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东北冷涡中尺度对流系统的数值模拟及其垂直运动的诊断分析

王培  
【摘要】:东北冷涡是影响我国东北地区的主要天气系统之一,发生在东北地区的强降水、冰雹、大风等天气过程,大部分都是东北冷涡引起,所以关于东北冷涡的研究至关重要。然而,东北冷涡的降水发生区并非在冷涡中心处,也不是均匀对称的分布在东北冷涡中,因此对于东北冷涡引发降水的预报一直是一个难点。本文主要揭示了东北冷涡中的中尺度系统产生降水的形成机理及结构特征。 本文利用WRF模式对2007年7月7日-12日的东北冷涡过程进行模拟,并加入常规地面和探空资料进行同化。分析可知对流层中高层出现干侵入过程,干冷空气主要来源于我国内蒙古西部和东北冷涡的西北部,随着东北冷涡一起呈涡旋状运动,在对流层中层的干侵入更加明显,另外从300hPa位涡的变化也可看到干侵入的过程;东北冷涡的东部为水汽通量辐合区,说明此处水汽丰沛,该处的暖湿空气与干冷空气相汇,有利于降水的生成。通过分析中尺度对流系统的地面和对流层中下层的风场结构可知,中尺度对流系统易发生在东北冷涡东南侧和东北侧的气旋性曲率最大处,而降水正发生在这两个气旋性曲率最大处,为“气旋曲度”降水。 本文利用运动学方法和改进的绝热方法,对垂直运动速度进行计算,发现运动学方法对于中尺度系统的计算结果较好,因此利用运动学方法对本次东北冷涡过程中的中尺度对流系统环流结构进行分析。结果表明在“气旋曲度”区的对流层低层容易形成强的风场辐合区,而风场的水平辐合运动激发出垂直上升运动,在对流不稳定区配合着强上升运动,有利于对流系统发展而产生降水,因此在低压系统东南侧及东北侧的“气旋曲度”区易形成降水。从对流涡度矢量的垂直分量可知,在东北冷涡中的东南侧和东北侧,对流涡度矢量的垂直分量对于中尺度系统的发生位置和降水区域有一定的指示作用。


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