2011-2015年华南暖季中尺度强对流系统的特征及机理研究

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中尺度对流系统是雷暴大风、短时强降水、冰雹和龙卷等灾害性天气的直接影响系统,而华南又是各类强对流天气的频发区,因此,本文对2011-2015年华南暖季中尺度对流系统进行了统计分析和机理研究。得到主要结论如下:  依据雷达回波组织形态对对流系统进行了分类,包括6类线状系统:无层云系统(NS),前部层状云系统(LS),嵌入型线状系统(EL),后部层状云系统(TS),平行层状云系统(PS)和弓状回波(BE),2类单体类对流系统:孤立对流(IC)和簇状对流(CC),以及非线状对流系统(NL)。非线状系统和单体类系统分别以45.93%以及29.45%占较高比例,线状系统中TS和NS频数最多。从2011至2015年,对流系统数量呈增多的趋势,9月份和4月份回波相对较少,而5月份样本回波数最多;从空间分布来看,对流系统多发于广东中北部(广东北部山区的迎风坡一侧)、两广南部交界处以及广西北部(喇叭口地形),地形对对流的触发有重要的影响。不同类型的系统所产生的天气现象也有差异,IC,CC产生大风、冰雹的比例较高,TS与BE的天气现象以短时强降水和大风为主,NL以短时强降水为主,IC,CC,BE,TS发生强天气的频数占自身比例相对较高。  从对流系统的环境参数来看,单体类对流系统更容易发生在热力条件好、不稳定能量充沛且水汽相对较低的环境中;而线状对流发生时环境切变强且可降水量高,对流抑制能量大;非线状类系统的环境参数介于两者之间。对于华南地区,槽前或者低压前部更容易发生强对流,其中以BE和EL所占比例最高;高低压之间更容易出现TS和NS,高压边缘在BE和IC的主要影响系统中所占比例相对较大;NS和CC出现在台风或热低压外围比率较高。相较于单体类CC、IC,线状对流BE、EL和TS发生时,多伴有低空切变线和急流(或大风速带)。  飑线属于典型的TS类对流系统,华南春季一类典型的飑线,在贵州中南部触发,随着低空切变线一起向东南方向移动至广东沿海。此类飑线气流三维结构与中纬度飑线相似,但强回波中心接近地面,这一点与热带飑线较为一致。在发展阶段,大风主要出现在飑线前部,研究表明其不仅由系统出流造成,还有一部分来自强烈的飑前入流。飑线发展成熟之后,地面大风主要来自雷暴高压向外辐散的气流。  广西喇叭口地形有利于低层西南气流转向并产生辐合,有利于对流的触发;同时地形的阻挡作用使得区域内风速降低,对流强度受抑制,但是有利于后期对流发展成线状组织。对流发展的决定性因素是贵州广西西部较大的地形梯度,气流下坡和绕流使得该区域内气旋性涡度增加,由此形成的低压环流和切变线是影响对流生成和发展的关键系统。关闭蒸发冷却作用后,对流发展增强且无法入海,形态上难以形成TS型,在较强风切变产生的正涡度作用下,逐渐发展出气旋性结构。关闭地表感热加热,对流整体上减弱,受风场辐合位置影响对流偏北。低层暖中心减弱,但在对流中后期出现弓状回波结构。  水汽初值和近海对流对华南中尺度对流系统演变和预报效果有显著的影响。初始场中近海地区水汽增加后,海上对流强盛发展改变了整个区域的环流特征,陆地对流发展受阻;关闭海上潜热释放,海上对流无法生成而陆地对流随着低空急流向更加偏北地区发展。海上要素场的观测和资料同化对沿海地区的对流和降雨预报有重要意义。另一组针对飑线展开的水汽试验表明,对流在山脉地形附近生成,增多较高地形上的水汽,则不稳定能量显著增加,对流越早触发。目前主流的再分析资料在水汽分布上有较大的差异,合理地修正水汽初始场有利于区域内MCS预报准确率的提高。
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