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2007年7月8日0000-1400时(北京时间BST;下同),一个线状中尺度对流系统(MCS)在梅雨锋前生成并发展,造成淮河流域特大暴雨。本文运用ERA-interim再分析资料和多种高分辨率观测资料分析了此次暴雨过程的天气背景、中尺度结构及演变特征;采用WRF模式实施1.1km分辨率的一系列数值模拟试验,通过与观测对比检验了控制试验的结果,进而研究造成此次暴雨过程的线状MCS的触发和发展机制、衰亡原因、大别山地形的影响以及MCS内部的空气垂直运动。主要结论如下:(1)此次暴雨过程中,对流层低层具有典型的梅雨锋暴雨的大尺度天气系统的配置形势:准东西向梅雨锋位于34oN左右,其南北两侧有明显的干湿对比和水平风切变,而温度对比不明显;暴雨发生在梅雨锋南侧大气垂直累积可降水量(PW)达60mm的湿空气中,高温高湿空气沿西太平洋副热带高压西北边缘被源源不断地输送至暴雨区。对流层中层温度水平平流和高层辐散都比较弱。(2)地基雷达观测显示,在MCS发展和维持过程中,具有两种不同尺度的对流组织结构:约6-8条WSW-ENE向的中-β尺度对流带依次排列成约400km×100km的准东西向的强对流带,中-β尺度对流带沿着强对流带以12-15m s-1的速度向东南移动,形成“雨带火车列(rainband training)”现象;组成中-β尺度对流带的中-γ尺度对流单体向西南方向传播,并在中层环境西风气流的引导下向东移动,形成“回波火车列(echo-training)”现象。这两种不同尺度的对流组织形式导致地面强降水带的产生。(3)分析地面加密观测资料发现,MCS成熟阶段(0700-1200BST),WNW-ESE向带状分布的地面降水位于梅雨锋以南约30-100km处,强降水位置上有地面冷高压和辐散的地面出流风产生,出流风与西南季风气流对峙形成了等温线密集带,即伪冷锋。(4)对比观测和模拟的累积降水、MCS雷达回波结构和地面中尺度特征的演变发现,观测和模拟的新生对流均在地面冷空气堆上空持续产生和东移,形成了中-β尺度对流带的后向建立(backbuilding)的发展方式,证明了模拟结果的合理性。进而利用模拟数据研究了对流触发和发展机制,结果显示夜间加强的低空急流持续向暴雨关键区输送高温高湿(高e)空气,在梅雨锋前大约100km处遇到7日午后至夜晚的降水系统在地面遗留的冷空气堆,高e空气被强迫抬升沿着等熵面运动,在到达暴雨区西部附近时,高e空气被抬升达到其自由对流高度(HLFC),产生对流。新生对流在中层西风引导气流的作用下东移,而持续维持的强低空急流继续为冷堆上空的对流产生提供能量,从而又在东移的对流上游持续生成新的对流,产生了中-β尺度对流带―后向建立‖的发展方式。(5)分析低空急流的变化发现,减弱的低空急流难以提供MCS维持所需要的能量,是导致MCS衰亡的大尺度因素;而从中尺度过程的角度研究分析线状MCS南侧环境大气层结稳定度、MCS内部的结构变化、及两组雨滴蒸发冷却敏感性试验,发现降水产生的地面出流的强度和厚度也可以影响线状MCS的维持和衰亡。(6)将大别山地形降低至49m的地形敏感性试验表明:大别山地形对模拟的此次线状MCS的形成演变及地面降水的影响都比较弱。(7)利用控制试验的模拟结果,研究MCS成熟阶段深对流(DC)和层云降水(RST)区域空气垂直运动及其预报方程倾向项的垂直分布,初步探究了不同性质降水区域内部的动力物理过程。发现:DC区域内以强空气上升运动为主,最强上升运动在对流层中层(~6km),在低层(<1.5km)空气上升和下沉运动并存;RST区域中高层弱上升、低层(4-5km以下)弱下沉。w预报方程各项中,空气扰动密度浮力项(B1)、扰动气压梯度力项(PGA)和水凝物拖曳项(B2)起着主要作用:(a)在DC区域,低层(1.5km以下)B1项有助于高e空气上升和低e空气下沉,PGA有助于空气上升运动,即热力和动力作用共同影响着新的对流的形成;2-10km高度,水物质的相变造成的热力作用支持着DC区域内强烈的上升运动;云顶附近B1为负、PGA为正,这可能是因为空气弱的上升运动导致绝热冷却和长波辐射的冷却作用。(b)与DC区域相比,RST区域内各项的强度比较弱,在~5km高度以下,雨滴蒸发冷却作用是导致空气下沉运动的最重要的因子;5-12km高度,从DC区域卷出到RST区域的暖湿空气及凝华所释放的潜热是造成正的浮力作用(B1>0)的主要原因;云顶附近则与DC的情况类似。