梅雨锋上两类中尺度对流系统的结构特征及形成机理研究

摘要

本文利用Micaps逐时地面加密自动站资料、静止卫星等非常规资料、NCEP再分析资料以及中尺度数值模式WRF的高分辨率输出资料,采用天气学分析、动力诊断分析和数值模拟的方法,对2009年6月29-30日出现在江淮流域的梅雨锋暴雨过程进行研究。重点分析了这次降水过程中两类不同性质的中尺度对流系统的特征及其触发维持机制。卫星云图演变结果表明此次梅雨锋降水过程可分为两个阶段:第一阶段为一个碎块型的带状中尺度对流云团(MCS1)自西向东移动,主要造成安徽省强降水；第二阶段为南移的对流云团到达长江流域,重新发展并形成椭圆形的中尺度对流系统(MCS2),造成长江中下游暴雨。地面中尺度天气分析显示暴雨两阶段温压场结构有很大差别,第一阶段地面辐合线附近没有明显的冷中心,雨区基本与辐合线平行；第二阶段海平面呈现出由系统前低压-中高压-尾流低压组成的中尺度扰动场特征,最强的对流雨区位于冷高压与暖低压的过渡区内。另外,存在于中低压和中高压之间的中尺度干线是MCS2的重要特点之一。数值模拟结果基本再现了暴雨的这两个阶段。MCS1位于梅雨锋的南侧,内部为贯穿整个对流层的强上升运动。MCS2则位于梅雨锋上,主要在对流层中低层发展,对流发展相对浅薄,上升运动表现为倾斜上升,其中心的强度小于MCS1。与MCS1相比,MCS2对应的涡旋水平尺度较大。两者在结构上的差异可能主要是触发维持机制不同造成的。高层位涡的下传在500hPa附近触发了MCS1。通过位涡诊断分析的结果表明:高层位涡主要是通过水平及垂直平流实现位涡下传,从而触发MCS1的迅速发展,而位涡在低层的维持则主要是凝结潜热加热的贡献。MCS1爆发后边界层冷池生成,冷池前的冷出流与低层环境风产生强辐合可能触发了MCS2。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 梅雨锋中尺度对流系统研究进展

1.2 位涡理论的研究进展

1.3 本文研究的意义、内容和方法

第二章 环流背景及中尺度分析结果

2.1 天气实况分析

2.2 中尺度对流系统红外云图的演变特征

2.3 地面中尺度分析

2.3.1 气压场分析

2.3.2 地面干线特征

2.4 高层位涡

2.5 本章小结

第三章 09年梅雨锋暴雨过程的数值模拟结果

3.1 非静力中尺度模式WRF模式简介

3.2 模拟方案设计

3.3 模拟结果检验及分析

3.4 本章小结

第四章 两类MCS的结构和演变特征

4.1 两类中尺度对流系统的基本特征

4.2 MCS1和MCS2的结构对比特征

4.2.1 MCS1的特征

4.2.2 MCS2的特征

4.3 本章小结

第五章 两类MCS的形成机制研究

5.1 MCS1的触发机制

5.1.1 高层位涡来源诊断分析

5.1.2 位涡与垂直速度的联系

5.1.3 高层位涡下传对MCS1的触发机制

5.2 MCS2的触发机制

5.2.1 两类MCS的边界层特征及演变

5.2.2 边界层干线

5.23 MCS2的触发机制-边界层冷池

5.3 本章小结

第六章 结论与讨论

6.1 主要结论

6.2 讨论

参考文献

致谢

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