梅汛期江淮切变线暴雨诊断及数值模拟研究

摘要

每年6-7月,我国江淮流域降水时段集中,暴雨频发,导致洪涝灾害频繁出现,这一时段对长江中下游地区而言,称之为“梅汛期”。位于长江中下游的江苏,是重要的工农业生产基地,经济发达、人口稠密,一旦发生洪涝灾害容易造成巨大的经济损失和人员伤亡。所以,加强对于引发洪涝灾害的暴雨、大暴雨过程机理的研究,提高监测和预报能力显得尤为重要。
　　本文针对江苏梅汛期中重要的江淮切变线天气系统引发的强降水过程进行研究,利用合成对比、诊断及数值模拟等先进技术,对切变线降水的环流特征、物理机制、切变线暴雨过程的中尺度系统以及切变线南侧水汽变化对降水强度及落区的影响进行了比较详细的探讨,获得了一些有意义的结果。
　　1.通过对江淮切变线暴雨类与非暴雨类环境场的合成对比分析得到了一些新的认识。这两类降水在低空风场都存在切变线,切变线系统在低层造成风向的辐合,同时,切变线上都有低涡的出现。但是形成暴雨的切变线演变历程中,存在南北风的加强,导致切变线发展,风向辐合加强,在其南侧,西南风急流增强造成风速的辐合。同时在高空有西风急流,急流核位于海上,江苏处于入口区的右侧。高空辐散区与低层的辐合区相耦合,有利于造成暴雨的中小尺度系统的发展。而切变线非暴雨类中,虽然也存在切变线和低涡,但是其配置不利于切变线和低涡的进一步发展,南北风增强不明显,切变线不能得到发展,同时其南侧,西南风急流没有建立,风速辐合较弱。500hPa上副高偏南,高空槽偏西,高空急流核位于大陆,甚至远离江苏,江苏上空的辐散场很弱。
　　2.利用合成对比方法分析了江淮切变线暴雨类与非暴雨类在各自演变过程中的动力热力特征及差异,获得了新的结果。切变线暴雨类与非暴雨类在对流层中下层与切变线相对应的都是气旋性涡度区,都存在增温增湿。但是这两类降水在动力结构的配置、热力条件以及水汽输送上存在着很大的差异。切变线降水强度不仅与高低空天气系统配置有关,还与系统的动力、热力条件强度有关。
　　3.通过对江苏切变线大暴雨过程的中尺度分析揭示了一些新的事实。低空急流、700hPa(850hPa)切变线及其上的低涡、500hPa副热带高压边缘的西南气流和地面梅雨锋的有机配置,有利于引导中尺度系统持续地移过江苏,造成大暴雨。这次大暴雨过程强度大、中尺度特征非常明显:10个中尺度雨团频繁地在切变线南侧的西南气流中产生,切变线南侧高温高湿的不稳定区为雨团的发展提供了动力热力条件,而地面风场对雨团有触发作用。云团呈西南-东北走向的排列,后侧不断有新生云团产生、发展。云团的分布与低层切变线走向一致,3个发展旺盛且影响江苏的β-MCS与切变线上的三个低涡相对应。低空急流的脉动和向下扩展的程度与强降水存在有着密切的联系,低空急流指数的增大先于降水的增强。雷达径向速度图上存在逆风区。
　　4.基于WRF模式对切变线南侧水汽厚度、水汽强度以及水汽分布进行了敏感性试验,得到一些有意义的结果。水汽厚度变化试验表明,水汽厚度的变化会导致降水的强度及雨带的分布发生变化。当对流层高层的水汽减弱后,降水中心强度略为减弱,对雨带的强度及分布影响很小,试验结果接近控制试验;对流层中高层的水汽减弱后,降水中心强度和位置变化很小,但是对整个雨带的强度及分布影响很明显;对流层低层及以上高度水汽减弱后,降水中心强度急剧减小,位置发生很大的偏移,并且完全改变了雨带的强度及分布。所以,随着水汽的厚度增加,降水中心强度、位置、雨带分布与控制试验越接近。水汽越深厚,降水量越强。水汽强度的改变试验表明,随着水汽含量的增加,降水中心强度增强,雨带范围增大。水汽南移之后,对降水强度及落区影响极大。切变线南侧水汽的变化可以导致切变线强度和切变线南侧西南风急流的分布发生变化,同时对湿位涡及高低空散度耦合均有影响,以致降水的强度及雨带的分布改变。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 有关暴雨的研究进展

1.3 本文的主要内容

1.4 本文所用资料及研究方法

第二章 切变线暴雨类与非暴雨类环境场合成对比分析

2.1 江淮切变线及低空风场合成对比分析

2.2 500hPa形势合成对比分析

2.3 高空风场演变特征合成对比分析

2.4 本章小结

第三章 切变线暴雨类与非暴雨类动力热力因子合成对比分析

3.1 动力场的物理量合成对比分析

3.2 水汽输送与热力条件合成对比分析

3.3 本章小结

第四章 江苏切变线大暴雨过程中尺度分析

4.1 降水概况

4.2 中尺度雨团演变特征分析

4.3 地面中尺度风场特征分析

4.4 中尺度云团演变特征分析

4.5 多普勒雷达产品分析

4.6 中尺度的低空急流特征分析

4.7 本章小结

第五章 水汽对切变线暴雨影响的数值试验

5.1 WRF介绍

5.2 试验方案设计及结果检验

5.3 水汽敏感性试验的降水预报结果对比分析

5.4 水汽因子改变对降水强度及落区影响的成因分析

5.5 本章小结

第六章 总结及讨论

6.1 主要创新点和结论

6.2 讨论

参考文献

致谢

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