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2007年淮河流域发生了持续时间较长并且强度大的降水,对于整个汛期而言,6月29日~7月10日这一阶段降水最强,影响也最大,特别是10日08时降水突增阶段,对王家坝水位的影响最大。本文主要研究的降水过程开始于2007年7月9日,结束时间为7月10日12时(世界时,下同),共计36 h。分析发现,本次暴雨过程与雨带北侧β中尺度小高压的生成、维持及破坏有关。
本文首先利用NCEP/NCAR全球客观分析资料分析了江淮地区的一次典型的梅雨锋暴雨,即2007年7月9日00时~10日12时的环流背景场,发现主要影响系统是阻塞高压与东北冷涡,冷空气源源不断的从东北冷涡后部向东南方向移动,与此时季风涌携带的大量水汽相遇在江淮流域,为江淮流域的暴雨提供了有利的环境。切变线北侧的β中尺度小高压生成于9日01时消失于9日17时,在小高压维持时,暴雨相对较小;9日18时以后小高压被破坏时,降水加强至最强;最后降水逐渐南移减弱消失。
为了进一步分析此次梅雨锋暴雨的中尺度特点,利用中尺度模式WRF对2007年7月9日00时~10日12时进行数值模拟,并取得较好的模拟效果。利用模式得到的较可靠的高分辨率数据集,重点分析β中尺度小高压的生成与崩溃的原因,中层锋区形成与β中尺度小高压的关系以及梅雨锋的结构变化对暴雨的影响。
小高压存在时有利于梅雨锋切变线的维持,但其南部的偏东气流,没有为暴雨提供较强的辐合场,且阻挡了北方的冷空气南下,因此不利于强降水的产生。当其减弱消失时,使得北方的动量直接指向暴雨区,有利于辐合上升运动的加强以及锋生,从而强降水发展加强。β中尺度高压的产生原因与高空急流右前方的质量调整产生的下沉运动形成质量积累有关,小高压的消亡与高空急流右后方质量调整造成上升气流加强有关。
最强锋生、降水以及有效位能出现在小高压被破坏后。利用锋生函数计算得出,暴雨时,中层的水平辐散项与变形项对锋生的影响明显。锋生函数的水平形变项与水平辐散项对中层锋区的产生、发展与维持起重要作用,其中变形场锋生对于梅雨锋生起主要的作用。锋生函数中水平辐散项F2和水平变形项F3均是有利于锋生的,但水平变形项F2对锋生的作用强于辐散项,倾斜项也显示了与降水的关系。中层锋区的生成和加强是本次强降水的关键,当中层锋区向下发展引起低层锋生时,不利于强降水的形成。
此次降水期间,中层湿位涡可引发低层正涡度的加大和低层锋生,湿位涡的水平分量负值越大代表大气的斜压性越强,锋区越强。湿位涡的斜压项MPV2的向下发展可引发低层正涡度的加强,引起低层锋生,低层锋生导致对流有效位能减小,因而不利于强降水产生。而当湿位涡的水平分量和低层锋生向下发展期间,降水可达最强,因此湿位涡对低层锋生和降水的预报有着一定的指示和预报意义。
从1 h最大降水中心的湿Q矢量散度辐合场分析可知,700 hPa高度上的湿Q矢量散度辐合场能将实际降水的强度、位置及不均匀性很好地体现出来。同时也论证了700 hPa高度上的湿Q矢量散度辐合场水平分布与实际降水场有很好的对应关系。湿Q矢量散度辐合中心说明中层锋生的存在,从逐小时剖面的环流场配置也反映出锋生强迫下的次级环流加强了锋生区附近大气低层的风速辐合,促进了中尺度系统的发展,系统对流的发展反过来又加强了锋生,此时次级环流与对流活动有正反馈作用。