用;当低地形位于上游,高地形位于下游时,山地上空对流、降水与单脊地形有明显的差异,此时上游的低地形一方面要明显改变基本流的作用,同时位于下游的高地形要对上游的低地形背风侧的流动产生影响,导致复杂的对流传播、降水分布。前低后高、中等山谷宽度的双脊地形上空的降水主要呈现四种类型:(ⅰ)山谷与前山迎风坡降水;(ⅱ)后山迎风坡降水;(ⅲ)前山山峰与后山迎风坡降水;(ⅳ)前山山峰准静止、背风侧和后山山峰准静止降水。降水类型(ⅰ)-(ⅲ)主要出现在上游基流较小时,而降水类型(ⅳ)主要出现上游基流较大时。 CAPE对山地上空降水影响较大,CAPE很小时初始对流很弱且难以维持,地形降水主要由地形流作用产生;当CAPE较大时,较强的初始对流能够很快产生且不断发展,密度流主导着对流的演变。在确定Fr情况下,CAPE越大,初始对流产生的时间越早,强度也越强,对流在上游低地形山顶触发的时间也越早,同时,随着CAPE增大,高地形上游,山谷及低地形附近降水逐渐增强,当上游对流发展强盛时,高地形附近来流水汽被切断,因此,当CAPE逐渐增大时,高地形附近及其背风一侧的降水却越来越少,而当CAPE和Fr数比较小时,上游对流发展较弱,过高地形的气流受上游降水影响不大,在较强的地形抬升作用下,高地形及其背风一侧能够产生较强的降水。


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