论文部分内容阅读
江淮区域深受东亚季风系统影响,夏季强降水和对流频发,是我国主要的降水中心。由于独特的气候条件和复杂的下垫面特征,江淮地区降水分布非常不均匀,在大别山附近存在显著的强降水中心,其日变化呈现下午和清晨的双峰型降水特征。以往研究指出整个江淮降水的双峰值特征形成与大尺度过程包括不同尺度地形的山谷风环流、持续性降水事件和对流层低层的风场日变化有关,但对大别山局地地形和对流过程自身的影响机制探讨较少。本研究基于自动站降水资料、高分辨率雷达网、对流尺度高分辨率模式,以及国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“突发性强对流天气演变机理和监测预报技术研究”(OPACC)中外场观测试验期间获得的资料,研究局地地形和锋面对流过程自身在清晨降水形成中所起的作用。首先,利用自动站降水资料和高分辨率雷达组合反射率资料,分别对降水/对流活动的空间分布、月内经向传播和日变化在不同阶段的特征进行了全面的统计,揭示了江淮区域的降水和对流活动在季风背景下显著的阶段性差异:在梅雨前,江淮地区主要处于西风带的影响下,系统东传特征明显,传播范围广,持续时间长,出现跨天传播分量;而梅雨期,降水发生频率明显增加,日变化特征最为复杂,仍有部分传播特征,但范围和时间明显缩减,主要降水和对流活动发生在114°E以东,尤其是大别山和黄山地区,且在清晨(06-08时)和午后(15-17时)存在日变化大值,双峰值特征在这个阶段最为明显;到了梅雨后,东部平原地区的传播现象几乎完全消失,降水的局地特征变得明显,此时仅存在午后降水峰值。对流活动的月内传播和日变化特征与降水基本一致,对流活动对降水演变特征的形成具有重要贡献。其次,利用高分辨率(4 km)数值模式,模拟出梅雨期大别山地区强降水中心和日变化特征,揭示了局地中尺度地形和夜间边界层急流相互作用对清晨降水峰值形成的主要影响机制:由于边界层湍流的日变化,导致边界层风场平衡机制的转换,形成风速的惯性振荡和在夜间边界层风速迅速增加的现象。夜间边界层急流形成后,伴随着该阶段特有的低层暖湿气流在大别山的迎风坡抬升形成降水。最后,利用试验期间观测的大别山附近一次清晨对流系统个例,进一步探讨对流过程对大别山附近清晨降水形成的影响,分析表明,清晨对流主要发生在梅雨锋面雨带的南侧,并组织形成次锋面尺度的线状对流,锋面降水产生的冷池出流和南侧低空急流在此对流发生和维持中扮演关键角色。利用双多普勒雷达反演风场和四维变分雷达同化分析结果,加密观测对流快速发展期和成熟期,可以发现强垂直风切使得对流保持一定的倾斜度,从而避免了自身降水对低层上升运动的抑制;对流带长时间的降水冷却形成地面冷池出流,叠加北侧对流低层向南出流,遇上在梅雨锋雨带中尺度对流涡旋和夜间低空急流共同作用下形成的偏南气流,导致了中层有效的辐合上升,在温暖湿润的大气环境下,不断产生新的对流单体并入线状对流中,从而维持较长的生命期,形成清晨的持续降水。