大别山区地形对冷锋附近MCS影响的数值模拟研究

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本文利用数值模式Weather Research Forecast(WRF),结合多普勒雷达资料和常规资料,分析了2005年3月10日发生在一次冷锋附近的中尺度对流系统(MCS)的环流背景、湿位涡演变、降水特征和大别山区地形对这次MCS的影响。以0.2mm阈值进行模式3km网格的过程累积降水量评分,结果显示TS=0.54,空报率=0.42,漏报率=0.14。用逐小时雷达反射率与模式雨量比较表明,虽然模拟的雨区比实况偏大,但模式模拟出了这个MCS的基本特征,如发生发展的时间、位置及降水演变,模式对这次中尺度系统有较好的把握。   这次降水过程是由MαCS和MβCS两种尺度天气系统共同引起的,其中在大别山区北部产生,移经六安(58311)、舒城(58316)、芜湖(58334)的一块对流是发展最强,生命史最长的MβCS对流系统。   中对流层低槽提供的正涡度平流,低空暖湿西南急流及锋面上的低层风场辐合,增强的对流不稳定层结等,均为有利中尺度对流系统发展的环境。θe面陡立密集区附近易导致湿斜压涡度发展,有利于降水发生和加强。对流层高层高值湿位涡下传,冷空气的侵入使得对流层低层不稳定度降低并强迫中层较暖空气抬升,导致对流不稳定能量及潜热能释放,产生对流。   在这次强冷锋过程中,当大别山区受暖区中的西南暖湿气流影响时,其北部容易出现中小尺度对流。当冷锋过境时,大别山区北部有对流旺盛的中尺度系统。通过控制试验(CTRL)和去掉大别山区地形的敏感试验(NDBM)分析比较可知:当大别山区处于暖区时,西南暖湿气流遇到山区,冈焚风效应和低空急流绕山后在山北部汇集,使大别山区北部低层出现高温、高湿,产生位温水平梯度和气压水平梯度,易形成局地中尺度力管环流,出现上坡风,具有对流发生的触发条件。同时低层高温高湿又使山北部的大气层变得对流不稳定,有大的对流有效位能,较小的对流抑制能。一旦对流发生,容易释放不稳定能量,使对流发展得更加强盛。因此,在暖区中,大别山区北部易触发对流,出现中小尺度对流系统。   当冷锋向南移近时,由于大别山区的迎风坡影响,锋后东北风发生堆积和偏转,山区北部850hPa以下风场局部辐合有的由盛行风与受地形阻挡而偏转的气流造成,有的主要为空气在地形上游堆积而产生辐合。地形提供的额外水平风场辐合叠加在大尺度系统上,使垂直上升运动更强,MCS得更加强盛。所以当有冷锋等大尺度系统过境时,山北部易出现对流旺盛的中尺度系统。   两试验的总降水量比较表明:CTRL中大别山区北部的强对流区在NDBM中减弱了,而CTRL中巢湖的小雨区在NDBM变成了范围小、强度强的对流区。这反映了大别山区地形和巢湖水陆差异都对冷锋附近MCS有影响。在2005年春这次冷锋中,大别山区的存在影响大尺度天气系统下的雨量分布,并对迎风坡降水量有增幅作用。   分析大别山区地形对冷锋附近对流层中低层热力场、动力场的作用,及其对MCS降水分布和雨强的影响,可以对山区和冷锋共同影响的MCS的产生、发展和消亡有深入了解,对于业务中做好中小尺度天气过程的短时、临近预报有一定的指导意义。
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