吴炜[1]2003年在《一个中尺度暴雨过程发展演变的动力学机理研究》文中进行了进一步梳理本文借助于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着加强的原因。 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。
张晓美[2]2008年在《华南暖区暴雨中尺度对流系统的观测分析与诊断研究》文中提出本论文利用地面常规观测资料、广东省自动站降水资料、卫星综合降水资料CMORPH、高空常规观测资料以及美国环境预报中心(NCEP/NCAR)的1°×1°再分析资料,并结合日本逐时0.05°×0.05°MTSAT卫星Tbb资料、广州多普勒雷达资料以及广东省闪电定位仪资料等,分析研究了2007年5月25-26日发生在珠江叁角洲及其偏北地区的一次暖区暴雨过程。通过对直接引发暴雨的中β尺度对流系统活动特征的分析,加深理解了暖区暴雨的形成过程及其区别于一般暴雨过程的特征;在此基础上,应用LAPS综合分析系统对多种常规和非常规观测资料进行了融合分析,采用这一分析系统输出的数据和诊断分析的方法,对有利于中β尺度对流系统形成和发展的环境场条件及暖区暴雨形成的可能机制进行了诊断分析,对暖区暴雨的动力学、热力学特征进行了有意义的讨论。文章的主要结论有:(1)本次暖区暴雨过程具有明显的对流性质,降水强度大、时效性短,大部分降水主要集中在3个小时内降落。降水区有自北向南移动的特征,与叁个连续生消的中β尺度对流系统活动直接相关。(2)对流云团主要形成于地面倒槽中,在变性冷高脊后部、地面倒槽的辐合气流中发展起来;暴雨区受比较一致的西南气流影响、斜压性小,具有“回流暴雨”的特征,是一次比较典型的对流性质明显的暖区暴雨过程。(3)暴雨形成于低层辐合高层辐散的环境中。但高层200 hPa的辐散流型与典型的华南前汛期暴雨区上空对应为南亚高压东侧向外辐散的“西北气流+东北气流”的流型不同,本次暖区暴雨位于入海南亚高压西侧的偏东和偏南气流的辐散区下方。高层的辐散气流起到了良好的“抽吸作用”,是暴雨区上升气流得以持续发展的重要影响因子。(4)连续生消的中β尺度对流系统表现为后向次第发展的形式,与华南另一种较为常见的前向次第发展类型不同,新的对流系统主要在原中β尺度对流系统的后部形成。除了有利的大尺度环境条件之外,前一个中β尺度对流系统在低层引发的向外流出与局地流场的相互作用可能在新的对流系统的形成和发展过程中有重要作用。(5)暴雨及对流系统的形成与低空急流有密切关系。低空急流不仅为暴雨区输送了丰富的暖湿空气,有利于中低层高不稳定能量存储区形成,相应的暖空气平流对对流系统的形成可能有更直接的作用。对流发展区域与温度差动平流正值中心具有的良好对应关系表明,温度差动平流对对流的发展有十分重要的指示作用。作为有组织对流系统发展的一种触发机制,暖平流的作用值得关注。(6)环境场螺旋度的诊断分析表明,暴雨形成于低层平均螺旋度ASRH1正值中心与高层负平均螺旋度ASRH2对应良好的位置上。总螺旋度大值中心的移动可大致反映暴雨及其影响系统中β尺度对流系统的发展趋势,对暴雨的落区有更好的指示意义,这也说明了垂直旋转机制的形成对暖区暴雨中β尺度对流系统的维持发展是重要的。(7)湿位涡分析表明,暴雨过程中强降水的落区基本位于850 hPa MPV1负值中心与MPV2正值中心相互配合的区域。在大气为对流不稳定的条件下, MPV1与MPV2的这种配置十分有利于垂直涡度发展,环境流场的对流不稳定特征是暴雨中尺度对流系统形成的重要条件。而MPV2比MPV1小一个量级以上,则进一步表明了暖区暴雨形成于斜压性较小环境中的事实。
