′98暴雨数值模拟及其发展演变过程中的动、热力结构分析

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由于数值模拟结果比观测资料具有更好的时空分辨率,包含了中尺度暴雨系统结构及演变的详细信息。本文运用中尺度数值预报模式MM5(V3)对1998年的6月12-14日、7月20-22日、7月28-30日三次暴雨进行数值模拟,较好地模拟出了三次暴雨过程中的主要雨区雨量及降水位置。运用这些数值模拟结果,对暴雨中尺度系统的结构及其演变情况,暴雨初期盛期时的动、热力结构和高低空急流对暴雨的影响进行了比较广泛而深入的分析,得到了如下一些有意义的结果: 1.暴雨过程与中-α尺度低涡切变线密切相关,低涡切变线的维持和发展与沿切变线相继生成和发展的强对流云团及特大暴雨直接关联。 2.模拟细网格结果更能揭示暴雨结构的发展及演变情况。低涡中心上空的低层,为一较强的西南风区,高层由于南北风向发生偏转和西风加速,一般处于风速较大的西西北风区。低涡上空的水汽通量辐合主要发生在700hPa层以下的低层,700hPa层以上迅速减少,在850hPa层至700hPa层是低涡上空正气旋性涡度比较强的区域,强垂直上升运动一般发生在500hPa至400hPa层上;低涡的增强与低空急流有密切关系,急流中心区一般位于低涡移动方向的右后方。边界层顶附近的涡度极大和低层水汽通量辐合与低层西南风急流及其相伴随的水平分布不均有很紧密的联系。成熟期的暴雨中-β尺度系统具有湿气柱和强上升运动区耦合、散度柱和涡度柱的互伴和暴雨区低层湿静力不稳定层结结构。 3.在暴雨发展初期,低涡上空的正涡度区比较宽广,常常在几个纬距上空皆为正涡度。由于这时的低涡并不强烈,垂直上升的速度不是很大,涡度向北倾斜发展,表明这时上升气流是在暖锋锋面上倾斜上升。初期水汽通量的辐合区与低涡区并不是很好符合的,两者可能有偏差,这种低涡区与水汽通量辐合区不一致能够影响到暴雨的发生和发展。在暴雨的盛期,低涡上空的正涡度大大加强,一般能够伸展到很高的高度,由于这时的上升运动比较强烈,涡柱都比较窄而直,不象初期那样涡柱是倾斜发展的,盛期时的水汽通量辐合区与低涡的正涡度区有很好的对应,这种水汽通量的强辐合与强低涡的互相耦合是强暴雨发生的重要条件之一。在暴雨发展初期,北南正反环流圈结构不明显,盛期时由于垂直上升运动的加强,具有清晰的北南正反环流结构。 4.在暴雨初期,雨区上空低层为西南暖湿气团控制,为暴雨的形成提供了充足的水汽条件。暴雨盛期时,相当位温梯度增大,静力不稳定性增强,引起强烈的垂直运动,为暴雨的形成提供了充足的源动力。低层暖湿气流垂直上升凝结释放的潜热引起高层局地增温,这种凝结潜热对上层空气的加热作用,导致α中尺度气旋发展和降水增幅之间有一种正反馈机制。 5.低空急流是一种动量、热量和水汽的高度集中带,其具有明显的时变特征,急流中心的最强风速一般出现在凌晨,在白天风速变小,低空急流出现在凌晨与暴雨的强降水阶段出现在后半夜密切相关,是暴雨发展、维持的一个重要因数。低层水汽通量辐合主要由风场的辐合引起,湿度平流对水汽通量的辐合贡献很小,暴雨区水汽通量的辐合与低层急流具有密切的关系。在暴雨区低层,西南风急流输送的暖湿气流,使得在低层建立起静力和条件性不稳定机制。在暴雨区高层,在西风急流的强水平切变区亦存在条件性对称不稳定层结。高空急流和低空急流具有耦合结构。在低层暴雨强辐合区南侧存在大范围的西南风低空急流,西南风低空急流为强垂直上升运动提供了大量的暖湿气流。在高层强辐散区的左前方,西风急流明显加速,这对高空气流的辐散是非常有利的。在急流的入口区,高层西风急流比出口区的西风风速小,出口区的西风向南、低层扩展,增强了出口区气流的辐散。
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