江淮流域中尺度对流诱生涡旋的结构和演变特征研究

来源 :中国科学院大气物理研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shentong0312
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江淮流域梅雨期暴雨多数与中尺度系统的发生发展有关,而且主要是中尺度涡旋(扰动)系统造成,中尺度涡旋(扰动)是暴雨过程的直接影响系统,尤其是在其发展成为明显的涡旋时,暴雨的持续时间和强度均会大大增加。中尺度涡旋与中尺度系统的发生发展有着密切的关系。但是,中尺度对流系统及中尺度涡旋又存在着复杂的关系,即在中尺度对流系统减弱甚至消散后,又有可能诱生出新的中尺度涡旋,从而再引发新的对流。同时,由于这些新的中尺度涡旋,在空间范围上尺度较小,生命史较短,在涡旋发展的过程中采用高时空分辨率的资料对其进行研究是很必要的。本文利用常规观测资料、雷达资料、卫星资料及较为可信的数值模拟结果,对2003年和2007年梅雨期中尺度对流诱生涡旋的形成、演变及结构特征进行研究,并对其发生发展机理进行了分析和探讨,主要结论如下:   1、2003年和2007年淮河流域梅雨期,中尺度对流系统和中尺度对流诱生涡旋同暴雨的发生发展有很密切的关系,在17次主要的降水过程中,先后共有38个(其中2003年11个,2007年27个)中尺度对流系统发生发展。其中,2003年有两个MCV,形成后MCV没有发展,但造成了较强的降水;2007年有7个MCV,对流系统的区域分别为湖北东部、鄂赣交界、江苏中东部、苏皖交界、湖北中部以及江苏东部等地区,其中,发展的MCV有4个,不发展的有3个,并造成了强弱不等的降水。   2、形成MCV的暴雨过程(前者)和未形成MCV的暴雨过程(后者)的背景场特征主要有以下两个方面的差异:前者短波槽较为活跃,其槽后不断有冷空气南下,对流层中低层约700hPa附近有高纬度冷空气侵入的过程,同副热带高压西侧的偏南气流交汇于淮河流域;前者发生时,淮河流域恰好位于高空急流的入口区右侧和低空急流出口区左侧,低空急流轴与高空急流轴平行出现,这种高低空急流相互耦合的配置有利于垂直运动的增强和维持,后者高空急流位置相对于淮河流域略有偏西,高低空急流未形成有利的配置。   3、有利于MCV形成的天气尺度系统特征:对流不稳定层的高度较高,最大不稳定区域位于800~700hPa之间;强辐合区和正涡度区同时出现在700hPa高度层附近,高层在500~300hPa之间为辐散区和负涡度区,大气在低层辐合、高层辐散结构形成的抽吸作用下,为对流系统的形成及暴雨过程的产生提供了有利的条件;淮河流域水汽收入总和较大,低层大气有一支水汽通道,充足的暖湿空气为暴雨过程的发生提供了水汽条件。   4、利用中尺度模式资料分析系统ADAS及其复杂云分析方案,对多普勒天气雷达资料进行同化,通过对三次较完整的降水过程的数值预报及其结果检验,表明:利用雷达资料对初始场进行调整,可以得到一个能够包含更完整动力、热力信息的且更符合实际情况的初始场;能够减少模式启动的spin-up时间,使模式在积分开始后较快地捕捉到局地发生的对流系统,及时地模拟出暴雨和涡旋的发生与发展;改进后的初始场对雨带的形状、落区及降水量的模拟结果与实况更为接近。   5、在母对流系统活动的过程中,700hPa附近风场扰动有利于MCV的形成,低层大气的辐合,增强了空气的上升运动,由上升运动所形成的次级环流的抽吸作用,为MCV的形成提供了有利的条件;MCV是一个接近饱和的深厚的湿系统,在MCV的形成期和强盛期,有明显的暖中心出现,周围的低层大气具有较强的对流不稳定性。   6、通过中尺度对流诱生涡旋发展过程中的涡度收支、能量收支、湿热源、视水汽汇的计算以及凝结潜热释放的敏感性试验,可知:   从MCV发展过程中的涡度收支可以看出,水平辐散是影响MCV的主要动力因子,低层的辐合场导致了正涡度的制造,直接决定了MCV的形成和发展。同时,中上层正涡度的水平平流随高度增加导致了垂直运动增强,由垂直平流造成的正涡度由低层向高层输送导致了中层短波槽加深,反过来又有利于低层辐合的增强,对MCV的形成和发展起到了间接的作用。   从整层的能量收支看,动能制造主要来自系统造成的水平动能输送和辐散风,即,水平动能输送和辐散风穿越等压线制造的动能使得气旋性涡旋得以加强,无辐散风的动能输送对动能制造也起到了重要的作用。动能的制造主要在对流层上层,主要的动能消耗项为无辐散风的动能输送和余项。   在MCV的形成阶段,母对流系统发展过程中所产生的风场扰动是MCV的产生的主要因子,而在MCV发展阶段,凝结潜热释放作用发挥了较为显著的影响,假如没有这一热源的作用:MCV就不能达到其发展的强度;MCV不能达到其发展的空间范围;MCV不能达到其持续的时间。  
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