冯伍虎[3]2006年在《强暴雨中尺度系统发展结构和机理的非静力数值模式模拟研究》文中研究说明本文利用观测分析、数值模拟以及动力学诊断相结合的方法,对我国两类中尺度强暴雨系统发展结构和机理进行了较深入研究,其中主要包括以下八个方面的研究成果。 1.台风登陆变性低压暴雨和典型梅雨锋暴雨的对比研究 台风登陆变性低压和典型梅雨锋是造成我国暴雨洪涝灾害的两类重要天气系统。为此,我们选取了“96.8”台风登陆变性低压暴雨过程和“98.7”梅雨锋低涡切变线暴雨过程。观测分析、数值模拟和热力、动力诊断结果指出,这两次暴雨过程都与α-中尺度对流系统(MαCS)和β-中尺度对流系统(MβCS)的生成和强烈发展直接相关。但其发生、发展及结构演变并不尽相同。 2.“96.8”台风登陆变性低压暴雨的α中尺度系统结构及发展机理研究 卫星云图分析可以看出,造成我国晋、冀、豫严重内陆灾害的“96.8”台风登陆变性低压暴雨的产生和台风低压中形成的强α-中尺度对流系统密切相关。 天气观测事实分析可以得知,“96.8”特大暴雨是在大、中尺度天气系统和高、中、低纬环流系统相互作用而形成的有利环流形势下产生的。稳定的大型鞍形场和北移台风低压与其东侧副热带高压的相互作用是“96.8”特大暴雨发生的大、中尺度环流条件;而北移的α-中尺度台风低压及其特有的动力热力结构与该暴雨的发生和持续直接相关。 成功的非静力中尺度数值模式模拟结果分析揭示:发展的台风低压具有气旋性涡柱的暖心高湿结构,在涡柱低空是湿对流不稳定和负湿位涡结构;强垂直上升运动与高空强辐散、低空强辐合及对流云团的发展互耦;与台风低压相伴的强南风急流不仅是台风低压和对流云团发展与维持的互伴互耦条件,而且也是暴雨产生与维持的必备条件。 3.“98.7”梅雨锋低涡切变线暴雨的β-中尺度系统结构及发展机理研究 大、中尺度天气系统和云图分析指出,“98.7”特大暴雨过程不仅与500hPa短波槽和700hPa低涡切变线以及地面梅雨锋系的生成和发展密切相关,而且与沿低涡切变线相继生成和强烈发展的MαCS与MβCS直接关联。 双向相互作用的二重、叁重和具有2km水平分辨率的四重嵌套细网格域D04的模拟结果揭示:(1)中-β尺度切变线在鄂东沿江低空强烈发展及辐合中心的出现与其中-β低涡的形成和发展直接关联。(2)中-β切变线强烈发展的垂直结构:强辐合层和强辐散层复式迭置并与强上升运动耦合发展;强涡度层和强位涡度层与强辐合层互伴发展;低空湿位温中心与中空饱和水汽带共存。(3)中-β低涡生成的垂直结构:散度和上升运动均呈双支柱状发展;涡度和位涡度均呈单支柱状发展;高湿能柱呈双支耦合发展,水汽通道呈阶梯斜升状。(4)中-β低涡发展的垂直结构:V字型散度柱和上升运动柱互耦发展;涡度和位涡度呈双支柱状;双支高湿能拄强烈发展,阶梯斜升水汽通道变宽增厚。至此低涡发展达最强,其结构具有典型性。模拟结果还指出,发展时空分辨率更高的多重嵌套网格模拟技术和应用四维资料同化方法,将有助于更细致的了解中-β强对流系统发生和发展的结构及其演变,并能进一步提高对暴雨落区及雨强的预报水平。(5)低涡云水和雨水的发生发展场结构是由带状向柱状发展,雪和云冰的发生发展场结构在高空呈带状发展。(6)强降水雨带和暴雨中心与700hPa高值θ。带和中心以及强风中心有相当好的对应关系,强暴雨中心位于强急流中心的北侧;低层位涡的分布与模拟的降水量分布几乎重合,这表明中尺度系统的发展与低层高PV带形成相联系。
慕建利[4]2009年在《陕西关中强暴雨中尺度对流系统研究》文中进行了进一步梳理暴雨一直是业务天气预报服务重点,更是预报难点,在陕西汛期日常预报中暴雨预报就有失败或不理想的状况,因为受特定地理环境影响,陕西暴雨具有历时短、强度大、局地性和突发性强的特征,大气环流表现为不同的形势。所以,要做好陕西的暴雨预报,不仅要研究其普遍性,还要研究其特殊性,加强预报的针对性和预见性,有助于做好防灾减灾等预报服务。2007年8月8—9日陕西关中暴雨天气过程历时短、强度大、突发性强为历史罕见,暴雨发生前影响系统不明显,关中处于中纬度高压坝控制之中,南部没有急流存在,没有明显的水汽和能量输送,给暴雨的预报带来极大的困难,加之对该类暴雨研究极少,预报员很难找到暴雨预报的着眼点,从而使暴雨的预报出现了较大的误差。