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山东半岛冷流暴雪过程的环境条件分析与数值模拟研究

于晓晶  
【摘要】:冷流降雪是环渤海地区特有的天气现象,尤以山东半岛最为典型,目前要准确预报强降雪范围、量级和持续时间等仍比较困难。文中选取发生于2010年12月29~31日的一次典型山东半岛冷流暴雪过程,利用观测站降雪量、自动气象站逐小时降雪量、NCEP-FNL再分析资料和卫星云图资料,采用诊断分析和数值模拟等方法,着重研究冷流降雪过程的环流背景、云微物理特征、中小尺度特征和物理影响因子的作用。首先分析冷流暴雪过程的环境条件特征;然后采用中尺度WRF模式中6种云微物理参数化方案模拟此次冷流暴雪过程,并利用高分辨率模拟结果对云微物理特征以及中小尺度特征进行详细分析;最后分别进行海温和地形两组敏感试验,以探求二者对冷流暴雪的影响及差异。 诊断分析表明,冷流暴雪过程中,高层大气为东北冷涡中心控制,山东半岛处于高空槽后偏北气流中,低层大气表现为强烈的冷平流;TBB图上表现为中-β尺度浅对流云系,中心最低温度低于-30℃;大尺度环流的辐合上升运动不明显,降雪过程可能与局地中小尺度系统的发生发展有关;在整个降雪过程中,山东半岛地区一直处于θse高能舌和位涡高值区控制下,强降雪带与θse高能舌轴线位置一致。 不同云微物理参数化模拟结果表明,Lin等的方案对此次暴雪过程模拟效果最好,比较成功地模拟出降雪量级、时段和落区。云中各种水凝物粒子以雪和霰最多,基本分布在600hPa以下,最大值出现在900~800hPa之间;降雪过程主要与雪和霰有关,尤其是霰含量的变化对降雪有很好的指示意义。此次暴雪过程发生在较强的海气温差背景下,渤海海表对冷空气的增温增湿作用显著,通过湍流交换等作用向低层大气输送大量感热、潜热和水汽;水汽由渤海中部海域输送到山东半岛东北部沿海地区,水汽辐合层集中在800hPa以下,相对湿度饱和层和比湿高值维持的时间与强降雪时段一致;中尺度海岸锋的局地环流对冷流暴雪形成有重要贡献,水平方向上呈现为偏北风和偏西风的强辐合带,局地环流中的上升运动触发不稳定能量释放,直接决定浅对流冷流暴雪的落区和强度。 敏感试验结果表明,相对于山东半岛地形,周边海温对冷流降雪的暴雪范围影响更为显著。海温改变后,海表向大气输送的感热通量、潜热通量和水汽通量随之增减,进而影响到水凝物粒子的含量和低云的形成,使得降雪增强或减弱。


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