华南前汛期持续性暴雨发生的大尺度环流背景及机理研究

摘要

由于华南前汛期(4-6月)降水对华南旱涝有重要影响，过往关于华南前汛期暴雨的研究又主要以个例分析为主，且多针对季风暴雨，故本文利用测站和再分析资料，通过资料分析和动力诊断，研究华南前汛期持续性暴雨发生的大尺度环流背景及其机理。本文不仅揭示了华南前汛期持续性暴雨的气候特征，而且还分别从南海夏季风爆发前和爆发后，详细分析了华南前汛期暴雨发生的大尺度环流背景及水热过程，并从湿位涡的角度探讨了华南前汛期持续性暴雨形成的物理机制，主要结论有：
　　 (1)1961-2005年期间华南前汛期持续性暴雨个例共有53例，季风爆发前华南持续性暴雨的强度可达到甚至超过季风爆发后的持续性暴雨的强度。季风爆发前暴雨频数与季风爆发后的区域持续性暴雨频数呈几乎相反的分布趋势，其中80年代季风爆发前持续性暴雨频数最大，季风爆发后频数最少；无论季风前还是季风后，广东省暴雨频数都比广西省多，且暴雨雨量较大，最大累积雨量站数较多。这种“东强西弱”的态势是华南前汛期暴雨的另一重要特征；季风爆发后广西省的持续性暴雨比季风前有明显增加，主要暴雨中心出现在广西中部偏北地区，中心雨量与广东省的较为接近。
　　 (2)季风爆发前后华南持续性暴雨发生的大尺度背景场各有不同，季风爆发前的持续性暴雨个例低层850hPa流场的主要系统为鞍型场，鞍型场中的暴雨个例占季风前暴雨总数的62％；季风爆发后冷空气势力明显减弱，华南持续性暴雨个例之低层850hPa流场的主要系统为华南低涡，华南低涡所造成的季风爆发后持续性暴雨占季风爆发后暴雨总数的80％以上。在对流层中层500hPa，季风爆发前中高纬槽脊分布以两槽一脊和两脊一槽型为主，而季风爆发后，两槽一脊型减少，而多波型槽脊分布增加。低纬地区季风爆发前后的区别则在于南支槽的活跃程度，季风爆发前，南支槽活跃，华南受到东移南支槽作用；而季风爆发后，南支槽活动减弱，华南上空高空槽和东亚大槽的作用增加。在200hPa高层，南亚高压是造成季风爆发前后华南上空高空辐散的重要系统，季风爆发前后的区别在于南亚高压的位置在季风爆发后北跳到青藏高压的南侧。
　　 (3)对鞍型场和华南低涡背景下的持续性暴雨各选一例进行分析发现，冷空气对应鞍型场下的持续性暴雨有重要的影响。季风爆发前，鞍型场在华南上空维持，有利于适量冷暖空气对峙的形势的维持，暴雨落区常位于鞍型场之西南暖湿不稳定区域，而鞍型场南压将导致更强冷空气南下，使得华南上空大气转为对流稳定，暴雨结束。季风爆发后，在华南低涡背景下的持续性暴雨过程中，冷空气较季风前弱，华南上空容易维持对流不稳定状态，暴雨落区常位于低涡东南侧与低空急流之间。
　　 (4)等熵面倾斜是季风爆发前鞍型场暴雨发生发展的重要机制。鞍型场背景下，华南低层为对流不稳定和湿对称不稳定，即MPV1<0，MPV2>0，满足等熵面倾斜的充分条件。暴雨开始时，等熵面发生倾斜导致华南上空垂直涡度迅速增加，上升运动加强，强烈的上升运动将低层暖湿水汽向上抬升，导致不稳定能量得以释放，暴雨发生。随着冷空气的不断入侵，华南低层大气从不稳定转为稳定(MPV1>0，MPV2<0)，等熵面从倾斜恢复到水平，暴雨结束。
　　 (5)在季风爆发之后华南低涡的暴雨过程中，华南低层大气虽然同样处于对流不稳定和湿对称不稳定的状态，满足等熵面倾斜的充分条件：MPV1<0、MPV2>0，但在暴雨过程中，等熵面并无发生明显倾斜，而是呈Ω型的分布。暴雨过程中华南低层和高层的正涡度通过涡度垂直输送项作用发生耦合，华南上空从低层到高层形成一向北倾斜的垂直涡度柱，使得华南低层的低涡得到发展和维持，高低层这种正涡度的耦合正是季风爆发后暴雨发生发展的机制。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 华南前汛期暴雨的研究意义