为了揭示该类暴雨的发生发展规律,提高该类暴雨的预报准确率,本文以此暴雨个例做为研究对象。在过去研究和实际业务天气预报中发现,研究中NCEP资料等虽然有较好的预报能力,但在时效和获取方面有时存在问题,难于在实际中及时应用,影响研究的应用效果,T213资料对陕西暴雨是有一定的预报能力,产品及时有效,在实时业务天气预报中使用方便。所以,本文综合利用T213(0.5625°×0.5625°)资料和近年来高时空分辨率观测资料(包括地面区域逐时加密观测资料、分钟降水资料、FY—2C卫星、多普勒雷达资料以及分钟地闪等资料),通过天气学分析、动力和热力诊断、数值模拟等方法,对上述个例进行了细致的分析研究,总结了该类强暴雨发生发展的有利环境背景,分析了其形成的可能原因,揭示了强暴雨中小尺度对流系统的发生发展规律、叁维结构,特别是暴雨过程中叁个大暴雨中心的MβCS(MγCS)的细微结构特征,为该类强暴雨的短时临近预报预警提供思路和预报着眼点。主要结论有:1、“07.8”关中强暴雨是在高中低空有利的环流配置下,不同纬度天气系统共同作用的结果,对流层中层青藏高原高压和西太平洋副热带高压形成的高压坝在陕西中部断裂对暴雨的形成至关重要,它与低层东西向切变线和高层西风急流入口区右侧发散场的相互配合为强暴雨的形成提供了有利的大尺度环流背景。2、关中周围水汽的集中为暴雨形成提供了水汽和位势不稳定条件,水汽的聚集是通过偏东气流的输送实现的,而水汽的快速变化形成关中暴雨的突发性和历时短而强的特征;强降水的发生和减弱与水汽的局地变化、水汽平流和近地层水汽的增加和减少密切关联。高空反气旋涡度的发展形成强烈的“抽吸作用”和次级环流圈是暴雨形成的动力机制。3、关中强暴雨过程的东西向雨带与秦岭山脉和关中地区喇叭口地形有关,雨带上的降水非均匀分布,强暴雨集中在岐山、礼泉和高陵叁个中心,它们是由一个MαCS的发生发展产生的,MαCS又是由2个MβCS合并发展而成,其内部对流单体的发展合并和独立加强形成不同的降水中心,这些对流单体的发展是由地面中尺度辐合系统产生的,强降水落区与地面中尺度辐合系统有很好的对应关系。4、地闪的发生和急剧增加对暴雨发生和发展加强有很好指示意义,初闪的发生提前于强降水发生,地闪急剧增加与降水强度猛增密切关联,负地闪发生密集区是未来强降水发生区。5、非静力中尺度WRF模式能成功地模拟出关中地区的突发性强暴雨过程。模拟结果表明,此次强暴雨与一个中α尺度低涡的生成密切相关,其内部强烈发展的中β(或中γ)尺度对流系统直接产生了岐山、礼泉、高陵强暴雨中心的对流降水。产生这3个强暴雨中心的MβCS有不同的流场、动力、热力垂直结构。在日常天气预报中,把握这些结构特征,为预报提供参考。垂直结构上,中低层不同的方向和不同层次的气流流入中β尺度降水云塔,在不同高度上形成了不同的垂直环流支,云塔中的上升气流一直伸展到200 hPa(或150 hPa)后向东南、东北流出。动力、热力垂直结构上,歧山暴雨中心450 hPa以上为强辐散,450 hPa以下暴雨中心南、北两侧结构相反,南侧为弱辐散、辐合,北侧为辐合、弱辐散。垂直上升运动先向南、后向北倾斜、再直至对流层顶;涡度柱与相当位温的双高能、双重不稳定层结柱和中层两个暖心、上下冷心的温度柱互相耦合。礼泉和高陵暴雨中心:整层强上升运动柱与强散度柱和正涡度柱耦合;礼泉上升运动柱是一个高、低层冷而中上层强暖心的近饱和水汽柱,具有典型“鞍”型场的不稳定层结结构;高陵暴雨中心南缘550 hPa以下是强能量和温度离差锋区,其上空400 hPa以下为近饱和的水汽柱。根据上述研究结果,可以得出关中该类强暴雨短时临近预报预警的着眼点:1)500hPa上空,中纬度地区为青藏高原高压和副热带高压形成的高压坝控制时,高压坝能否断裂形成切变线是暴雨预报的关键;高空南亚高压东北侧发散流场的形成对暴雨的发生有指示意义。