一次中尺度对流低涡增强阶段的能量诊断分析

摘要

基于CFSR每天4个时次、水平分辨率为0.5°×0.5°全球预报场资料,美国NCEP的每天4个时次、水平分辨率为1°×1°FNL全球再分析格点资料,以及华中地区国家基准站逐时的加密降水资料,围绕2015年6月1日华中地区的一次中尺度对流低涡(MCV,Mesoscale Convective Vortex)天气过程,通过WRF模拟和能量诊断的方法,重点研究了低涡增强期内的能量分布特征及其对低涡发展的影响机制.研究结果表明:此次MCV初生于湖北中部地区,低涡生成后向湖北东北部大别山地区移动且不断发展加强,MCV增强阶段的降水带分布由早期的三中心分布(分别位于宜昌、荆州、随州)演变为后期的纬向型雨带分布.降水产生的凝结潜热释放、对流有效位能的增强、低层暖湿气流的输送以及中层干冷空气的侵入等有利的环境场条件对低涡的增强起到了重要的推动作用.低涡的增强对能量演变有重要影响,具体表现为:一方面,MCV外围辐合气流随低涡发展而增强,引起对流层低层扰动动能的增加;另一方面,MCV外围降水产生的凝结潜热,导致对流层中层扰动有效位能的增加,之后通过垂直气流作用使扰动有效位能向上输送,从而使对流层高层的扰动有效位能增加.另外,此次MCV增强阶段的能量制造项依次分别为:扰动有效位能向扰动动能的转换,不同高度层的基本气流粘性力作用,纬向平均有效位能向扰动有效位能的转换,以及来自系统外部扰动动能的输入.其中,扰动有效位能向扰动动能转换是对MCV发展增强的直接贡献项,对其空间分布特征进一步分析可知,对流层低层和顶层,扰动有效位能向扰动动能转换,使辐合、辐散气流增强,而对流层中高层,扰动动能向扰动有效位能转换,为低涡发展成熟后的继续维持储备了必要的能量.