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2009年豫南一次强暴雨过程数值模拟及诊断分析

郭学峰  
【摘要】:利用NCEP/NCAR全球再分析格点资料、全国常规气象观测资料,借助中尺度WRF模式,本文对2009年8月28日~30日发生在河南省南部一次强暴雨过程进行中尺度数值模拟,并结合涡度方程、位涡收支方程,利用数值模式输出的高分辨率模拟结果对此次强暴雨过程中的涡度、散度、位涡、螺旋度等物理量进行诊断分析,研究此次暴雨天气过程发生发展的物理机制、大尺度环流背景、水汽、动力及热力条件等。主要结论有: 1、通过分析大尺度环流形势、低空急流形势等,发现高空槽、副热带高压是此次暴雨发生的主要环流形势,冷空气入侵、超低空东风急流是此次暴雨的主要影响系统。有利的环流形势、温度条件、水汽条件等共同配合是暴雨形成与发展加强的主要因素。 2、将累计降水量、环流形势、物理量要素等的模拟结果与实况进行对比分析,结果表明此次模拟的模拟效果较好。模拟暴雨的移动方向、降水落区、降水强度等均与实况接近,模拟的环流形势与实际的形势场较一致,模拟场能够较好的反映暴雨落区上空的大气环流特征。模拟温度场分布、量值及变化趋势与实况温度场特征也较为吻合。模拟水汽通量分布特征与实况基本一致。此次模式输出的模拟结果可靠,模式输出的高分辨率资料能够用来对此次暴雨进行诊断分析。 3、利用涡度方程对暴雨过程进行诊断分析发现,涡度方程各项收支中,涡度平流作用与辐合辐散作用对涡度局地变化的贡献最大,垂直输送项与扭转项对涡度局地变化的贡献较弱。涡度平流项对中低层涡度局地变化表现出正反馈作用,垂直输送项、扭转项及辐合辐散项起着负反馈作用。暴雨发生区域低层水平涡度平流促使局地涡度增加,气旋性环流加强,辐合增强。 4、位涡收支方程中各收支项同样能够反映此次暴雨过程的动力、热力性质。暴雨发展过程中大气中低层位涡局地增加,位涡局地变化大值中心对应暴雨中心。各收支项中,引起中低层位涡局地变化的贡献主要来源于潜热加热作用、水平平流作用、垂直输送作用及摩擦作用。其中潜热加热与水平平流作用对暴雨区中低层正变位涡起正贡献作用,潜热加热有利于位涡局地增加,水平平流作用易于低层位涡向流场辐合区聚集,引起局地位涡增加;垂直输送及摩擦作用对中低层位涡变化表现为负贡献作用,垂直作用易于将中低层位涡向高层输送,使得低层位涡减小,高层位涡增加。在摩擦作用下,低层位涡被大量耗散,使得中低层位涡局地减小。 5、借助螺旋度、Q矢量、假相当位温等物理量对暴雨诊断分析发现,此次暴雨发生过程中,暴雨落区上空存在良好的动力抬升过程,上升运动强烈。中低层存在强烈的上下层物质能量交换,大气不稳定能量发展聚集。此外,显著的水汽辐合为暴雨提供了有利的水汽条件。在良好的动力、水汽与热力条件共同作用下,在河南省南部产生了此次暴雨大风天气过程。


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