2)水汽的局地变化、水汽平流和近地层水汽的增加和减少对该类暴雨的发生发展和减弱消亡有较好的指示意义。3)根据初闪发生的时间、负地闪发生密集区和地闪的急剧增加可估计未来强降水可能发生的时间、地点和强度。4)将卫星、地闪和雷达资料以及NWP与引导气流和地面中尺度系统等结合起来,分析推断未来MCS的发展演变,可以提前短时临近预报预警的时效。今后还应当不断地对产生陕西暴雨的特殊个例进行分析研究,使预报人员对暴雨发生发展的规律有更多的认识,从而提高暴雨预报的准确率。
赵玉春[5]2007年在《热带扰动引发华南前汛期暴雨的机理研究》文中研究指明利用多种观测资料，通过天气学分析、位涡反演、动力学和热力学诊断，并结合中尺度数值模式WRF进行数值模拟和敏感性试验，对一次热带扰动引发的华南前汛期暴雨典型个例进行了细致的研究，探讨了热带扰动及其伴随着的深厚湿对流系统的动力热力结构、热带扰动发展的物理原因以及暴雨的形成机制。结果发现：(1)热带扰动中心为高假相当位温结构、辐合和涡旋特征主要位于对流层低层、正涡度柱和非绝热加热柱向北倾斜，加热柱两侧存在热力直接或间接的中尺度次级环流，低层辐合区和上升运动区位于热带扰动的北侧或东北侧。深厚湿对流发生在扰动系统的北侧或东北侧，强上升气流在对流层中下层从东南向西北倾斜上升，达到对流层高层之后以西南气流的形式向外辐散。湿对流系统在700-400hPa平均气流的动力引导下向下游移动。(2)大气内部动力过程并不能导致热带扰动快速发展，而非绝热加热才是热带扰动和暴雨中尺度系统发展的主要物理机制。降水凝结加热反馈对热带扰动系统发展和暴雨的形成最为重要，其次为边界层过程加热，地面热通量的作用次之，辐射的直接加热作用最小。(3)非绝热物理过程对热带扰动发展影响的主要物理途径为：非绝热加热制造了对流层中、低层(边界层)的位涡，使对流层中、低层高度场降低，对流层中高层高度场升高，形成对流层中低层中尺度低压和中高层中尺度高压的耦合发展，中低层辐合的气旋性环流和中高层辐散的反气旋性环流相配合，在对流降水区强迫出上升运动，使热带扰动系统进一步发生发展。(4)热带扰动引发华南前汛期暴雨的物理机制为：在有利的天气尺度背景条件下，对流层低层南支槽区的正涡度分离影响南海热带洋面(或南海热带洋面有残留的正涡度扰动)，在南海北部洋面形成弱的气旋性扰动。之后在南海洋面潜热、感热通量以及边界层的热通量作用下，热带扰动进一步发展，天气尺度强迫加强，促使热带扰动区爆发深厚的湿对流，对流爆发后对热带扰动存在正反馈效应。热带扰动增强后在对流层中层引导气流的作用下快速向北推进影响华南地区，此时低空急流增强、水汽输送加大，天气尺度强迫的上升运动使中尺度对流发生、发展和维持，从而引发华南暴雨。当暴雨中尺度对流系统移动到华南中尺度地形上空时，地形迎风坡的动力强迫抬升以及喇叭口地形的机械夹挤作用形成的地形性辐合增强暴雨，降水凝结加热对热带扰动和中尺度暴雨系统存在正反馈作用。(5)热带扰动引发华南暖湿区暴雨短期预报的着眼点如下：首先要关注华南以南低纬地区低层的气旋性风向和风速扰动，扰动系统的大风轴是否与大气可降水量高值带相重合；其次分析天气尺度环境场是否有利于扰动系统快速发展，警惕扰动系统在伴随有深厚对流系统活动时可能快速增强；最后分析对流层中层环境气流的方向，了解是否存在热带扰动和深厚湿对流系统北上影响华南的引导机制。湿对流暴雨发生在低层扰动系统大风轴前端的辐合区中。
