常规探空资料同化对重庆地区一次大暴雨过程的数值模拟研究

摘要

本文利用多种观测资料对2014年8月31日～9月2日重庆地区一次大暴雨过程进行天气学分析，在此基础之上利用WRF 3D-Var同化系统将常规探空资料同化进WRF模式的初始场中，对比分析同化探空观测资料对模式模拟的降水分布特征、中尺度系统结构、云微物理过程及挟卷作用的影响，最后利用同化后模式输出的高时空分辨率结果对此次暴雨过程的湿位涡特征进行诊断分析。得到以下主要结论： （1）天气学分析表明，此次暴雨是在对流层高层200 hPa南亚高压与高空急流造成的高层辐散、500 hPa大槽以及副高西移这种有利的大尺度环流背景下，对流层低层的西南涡、切变线和低空急流在重庆地区发生发展的结果；低涡切变线发展移动过程中α和β中尺度对流云团之间的相互作用是暴雨形成的主要原因。 （2）模拟结果对比表明，同化与未同化探空资料的模式均较好的模拟出了此次暴雨过程的大尺度环流特征及中尺度系统，同化探空资料后模式对降水的模拟结果尤其是暴雨以上量级的改进尤为明显。 （3）对比分析表明，与此次暴雨的发生密切相关的大尺度系统（南亚高压和副热带高压）、中尺度系统（低涡和急流）以及水汽输送的强度在同化探空资料后都得到了增强，这为中尺度对流系统的发展维持提供了更加有利的条件。模拟的中尺度系统具有低层辐合、高层辐散、正相对涡度发展旺盛并伴有强上升运动的垂直结构特征，强降水中心上空700 hPa虽为水汽通量散度辐合最强的地方，但非水汽通量的最大值区。同化探空资料后模式模拟的散度、涡度、水汽通量及水汽通量散度、垂直速度以及大气热力结构的强度和高度较未同化探空资料的模拟结果都得到不同程度的增强，这也是同化观测资料后模式的模拟结果较好的主要原因之一。 （4）云微物理过程和挟卷作用的分析结果表明，同化探空资料首先通过改进模式的大尺度场的质量，进而对模式中云微物理过程中的成云降水机制产生影响，提高对降水的模拟效果；同化常规探空资料后的模拟结果有效地减弱了积云发展过程中挟卷作用对降水带来的负面影响。 （5）湿位涡诊断分析表明，“正负区叠置”的MPV1垂直配置有利于暴雨的发生，降水主要出现在表征冷暖空气交汇的MPV1正负过渡带内；MPV2的垂直结构显示，对流不稳定和条件性对称不稳定之间的相互作用可能是导致此次暴雨的主要触发机制；MPV极值的异常增加与降水的发生有一定的对应关系；条件对称不稳定对强降水区域前两个阶段的降水起主要作用，对流性不稳定对强降水区域第三阶段（最强阶段）的降水起主要作用。

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