一次西南地区暴雨的诊断分析和数值模拟

【摘要】：本文利用气象常规资料、NCEP/NCAR1°×1°再分析资料以及地面站逐日降水资料对2009年7月31日至8月1日发生在我国四川省的一次暴雨过程进行天气诊断分析。采用NCEP再分析资料以及中尺度滤波技术,并且利用中尺度数值模式WRF对这次降水过程进行模拟,利用数值模拟输出的较密的时空资料探讨这次降水过程的发生发展的特征和机理。天气分析表明,此次暴雨过程中500hPa高纬度环流形势为两槽两脊型,即我国新疆地区和蒙古交界区和东亚地区为低压槽,新疆北部地区和蒙古东部是高压脊；在西藏上空存在一个闭合的小低压,副高内的东南风带来大量的水汽,随着西藏上空的低涡东移,副高脊线西侧变形为东北西南走向,四川东部为较强的西南气流控制。通过对这次暴雨过程的诊断分析和模式模拟可以发现：散度场、水汽通量和水汽通量散度对暴雨落区具有较好的指示作用,充沛的水汽为暴雨的发生与发展提供了条件,低层水汽辐合是暴雨水汽的主要来源；高空辐散、低空辐合的散度场配置有利于对流运动的发展,此外水汽的汇合主要也是由于低空流场的辐合作用。湿位涡的正压项与斜压项综合反映了暴雨区对流不稳定和斜压不稳定状况；高层的位涡高值下传,高值位涡的干冷空气加强了低层的扰动,降低了低层的稳定度,迫使中低层暖空气抬升,促使对流不稳定能量与潜热能的释放,促进了暴雨的发展。垂直风切变使得平均气流动能转化为扰动动能,激发了重力波的产生,重力波通过发展的积雨云时,加大云内的上升速度,使得不稳定能量得到释放,从而产生降水。强降水区域上空存在辐合辐散的链式分布,表示了重力波的存在。辐合辐散区域开始形成于川西高原下山坡处,并且逐渐往东移动,值的大小也在逐渐减弱,重力波对这次降水过程强度的影响是成正比的。辐散辐合区域相应地对应着垂直运动强烈的区域,气流的上升运动随重力波的发展愈加强烈,使得对流运动得以发展。随后重力波继续东移减弱,直至最后消亡。高空急流出口区附近的非地转平衡流引发的地转适应过程在中尺度重力波的发生和发展过程中也起了十分重要的作用；高空急流出口区附近中尺度重力波是在地转调整以及切变不稳定的过程中产生发展的,从地转调整和切变不稳定的产生顺序来看,地转调整提前于切变不稳定的产生。因此,我们可以认为非线性平衡方程对于降水带的移动具有预判的作用,而理查森数则与降水则具有同时性特征。另外这次强降水过程中,波动基本满足Lindzen等的波导条件,但是从前文的分析中看到重力波在东移的过程中在逐渐减弱,并最终消亡。7月31日的重力波的存在以及其后的发展对暴雨的影响是比较显著的,但是到了8月1日对流对暴雨的发展起到了主要的影响作用,重力波在这时不再对暴雨产生影响。