周淑玲[6]2005年在《山东半岛夏季中β尺度暴雨个例的动力学机理分析》文中认为本文利用常规的高空、地面观测资料和UCAR/PSU的MM5第3.6版非静力模式,对2004年8月5日发生在山东半岛的中β尺度暴雨及与其伴随的低涡天气过程进行了数值模拟和动力学机理分析。5日白天到夜间山东半岛东部出现一次罕见的暴雨过程,文登降水量最大,达到199.8mm,尤其是5日20～22时2h降水量达到109.1mm。这次过程降水范围小,强度大,属于典型的中β尺度暴雨天气过程。 利用常规实况观测资料进行的天气学分析可知:此次天气过程是在有利的大尺度背景形势下产生的,即发生在副高边缘切变线附近的强对流天气。副高边缘及黄海中部的水汽输送和辐合为暴雨区提供大量的水汽。由降水的时空分布、卫星云图的演变特征、多普勒雷达回波的连续变化,得出这次中β尺度对流系统的发生、发展的形态及移动特征、生命期及对山东半岛东部的影响。 利用MM5数值模式的结果,尤其高时空细网格的数值模拟和分析,进一步揭示出: (1) 对流不稳定的大气层结和类似“干线”的特征有利于暴雨发生暴雨发生前,山东半岛处于较强位势不稳定、黄海中部高能区和副高边缘高比湿带的控制;山东半岛附近类似“干线”的特征,储存了强对流所需的位势不稳定能量,由于切变线的辐合抬升,触发了不稳定能量的释放。通过分析TLnP图可以看出:暴雨中心上空存在东南风和西南风的垂直切变,较大的对流有效位能和K指数都非常有利于强对流天气的发生。 (2) 重力波过程对暴雨的触发和加强作用 通过分析850hPa散度场的分布发现:暴雨发生前,切变线附近出现东北～西南向的约45km宽的散度辐合、辐散交替出现的链式分布,这揭示了重力波的存在;随切变线的北抬,这种散度场结构变为东西向,到达山东半岛北海岸;暴雨发生最强烈时沿辐合、辐散交替出现带做涡度、散度的垂直剖面,显示出重力波的垂直结构特征:当与重力波对应的散度强辐合区通过威海后,威海出现强对流天气,可见重力波过程对中尺度暴
杨波[7]2005年在《鲁中地形影响中尺度对流性天气过程的机理研究》文中研究表明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
姜勇强[8]2011年在《风场扰动激发中尺度天气系统的动力机制研究》文中认为暴雨及强对流天气由于其突发性和灾害性,对其形成发展机制的研究是中尺度气象学的重点和难点。其中,形成暴雨及强对流天气的重要天气系统有中尺度低涡、飑线等中尺度系统,并可以大致把它们分为点状系统和线状系统。中尺度低涡主要出现在切变线和鞍型场中,并在许多中尺度观测和数值模拟中得到证实,但其形成原因还不是很清楚。飑线中尺度地面气压系统的形成原因争论也比较多。为此,本工作利用理论分析和数值模拟方法,着重研究中尺度低涡和飑线地面中尺度气压系统形成的动力机制。分析了“98.7”鄂东特大暴雨和2001年7月6日上海特大暴雨过程中两种典型鞍型场内形成β中尺度低涡的观测事实。利用点涡形成的涡旋对的理论分析了中尺度涡旋形成的动力机制。将点涡产生的涡旋偶流场与不同的背景流场叠加,结果表明：当背景西风风速较大,为10ms-1时,西风流线产生了一定的弯曲,看不出涡旋的存在；当西风风速较小为2ms-1时,可以明显看到尺度很小的涡旋,涡旋直径不超过50 km；当背景场为鞍型场膨胀轴时,涡旋直径可以达到80 km左右；而当背景场为鞍型场时,涡旋直径超过100km。因此,从动力学角度来说,弱的背景风场是中尺度涡旋形成的有利环境场,且鞍型场鞍点区域最有利于中尺度涡旋的形成。利用二维浅水模式模拟了不同中尺度风场扰动在鞍型场背景下激发β中尺度涡旋的过程,结果表明：各种中尺度风场扰动,‘都可以形成p中尺度涡旋偶。当背景场为鞍型场时,除了东风和西风扰动的涡旋偶不能得到发展以外,其它风场扰动形成的涡旋偶(或其中一个涡旋)都得到了不同程度的发展。北风、南风扰动可以形成很强的涡旋偶。而当存在南北两个扰动,且扰动错开一些位置时,其形成的涡旋在鞍点附近合并,形成尺度接近200 km的强气旋性涡旋。通过数值模拟,提出了鞍型场在β中尺度涡旋形成过程中的作用：鞍型场外围的大风速区域(急流)产生脉动,形成的中尺度扰动激发涡旋偶的形成；鞍型场的特殊流场使得形成的涡旋偶向膨胀轴(或鞍点)移动；鞍点和膨胀轴附近的小风速区有利于涡旋偶的发展；膨胀轴迫使涡旋偶移动速度减慢,并使得涡旋偶停留在鞍点附近或改变原来的移动方向而大致沿膨胀轴移动,有利于涡旋偶在膨胀轴或鞍点附近停留更长的时间而得到发展。