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对称不稳定对锋面带状降水、台风、暴雨(雪)等灾害性天气的发生发展具有重要影响和作用。近年来,在全球气候变暖的背景下,台风、暴雨(雪)等灾害性天气肆虐,极端降水事件趋多、趋强,其成因更趋复杂多变,预测预警难度更大。在台风、暴雨等灾害性天气的数值模拟和预报中,垂直积云对流参数化方案的使用已日趋成熟并取得明显成效,但描述对称不稳定的倾斜对流参数化方案在台风、暴雨(雪)等灾害性天气的数值模拟和预报中的应用还极少。 首先,本文较系统地综述了国内外对称不稳定理论和应用情况,重点介绍了对称不稳定的应用和倾斜对流参数化方案在数值模式中应用进展情况。其次,总结了国内外有关对称不稳定分析计算方法,包括Mg-θ垂直剖面图、天气学分析等定性分析方法,以及倾斜对流有效位能、位涡、Richarson数和增长率参数等定量分析方法,提出和讨论了在应用对称不稳定理论时应注意的一些问题。第三,在扼要介绍了中尺度数值模式MM5和倾斜对流参数化方案的基础上,根据Kuo-Anthes垂直对流参数化方案和Nordeng倾斜对流参数化方案,提出了垂直-倾斜对流一体化参数化方案。最后,利用中尺度模式MM5 V3.7并引入垂直-倾斜对流一体化参数化方案,对2008年年初的暴雪过程、1999年6月长江流域一次暴雨过程和2005年“海棠”(0505)台风过程进行了数值模拟,分析研究了倾斜对流参数化方案(对称不稳定)在暴雪、暴雨和台风等灾害性天气发生发展中的影响和作用。 对称不稳定对暴雪、暴雨和台风等灾害性天气系统的发生发展具有重要影响,利用数值模式模拟和预报这类天气系统时,在模式中不仅需要考虑垂直对流参数化方案,同时还需考虑倾斜对流参数化方案,可有效提高模式的模拟能力和预报准确率。 在模式中综合考虑垂直和倾斜对流参数化方案后,可使模式大气同时释放对流不稳定和条件性对称不稳定能量,产生更多的对流降水,使模拟的总降水量与实况更加相符。对称不稳定的发展加强与降雪强度、辐合辐散和上升运动变化相对应。对称不稳定是造成“08.01”暴雪发展加强的主要机制之一。 在模式中综合考虑垂直和倾斜对流参数化方案后,可提高模式模拟的梅雨锋暴雨的强度,修正暴雨中心位置,使之更接近实况,可有效提高暴雨过程强降水的模拟预报准确率。倾斜对流参数化方案可使模式格点尺度的上升运动增强,更快建立起锋面垂直环流形式,在一定程度上减小了模式的预报延迟,并使锋面附近的垂直环流得到增强。 倾斜对流不稳定现象主要发生在台风的低层,对台风强度影响较大,对路径影响很小。在模式中综合考虑垂直和倾斜对流参数化方案后,与仅仅考虑垂直对流参数化方案的结果相比,72小时模拟的平均台风中心最低气压降低了3hPa,最大达8hPa。同时可使台风中上层的暖心结构更加明显,低层辐合上层辐散和台风中上升运动得到加强。使台风的对流性降水明显增强,对流释放的凝结潜热使台风得到进一步加强。