中天山北坡风切变层对地形云降水影响的观测和模拟研究

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天山地形云降水过程具有复杂的云系结构,局地热力条件和垂直风切变对云降水过程的发生和发展起到了关键作用。本文利用2019年7月27日和2020年1月14日两次地形云降水联合观测结果,并结合中尺度数值模式WRF模拟,分析天山北坡地形云宏微观结构特征、热力不稳定结构及风切变对中小尺度云团发展的影响。主要结论如下:(1)2019年7月27日为夏季对流云降水过程,Ka波段云雷达观测结果表明在4km处存在垂直风切变,其上方与下方云内结构有显著差异,雷达反射率因子随高度表现为双峰型,随着局地对流云团与高空云团在南北两支气流引导下并合,反射率因子分布范围变窄且频率分布大值区逐渐下移,表明云内粒子迅速生长下落形成降水,降水发生后云团被限制在风切变层以下且云顶平整,降水主要以低层暖云降水过程为主,风切变层对降水有抑制作用。(2)2020年1月14日为冬季层状云降雪过程,Ka波段云雷达观测结果表明中低层为偏西风,中层在4km处存在浅薄的偏东风层,层云表现为两层或三层结构,中间干层伴随偏东风气流出现。风切变层上下云内结构相近,雷达反射率因子随高度表现为双峰型或三峰型,相比于夏季对流云,冬季层云不同高度上峰值变化较小。降雪增强时,高层云向低层云播撒,中层4km处干层反射率因子明显增大,但低层云内缺少过冷水对降雪增强效果不明显。当高层偏西气流被偏东气流取代后,水汽输送减少,降雪趋于结束。(3)两次观测中低层偏北气流被天山山脉阻挡抬升,在4km高度处山脊附近转为偏南气流,形成风切变层,对降水云团的发展和水凝物分布具有重要影响。夏季个例中高空偏南风对相当位温的平流输送,使得风切变层上空更倾向于热力不稳定,同时使其下方更倾向于热力稳定从而抑制低层对流而促进高层对流。冬季个例中较弱的上升气流与重力波共同作用,有利于雪晶在天山北坡上空中层停留和积累。
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