鲁中地形影响中尺度对流性天气过程的机理研究

【摘要】：地形对中小尺度天气系统和局地暴雨的影响机制长期以来一直是人们所关注的焦点之一。近些年来,中尺度数值模式的发展为人们进行地形影响的研究提供了一种更为方便、有效的手段。在我国,人们利用数值模式对华南山区的地形影响研究较多,得出了许多有意义的结论,但对于华北地区的鲁中山区地形影响的研究却很匮乏。由于鲁中山区是位于35°N至37°N之间的中纬度地区,各种尺度天气系统活动较为活跃。鲁中山区又是一片孤立山区,特殊的地形条件使得这里的天气现象复杂多变,因此它具有特殊的研究价值。本文使用非静力大气数值模式MM5对发生在鲁中地区的一个典型的夏季大暴雨个例进行数值模拟,在模拟效果比较合理的情况下,设计了两组地形敏感性实验,利用模式输出结果,着重分析了鲁中地区对中尺度天气系统的动力和热力影响,部分揭示了鲁中地形对中尺度天气系统和局地大暴雨的影响机理。 首先本文利用美国国家环境预报中心NCEP的fnl再分析资料分析了2003年9月3日20时至4日20时鲁中大暴雨过程的天气背景形势。此前强大的副热带高压控制着山东半岛,使低层大气增暖,增加了大气的位势不稳定。3日20时至4日08时,500hPa等压面上位于河套上空的小槽开始东移并沿副高边缘北上,在副高西北边缘形成切变。在此过程中,高空急流向低层大气传递动能,为大暴雨过程提供了一种能量来源;南方杜鹃台风在海南和雷州半岛登陆,其东北侧的东南风同副高西南边缘的东南风合并为低空急流把台风和东海中丰富的水汽向北输送,为大暴雨发生提供了良好的水汽条件;地面锋面于4日02时左右进入鲁中地区,为中小尺度天气系统发展提供了良好的背景条件。 然后利用中尺度数值模式MM5的模拟输出结果和GEOS9卫星云图数据分析了此次大暴雨过程,尤其是4日02时到08时造成鲁中地区大暴雨的中尺度天气系统的活动特征,发现在低层(约925hPa)冷空气沿太行山东侧南下与暖空气交