计算了热带低压(TD)造成“010805”上海特大暴雨过程经向风的瞬变涡动,表明TD登陆台湾减弱后,东南风急流进入台湾海峡鞍型场,使得TD重新发展,并沿着鞍型场北部的膨胀轴移动发展,证实了鞍型场及其膨胀轴对低发展的作用。利用平分辨率约18 km的改进REM模式,对“98.7”鄂东特大暴雨过程进行了数值模拟。通过关闭凝结潜热释放反馈,得到单纯的鞍型场背景场,在鞍型场鞍点南侧加入一个理想的中尺度风场扰动,模拟了低空中尺度急流激发β中尺度低涡的过程,结果表明：低空大尺度和中尺度急流和降水凝结潜热释放反馈关系密切,在不考虑凝结潜热反馈的情况下,急流明显减弱,特大暴雨和p中尺度低涡无法形成；在鞍型场背景场中,不考虑凝结潜热反馈的情况下,人工加入的低空扰动可以在700 hPa鞍点附近激发动力性p中尺度低涡的形成,但这种动力性低涡强度弱,且不容易维持。而在考虑凝结潜热释放反馈的情况下,降水强度大,β中尺度低涡发展更强,维持时间也更长。通过分析模拟的温度场和位势高度场,结果表明：激发β中尺度低涡形成的低空中尺度急流是在强降水区大量释放凝结潜热产生局部强降压产生强非地转风而形成的。广义锋生函数分析表明,在变形场中,变形流场的作用促进水汽的辐合,在层结不稳定暖湿空气里,扰动激发降水的产生,凝结释放的潜热增暖气团,产生低空风场的辐合,总变形和正涡度加大,正涡度的加大激发了中尺度气旋的形成,又促进了锋生函数的加强,进一步加强降水。概括了“98.7”鄂东特大暴雨形成的概念模型：在稳定的鞍型场背景场和有利的热力条件下,低空中尺度扰动激发强降水,自低层向高层发展的凝结潜热释放促进中尺度低空急流的加强,而低空中尺度急流的加强激发了p中尺度低涡的形成和发展,暴雨、低空中尺度急流和p中尺度低涡之间形成正反馈机制。将点涡形成的流场理论推广到线涡,推导了不可压缩流体中线涡形成的椭圆状流场,利用二维浅水模式,模拟了弱背景风场下,类似雷暴高压外流的风场扰动(线状扰动)形成的流场和气压场结构,结果表明：在不可压缩流体中,对应正、负线涡分别是椭圆形的气旋性、反气旋性环流；当只考虑向前的出流时,在出流前部和后部对应正线涡和负线涡分别模拟出一个狭长的气旋性环流和反气旋性环流；当同时考虑向前和向后的出流时,存在叁条线涡,对应形成叁个环流；气压场对应正、负线涡也模拟出中尺度高压和中尺度低压；这几个气压系统和飑线的雷暴高压、尾流低压、飑前中尺度低压类似,可能和飑后强下沉气流造成的涡度带通过动力激发作用有关,可以部分解释飑线地面中尺度气压系统的形成原因。用尺度分离方法分析了1974年6月17日中国华东地区的一次飑线过程成熟阶段的涡度场、流场和气压场,验证了上述动力机制。进一步采用中尺度REM模式对2003年4月12日江西的一次飑线过程进行了数值模拟,分析了飑线中中尺度气旋族的发生发展过程及其和低空急流的关系,采用因子分离方法对中尺度地形、地表状态、太阳辐射对降水及飑线的影响进行敏感性试验。结果表明,切变线上中尺度气旋族的形成和其南北两侧的两股低空急流有密切关系。除了低空急流的热力作用,两支急流的耦合动力作用也是非常重要的。急流核左侧的强水平风速切变形成的正涡度有利于中尺度气旋的形成,南北两支急流核形成的正涡度区在切变线上耦合,促进了正涡度的加强,在不稳定层结环境下扰动激发强对流的发生,降水凝结潜热释放形成的热力效应对动力场的反馈,使得急流的强度得以维持并触发新的涡旋的形成。敏感性试验表明,当在没有中尺度地形和太阳辐射,以及改变地表状态的情况下,降水和地面中尺度气旋显着减弱。叁个因子不仅单独对降水和地面中尺度气旋及地面气温有重要影响,而且存在相互作用,相对来说,地表状态及其和太阳辐射的相互作用对江西弋阳的降水有更大的贡献,采用因子分离方法可以很好地判断各个因子及其相互作用对降水的强度和位置的影响。
