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宁夏一次大暴雨过程的数值模拟研究

王晖  
【摘要】:本文在对西北地区东部降水气候特征分析的基础上,利用常规观测资料,1h地面自动站加密资料、高时空分辨率的卫星、雷达和闪电资料以及WRF模式输出的高时空分辨率资料对宁夏地区2012年7月29-30日大暴雨天气过程(以下简称“7.29”大暴雨)进行了分析。主要结论如下: (1)我国西北地区东部降水气候特征统计分析表明:我国西北地区东部降水量自东南向西北逐渐递减,且降水量有明显的季节性差异;其中降水以弱降水和中等强度降水的出现次数为主,强降水尽管出现次数较少但对年降水量的贡献很大,有时可达全年总降水量的40%以上;较强降水和强降水的MK检验显示,降水和强降水在1900年以后呈现出减少趋势;较强降水和强降水的小波分析结果表明在20时间60年代存在3a左右的周期,此后降水周期变长,1990年之后周期变得不明显。 (2)“7.29"大暴雨过程的大尺度环流特征分析表明,暴雨的发展与200hPa高空急流,500hPa东移槽,700hPa北抬的暖式切变线和东移低涡密切相关。 (3)雷达回波显示,30日02时之前不断有强回波对流单体生成,02时之后雷达回波范围和强度不断减小;TBB资料分析表明,对流云团A移动和变化与中尺度低涡相对应,与暴雨过程降水强度密切相关;闪电空间分布与强降水落区基本一致,闪电出现在29日20时至30日02时之间,这与此次暴雨过程中对流性降水阶段相一致,稳定性降水阶段主要集中在30日02时至30日12时,此阶段闪电频次明显减少。 (4)数值模拟结果显示,此次暴雨过程的形成和发展与低层东移低涡和其暖式切变线密切相关,对流性降水阶段低涡稳定少动,其暖式切变线缓慢北抬;稳定性降水阶段,低涡移动至宁夏中部,冷式切变增强,暖式切变逐渐北抬至宁夏以北地区。低空急流于29日22时形成,到04时之后急流减弱并移出宁夏地区,其维持近7h,对强降水的形成和发展起到重要作用。 (5)模式输出的高分辨率资料的诊断分析表明,持续的水汽输送和深厚的水汽层为暴雨的形成和发展提供了充沛的水汽来源,水汽输送主要以南边界为主,这与低空急流发展和演变基本一致,净水汽输送量的变化与此次暴雨过程中对流性降水阶段和稳定性降水阶段较为吻合;高空急流的出口区高空强辐散明显早于低层辐合的出现,这促使上下层大气之间的质量调整,增加了低层大气气压梯度力,增强的南支变压风成为形成低空急流的重要组成部分和原因;冷暖空气的交汇,正的差动涡度平流破坏了暴雨区的准地转平衡,激发次级环流,热力和动力的共同作用促使宁夏北部强烈上升运动的产生;△NBE的范围与对流性阶段强降水的落区有很好的对应关系,在稳定性降水阶段△NBE相对较小,大气的准地转平衡特征明显。 (6)利用2D-DCT方法对“7.29”暴雨过程的多尺度特征分析表明,对流层低层的大尺度环流特征主要表现为天气尺度低涡的东移发展,中尺度环流特征主要为水平尺度约200-300km的β中尺度涡旋的发展演变, β中尺度涡旋的变化与TBB资料中对流云团有着很好的对应;对流层中层大、中尺度环流场特征主要表现为槽的东移发展;暴雨过程中降水强度的变化与宁夏北部大尺度和中尺度水汽通量的变化密切相关,大尺度水汽输送对宁夏北部的水汽贡献最大,低层水汽通量的变化基本与近地层相似,大尺度和中小尺度水汽场输送的减小是对流性降水转为稳定性降水的主要原因之一。


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