华南暖区暴雨统计特征及触发机理研究

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本论文在前人相关工作的基础上,提出了更为量化的暖区暴雨定义,并且依照此定义对近34年(1982~2015年)华南地区暖季(4~9月份)的暖区暴雨进行了筛选。基于筛选得到的华南暖区暴雨事件,揭示近34年华南暖区暴雨的时间变化和空间分布特征。在此基础之上,利用高通滤波后的中尺度形势场和降水分布对所挑选出的暖区暴雨个例进行了客观分类,共得到四种类型的暖区暴雨事件。依照分类结果对不同类型暖区暴雨发生时刻的环流特征以及暴雨的产生机理开展合成分析,提出不同类型暖区暴雨的三维天气学概念模型。基于暖区暴雨的统计结果,利用合成的半理想数值试验重点研究了发生在广东地区的南风型暖区暴雨,并结合敏感性数值试验从共性上揭示了其触发的机理。由于暖区暴雨与华南地区的持续性降水有一定相关性,本文还对华南地区非台风影响的持续性降水过程进行了统计和分类研究。本文的主要结论如下:  (1) 1982~2015年暖季华南暖区暴雨共有177例,暖区暴雨占同期华南筛选出的强降水事件的16.86%,因此其重要性不容忽视。大部分暖区暴雨发生在4~7月,其中6月发生最多,事件的平均持续时长约为11.58h。暖区暴雨主要有四个降雨中心,主要集中在广东、广西的沿海地区和粤北山地。根据华南暖区暴雨的中尺度影响系统,其主要可以分为四类:切变线型、低涡型、南风型和回流型。其中,南风型数量最多,切变线型和低涡型的频次大体相当,回流型数量最少。总体而言,不同类型的暖区暴雨对于华南地区沿海和内陆的影响差异显著。  (2)四类暖区暴雨的共性为对流层中层中高纬度盛行平直的西风气流,冷空气难以南下,华南地区不受冷空气的影响。四类暖区暴雨的差异显著,其中切变线型暖区暴雨的降水区在对流层低层受切变线控制,该类暖区暴雨是所有类型中低层环境场斜压性最强的一类。低涡型暖区暴雨降水区对流层中低层受低涡控制,发生时环境场有较高的有效位能积累。南风型暖区暴雨的环境场斜压性是四类暖区暴雨中最弱的一类,其影响系统主要位于对流层中低层,降水的分布与低层水汽的分布和地形特征密切相关。由于南风型暖区暴雨数量最多,本文进一步将其分为广东地区南风型和广西地区南风型暖区暴雨。回流型暖区暴雨数目最少,其对流活动主要位于沿海地区,该类型暖区暴雨具有最强的条件不稳定。暖区暴雨发生在沿海和内陆地区,其中沿海地区的暖区暴雨主要是低层暖湿空气受抬升后产生对流,而内陆地区的暴雨主要是由地形抬升和西风带短波槽的动力强迫作用引发的降水。  (3)南风型暖区暴雨数量最多,影响系统不显著,预报难度大。半理想数值试验的结果表明,南风型暖区暴雨的低层湿度大,对流有效位能小,抬升凝结高度低,对流浅薄,主要位于对流层中低层。地形对于此类暖区暴雨的触发至关重要,敏感性试验结果表明,主要是地形的动力作用影响此类暖区暴雨的触发,地形的热力作用较弱。并且西南风低空急流的强度和位置与南风型暖区暴雨的触发密切相关,水汽条件较好的情况下,暴雨首先发生在小地形迎风坡的辐合区,随后在降水潜热释放的作用下发展、维持和移动。  (4)本文共统计得到1981~2014年华南地区非台风影响的持续性降水事件32例,其大部分出现在6~7月。采用场相关的方法将华南地区的持续性降水分为三类:SC-A型(主雨带在广东沿海和东北部),SC-B型(主雨带位于广东和广西省交界)和SC-C型(主雨带在广西北部地区)。后向轨迹追踪的结果表明,SC-A型干冷空气主要来自于乌拉尔山-西西伯利亚平原,而SC-C型无明显中高纬度冷空气的影响。SC-A型和SC-C型都有3条来自南方的水汽输送通道,热带印度洋为两类的主要源地。SC-C型持续性暴雨中包含暖区暴雨过程,降水区域受西南气流控制,多为风速辐合造成的降雨。
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