何立富[9]2006年在《“05·6”华南暴雨形成机理与中尺度对流系统研究》文中研究说明本文采用NCEP/NCAR每天4个时次1°×1°再分析资料以及近几年来随着“973”计划实施和推进过程中所获得的大量新型观测资料:3小时一次地面加密观测资料、1小时自动站加密观测资料、逐时FY-2C卫星云图和0.05°×0.05°分辨率云顶亮温TBB资料、风廓线仪资料、多普勒雷达资料以及逐时闪电定位仪资料、6小时一次云迹风资料、逐时分辨率为0.5°×0.5°射出长波辐射(OLR)资料等,对“05.6”华南持续性暴雨过程的环境场条件及其演变特征进行分析,探讨中低纬度多尺度天气系统的相互作用对暴雨过程的影响。同时通过对“05.6”华南静止锋特殊的天气学特征、动力和热力结构以及形成机制的分析,研究暴雨长时间维持的原因。在上述工作基础上,利用丰富的高时空分辨率资料特别是新型遥感观测资料对暴雨过程进行中尺度综合分析和模拟,力图揭示出中尺度系统更多更细致的信息,特别是中B尺度系统的细微结构特征。最后,通过对华南、江淮和华北地区叁个典型个例MCS发生发展条件和结构特征的研究,探讨了我国东部地区MCS的多样性特征。主要结论有: 1.“05.6” 暴雨期间,南海副热带季风在华南沿海一带活动,赤道辐合带异常偏弱。辐合区主要位于江南南部和华南,其上空存在一条近似东西向的强对流活动OLR低值带。副热带高压呈带状分布,强度发展强,且脊线位置稳定在16°N附近。6月25日后由于副高明显西伸北抬,导致雨带北跳到华北黄淮地区,华南暴雨过程结束。 2.对流层中层正涡度的长时间维持,显示西风带系统对“05.6”华南暴雨过程的影响。过程开始前700hPa上中纬度南下冷空气的活动对暴雨过程有重要作用;在暴雨过程期间,冷空气活动仅存在于850hPa高度以下,行星边界层内的冷空气侵袭可能是华南暴雨的重要特征。高空副热带急流东移南压,有利于高低空急流的不断靠近和迭置;高低空急流耦合的“正反馈机制”是华南地区出现长时间暴雨的重要原因之一。 3.“05.6” 华南静止锋在对流层低层表现为弱偏东或偏北的“凉”气流与强盛的西南暖湿气流在武夷山—南岭一带形成的气旋式切变线。它主要表现为位于700hPa以下浅薄的弱θse锋区,呈相当正压垂直结构。静止锋两侧南北风对
覃丹宇[10]2004年在《梅雨暴雨云团的卫星观测及其形成和发展机理研究》文中进行了进一步梳理本文从卫星气象的角度出发，利用卫星资料和NCEP／NCAR 1°×1°再分析资料，对梅雨暴雨云团的卫星观测及其形成和发展的机理进行了系列研究。先后分析了梅雨暴雨系统的云系成员及其相互作用；中尺度对流复合体(MCC)的结构、降雨特征、微物理特征及其形成和发展的有利环境条件；不同类型中尺度对流系统(MCS)形成与发展的环境条件差异；热带水汽羽和暴雨云团的关系，水汽羽的动力和热力特征。还借助位涡物理量及位涡观点、湿Q矢量及湿Q矢量散度对MCS进行诊断分析，并且利用MM5模拟了暴雨过程。 得到的主要结果如下： (1) 典型的梅雨暴雨系统的云系成员主要有四个，它们是：梅雨锋云系、西风带短波槽云系、青藏高原东移云系和季风云涌。这些云系成员都可以影响到梅雨锋云系的形状和强度，对梅雨锋云系的建立或重建都起到重要的作用。梅雨暴雨系统的云系成员是相应的天气系统相互作用的产物。副热带高压决定梅雨锋云系的位置，因此也决定了暴雨发生的区域。适当强度的高空槽可以诱生梅雨气旋，产生锋面气旋暴雨。高原东部云系如果受高原槽的引导可以移出高原，同时也诱生西南低涡并移出四川盆地，高空槽和低涡共同作用造成了沿途暴雨。南海和孟加拉湾的季风云涌在副高东退(或印度低压稳定加强)的时候，可以北上和梅雨锋云系连在一起，这同样也是产生暴雨的重要条件。 (2) 梅雨锋中的MCC内嵌有若干个中-β云团，对流体此生彼消十分活跃。随着云团最强对流的逐渐减弱，云团面积迅速膨胀，并持续数小时后很快减小。