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一个中尺度暴雨过程发展演变的动力学机理研究

吴炜  
【摘要】: 本文借助于MM5V3.6模式系统,对2002年4月15日发生在鲁南的大暴雨天气的发展演变过程进行了数值模拟和动力分析。此次过程是山东省近二十年来出现最早的一次大暴雨天气,也是一次比较典型的春季中尺度暴雨过程。对于此次过程,气象台站短期预报和国内外多家数值预报产品均未报出。 天气学方法分析指出,此次过程发生在对降水有利的大尺度环流条件下,暴雨的形成与该地区强不稳定层结和对流层低层的水汽输送有直接关系。由降水时空分布和卫星云图演变特征,得出中β尺度对流系统的生命期和水平尺度特征。指出分辨率较低而无法正确反映此类系统的发生发展是造成大尺度数值模式降水预报失误的重要原因,高时空分辨率资料的缺乏使气象台站难以捕捉和预报此类中尺度暴雨。 通过高时空分辨率的数值模拟和诊断分析进一步揭示出: ①降水过程发生前,鲁南地区为边界层高能舌北端和4000米等高面附近θse锋区重合的强对流性不稳定区。水汽向北输送和比湿变化是引起对流层中下层θse分布变化的主要因子,而低层高湿气流到达位置比中层偏北是形成此强不稳定区的主要原因。 ②分析了春季山东南部沿海在陆地迅速增暖条件下,海陆气团热力差异对天气演变的影响,指出边界层中海陆气团锋面在偏东气流引导下西进,抬升锋前暖湿气团,是本次暴雨过程重要的对流激发机制。分析并指出了此次过程中对流降水的演变规律:对流活动引起的高层重力波和边界层冷涌是对流传播和触发大暴雨中心对流活动的主要机制,地面冷空气的侵入,引起边界层暖湿空气的交汇和强烈辐合是对流活动显著加强的原因。 ③在低层冷暖空气交汇的辐合线上强烈发展的中β尺度对流系统呈现如下结构特征:对流中心存在狭窄的强上升运动区;强上升运动和强正涡度的耦合;整体上低层辐合、高层辐散的散度场配置,沿辐合线径向剖面散度呈现倾斜分布;边界层高湿空气的斜升流入是对流系统重要的水汽通道。定性地给出了中β尺度对流系统气流运动的图像,即:在边界层,气流从东南方向斜升流入中β对流区, 在系统中垂直上升,约在7000米一9000米高空向东北方向流出,形成非闭合的垂 直环流。 ④淮北、苏北是鲁南暴雨区对流层中下层气流的源地,其充沛的水汽是此 次过程前期水汽条件改善的重要原因,除水汽平流造成比湿增加外,对流层 70OhPa及850hPa较强的上升运动也是该层次湿度增加的重要因素。降水同期边 界层气旋东侧西南风和东南风汇合和较强的水汽输送是鲁南地区形成强降水的 重要原因。


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