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秦岭地区一次暴雨过程的形成机理及其多尺度特征研究

刘燕飞  
【摘要】:本文利用多种观测资料、NCEP客观分析资料及中尺度数值模式WRF输出的高分辨率资料对2011年7月28~29日秦岭地区的一次暴雨过程进行研究,重点分析了此次暴雨过程的中小尺度环流特征、辐散风和旋转风分量之间的能量转换及水汽输送特征,在此基础上利用二维离散余弦变换(2D-DCT)方法对暴雨过程中的天气尺度及中小尺度环流特征进行了尺度分离,并对它们之间的相互作用机理进行了诊断分析,得到如下主要结论:(1)天气学分析表明,高空急流、稳定的副热带高压、分裂的短波槽以及低层低涡切变线为此次暴雨过程提供了有利的环流背景,与低涡切变线相伴发展移动的中尺度对流系统是产生暴雨的直接影响系统。(2)诊断分析结果显示,暴雨区明显的强高空辐散与弱低空辐合诱发强烈上升运动的发展,形成了气旋性涡度和垂直上升运动明显的中尺度垂直结构;暴雨发生前对流有效位能明显增大,未来3小时降水区域在850hPa切变线和CAPE高值区附近,强烈垂直运动触发CAPE的释放,在12h内变化达2200J/kg,为对流天气的发展与维持提供能量,是产生此次大强度降水的重要因素;暴雨发生发展过程中,非线性平衡方程残差的大值区与降水大值区有较好的对应关系。(3)辐散风动能最大值出现时刻比降水峰值出现时刻提前约1-2h;低层水汽输送主要由辐散风场的辐合项引起,旋转风和辐散风的平流项对水汽通量散度影响相对较小;暴雨增强时对流层中低层表现为明显的辐散风动能向旋转风动能转化,涡散动能的转化项对暴雨过程有较好的指示意义。(4)尺度分离后风场环流分析显示,分离出的天气尺度风场能反映原始风场基本特征,表现为对流层低层西南气流暖式切变和对流层中层短波槽前西南气流,偏南气流向陕西中西部地区输送水汽,辐合中心与秦岭山脉走向一致,这意味着秦岭地形对水汽输送和降水形成有明显的影响。中小天气尺度特征为对流层低层与暴雨中心位置相对应的风场及水汽中尺度辐合中心。与天气尺度系统特征相比,中小尺度系统的水平尺度要小一个量级,涡度场要大一个量级,呈正负相间分布的特征,并伴有明显的局地上升与下沉运动。(5)不同尺度的相互作用的诊断分析表明,对流层高层(200-300hPa)中小尺度系统动能转换为天气尺度动能,对流层高层以下(300hPa以下)天气尺度系统动能转换为中尺度天气动能。整层积分结果主要表现为天气尺度向中小尺度动能的转化,为暴雨系统扰动发展提供了能量。


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