强降水主要发生在云团发展和成熟期中。强降水还与对流有关，降水强度总体上跟T_(BB)强度成正相关，T_(BB)越低降水越强。云顶相态显示MCC由多层云、卷云和密实冰云构成，在广阔的水云区里发展起来。降水强度最大的区域位于多层云附近，密实的冰云向水云过渡的冰云一侧。水凝物垂直分布显示，MCC中可降水冰含量最大，分布在几乎整个对流层，雨水和云水主要分布在的对流层中、低层，而云冰则分布于高层大气中。水凝物中心所在的位置对流活跃，对水凝物的升华或凝华过程起到促进作用。 (3) 卫星资料分析可以证实，利用夏大庆等人改进的Shuman—Shapiro滤波方法可以有效地分离出中尺度扰动。滤波后得到的中尺度系统与T_(BB)≤—52℃区域有较好的对应关系。滤波结果显示，MCS具有低空辐合高空辐散的扰动结构。中尺度气旋和中尺度切变线两种不同的中尺度组织方式，分别生成带状和近圆形的形态上差异很大的MCS。(4)(5)(6)(7)(8)有利于梅雨锋MCC发生、发展的天气形势为:西太平洋副高脊线维持在20oN附近，西端抵达华南西部;其南面的ITCZ和孟加拉湾季风云团很活跃。低空急流将暖湿空气输送到江淮地区，在30一35ON之间存在着一条切变线，其北部有500 hPa短波槽移过，上层200 hPa由于南亚高压东扩北抬，并形成一个辐散区。对流层中上部有季风水汽羽从孟加拉湾延伸到长江中下游地区，江淮切变线云系、高空短波槽云系和季风云涌的相互作用，是暴雨云团连续生成和发展的有利云型配置。MCC发生在较弱的斜压环境里，一般暴雨云团则发生在较强的斜压环境里。MCC作为较大型的中尺度对流系统，对低层高温高湿能量的需求比一般暴雨云团更多，因此要求高能舌范围更广、更深厚，与此相联系的位势不稳定区域也更大。不论是MCC还是一般暴雨云团，它们发生发展时水汽条件都很好，水汽通量猛增，水汽向北输送到达云团产生的地区，并且水汽强烈辐合。在较稳定的天气形势下，不稳定能量和水汽的积累主要由低空急流完成。MCC和一般暴雨云团都发生在低层切变线附近偏南的区域，这里有很强的正涡度，围绕切变线产生正的中尺度环流，即在切变线南部为低层辐合上升，北部为下沉辐散。研究发现，水汽羽和暴雨之间存在密切联系，水汽羽可能通过“播云”(cloud seeding)的效应来增强降水，或者说提高了降水的环境效率。在梅雨暴雨过程当中，水汽涌的北部边界大致与高空急流轴平行， MCS一般出现在300 hPa高空急流的右后方，距离急流轴约3个纬距的地方。高空急流的存在提供了很好的质量外流途径，即辐散机制，有利于Mcs的发展。在暴雨过程期间，水汽羽顶端内部维持有一条es。脊轴，走向和水汽羽平行，同时水汽羽也和一条正涡度带相对应，其位置和走向均和低空es。脊轴相吻合，体现了低层的动力抬升机制，正涡度中心基本和MCS相对应。典型的梅雨暴雨过程中对流层中上部的主要水汽型特征为，一条热带水汽羽从孟加拉湾经过青藏高原东部向东北方向延伸到江淮地区，并与中纬度水汽羽相互作用，MCS发生在热带水汽羽中。这条热带水汽羽是一条深厚的暖湿输送带，反映了中高层水汽从孟加拉湾向长江下游的输送，以及通过大尺度上升运动造成的水汽自下向上的垂直输送，并且与对流层上层的负涡度和正散度区域有很好的对应关系，具有低层辐合、高层辐散的大尺度垂直运动特征。热带水汽羽和对流层上部特定的大尺度环流型密切联系，并随着流场的变化而发生演变。水汽羽北部边界附近的暗带是一条与强涡度梯度和高?
参考文献：
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[5]. 热带扰动引发华南前汛期暴雨的机理研究[D]. 赵玉春. 南京信息工程大学. 2007
[6]. 山东半岛夏季中β尺度暴雨个例的动力学机理分析[D]. 周淑玲. 中国海洋大学. 2005
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