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2003年江淮梅雨暴雨的诊断与数值模拟

张端禹  
【摘要】:利用常规气象观测资料,计算江淮地区2003年梅雨期20场暴雨中心的湿位涡及其正、斜压分量,发现:(1)依据降雨中心的对流稳定度及实时降雨性质可将梅雨暴雨分为4类,第一类层结稳定,有雷雨或阵雨;第二类层结不稳定,有雷雨或阵雨;第三类层结稳定且为稳定降水;第四类层结不稳定但为稳定性降水。(2)第一类暴雨与对称不稳定有关,第二类暴雨与对流不稳定有关,这两类暴雨雨量较大;后两类雨量较小。第一类出现大暴雨的机率较其它种类大得多,即当层结稳定且有雷雨或阵雨出现时,要警惕大暴雨甚至特大暴雨的出现。(3)梅雨暴雨中心上空及其南部高层多伴有湿位涡正压分量的相对小值区,这多数与高层的惯性不稳定有关。当雨区上空或南部高层有ξmpv1较强的负值出现时往往预示一次强降雨过程。(4)斜压性、湿对流不稳定、湿对称不稳定和高层惯性不稳定都是形成梅雨暴雨的原因,其中高层的惯性不稳定与中低层的对称、对流不稳定联合尤其容易导致暴雨加强。 利用常规观测及NCEP再分析资料,运用MM5中尺度非静力模式对2003年梅雨期发生在江南的一次大暴雨天气进行了数值模拟,在强降雨范围、大小基本模拟正确基础上利用模式输出结果考察暴雨发生原因。结果表明:(1)这次大暴雨发生,低层没有受到低涡活动直接影响,属于切变线暴雨;850hPa等压面相当位温分析表明,低层有明显暖湿气流和能量锋区活动;大暴雨期间中层500hPa等压面有明显干线活动。(2)暴雨区中低层相当位温在整个过程中基本维持高值区,层结对流不稳定。高层的惯性不稳定有助于暴雨加大。相当位涡及其分量分析表明,暴雨过程高层和低层同时存在着对称和对流不稳定。对称不稳定加强时暴雨加强,减弱时暴雨也随之减弱。(3)降雨中心要素量的时空变化表明:降雨增强阶段,负值湿位涡、负值湿位涡正压项、负值斜压项加大;降雨减弱阶段这些要素多反向而变。暴雨中心湿位涡及其正压项等要素的时空变化呈现多个准水平的层次,要素上、下交换较小。但湿位涡斜压项等要素的等值线上下扰动比较大,表明这些物理量垂直输送明显。边界层要素变化与暴雨关系密切:相对于降雨加强,ξmpv、ξmpv1和ξmpv2加强超前约3h。(4)这次江南大暴雨的发生明显与斜压性、对称不稳定、高层惯性不稳定以及低层对流不稳定有关。强降雨直接影响系统具有明显的中尺度时、空特点,时间为几个到十几个小时,水平尺度一般为几百公里。


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