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本文首先统计了1999-2006年5-8月河北强对流的时空分布,在统计的基础上选取了两个极端年份作了对比分析。然后对2009年5月发生在冀中南的一次春季罕见强对流暴雨过程进行了实况分析,从大尺度环流背景到中尺度影响系统都作了详细的诊断。最后运用wrf中尺度模式对暴雨过程进行数值模拟与研究。
统计结果表明:雷暴、雷雨大风和冰雹空间分布呈北多南少,西多东少的趋势,6月和7月居多;暴雨的空间分布则正好相反,7月和8月多于其它月份;午后到傍晚为各种强对流的日高峰期。雷暴多发年和少发年在500hPa大风速区的位置、850hPa切变线与从贝加尔湖南下的低空冷空气结合程度和位置、边界层辐合线的位置及边界层干湿区的梯度等都存在较大差异。
由实况分析发现:2009年5月9日冀中南强对流暴雨过程的主要影响系统是高空急流、东北回流、高空低槽及低空切变线。地面加密风场的变化以及中尺度辐合线的形成都对河北中南部短时强暴雨的发生有很好的指示意义;带状回波在地面辐合线附近快速强烈发展并随辐合线的消失而原地减弱。暴雨前高空急流的加强使河北中南部辐合上升运动增大,短时强对流暴雨发生。
利用高分辨率的模拟结果诊断分析发现:此次天气过程的发生、发展是对流有效位能的一次快速产生、积聚、释放过程;强对流暴雨开始前一小时左右,对流层低层的正涡度、负散度和垂直速度都出现快速发展态势,随着强对流暴雨的产生又迅速减弱。通过对大气的稳定性和斜压性分析发现,随着边界层东北风和低空西南暖湿气流的加强,对流层低层转为对流不稳定,并且出现一个MPV2<0的最大中心,大气的斜压性增大,辐合上升运动增强。低空700hPa流场的中尺度扰动和涡度场的加强说明:发生在河北中南部的短时强对流暴雨与东北回流密切相关,回波强度在东北气流形成的渐近线顶部得到强烈发展。低空东北风的辐合,使地转平衡遭到破坏,从而引发水平辐合和辐散及铅直运动,在地转适应过程中,700hPa中尺度环流偶在河北中南部形成并加强,对应的正负涡度对也出现并增大,使辐合上升运动增强,强对流暴雨形成,最大降水出现在辐合场和辐散场之间区域。模拟的地面涡度和散度随时间的演变和地面暴雨中心的出现时间极为吻合。
实况和模拟结果都很好的证实了:东北回流的加强与高空急流的加强一致,急流中心右前侧辐合导致下沉气流,向南的一支引起北风加大,东北回流加强,由于辐合抬升作用,河北中南部形成上升支。可见,低层东北风的加强和垂直环流的形成是此次强对流暴雨产生的重要原因。