1.2 华南前汛期暴雨预报的科学问题及其研究现状

1.3 科学问题及研究内容

1.4 本文主要研究内容

1.5 主要使用的资料和方法

参考文献：

第2章 华南前汛期持续性暴雨的气候特征

2.1 绪论

2.2 华南前汛期降水的气候特征

2.3 华南区域持续性暴雨的定义

2.4 季风爆发前区域持续性暴雨时间变化特征

2.5 季风爆发后区域持续性暴雨时间变化特征

2.6 本章小结

参考文献：

第3章 季风爆发前华南前汛期持续性暴雨发生的大尺度环流背景及过程

3.1 绪论

3.2 季风爆发前华南前汛期持续性暴雨发生的环流背景及分型

3.2.1 850hPa环流系统分型

3.2.2 500hPa高度场分型

3.2.3 200hPa环流系统分型

3.2.4 水汽输送通量分型

3.3 鞍型场配置下华南前汛期持续性暴雨的过程分析

3.3.1 个例降水分布特征

3.3.2 个例高中低层环流特征

3.3.3 个例水汽输送通量分布特征

3.3.4 冷空气的作用

3.3.5 涡度、散度场的分布特征

3.4 季风爆发前鞍型场背景下华南持续性暴雨环流配置特征及概念模型

3.5 本章小结

参考文献：

第4章 季风爆发后华南前汛期持续性暴雨发生的大尺度环流背景及过程

4.1 绪论

4.2 季风爆发后华南前汛期持续性暴雨发生的环流背景及分型

4.2.1 850hPa环流系统分型

4.2.2 500hPa高度场分型

4.2.3 200hPa环流系统分型

4.2.4 水汽输送通量分型

4.3 华南低涡配置下华南前汛期持续性暴雨的过程分析

4.3.1 个例降水分布特征

4.3.2 个例高中低层环流特征

4.3.3 个例水汽输送通量分布特征

4.3.4 冷空气的作用

4.3.5 涡度、散度场的分布特征

4.4 季风爆发后华南低涡背景下华南持续性暴雨环流配置特征及概念模型

4.5 季风爆发前后华南前汛期持续性暴雨大尺度环流背景的比较

4.6 本章小结

参考文献：

第5章 华南前汛期持续性暴雨发生过程的动力学分析

5.1 绪论

5.2 湿位涡及其在华南暴雨发生的动力过程的诊断

5.2.1 涡度方程简介

5.2.2 湿位涡方程简介

5.2.3 等熵面倾斜理论：倾斜涡度发展(SVD)

5.3 鞍型场背景下华南持续性暴雨发生过程的机理分析

5.3.1 1961年4月22-24日暴雨过程涡度方程分析

5.3.2 1961年4月22-24日暴雨过程热力条件分析

5.3.3 1961年4月22-24日暴雨过程的湿位涡分析

5.3.4 季风爆发前鞍型场背景下华南持续性暴雨发生机制概念模型

5.4 华南低涡背景下华南持续性暴雨发生过程的机理分析

5.4.1 2005年6月20-23日暴雨过程涡度方程分析

5.4.2 2005年6月20-23日暴雨过程热力作用分析

5.4.3 2005年6月20-23日暴雨过程湿位涡分析

5.4.4 季风爆发后华南低涡背景下华南持续性暴雨发生机制概念模型

5.5 本章小结

参考文献：

第六章 总结和讨论

6.1 总结

6.2 讨论

致谢