一次华南西部低涡切变上MCS大暴雨过程特征及机制研究

摘要

2007年6月12-13日，华南西部地区发生了一次由低涡切变系统上MCS引发的区域性大暴雨过程。本文利用常规观测资料、卫星云图、雷达回波反演资料、自动站降水量以及Ncep再分析资料，运用天气动力学的诊断分析和数值模拟的方法，对这次暴雨过程进行不同尺度分析研究。得到以下的主要结论： 1)这次特大暴雨过程是在高原东部高空槽经向度加大，迅速东移南压，中低层低涡沿切变线东移、低空西南急流建立以及地面浅薄冷空气活动等天气尺度系统相互作用的有利天气尺度条件下，触发中尺度对流系统的发展，造成暴雨。整个暴雨过程的地面降水量在时空分布上有明显的中尺度特征。大暴雨中心的水平尺度都小于200km，暴雨中心的持续时间约5-7小时，有典型的中β尺度特征。整个过程有多个中尺度雨团活动。 2)卫星云图和雷达回波的演变表明，特大暴雨主要是由MCS移入造成的。柳江特大暴雨中心由两个MCS云团产生的，沿海暴雨中心则由一个MCS发展引发的。降水主要出现在MCC(MCS)的中部冷云区内或云团边缘TBB梯度最大处。与MCS的生消过程对应，柳江暴雨区包含两次中尺度降水过程，第一次降水以热对流云团造成为主，第2次降水以低涡云系中激发的中β尺度对流系统所产生的特大暴雨为主；而沿海暴雨区是1次短时间持续性的中β中尺度对流系统强降水产生的。暴雨主要是由强回波带中不断发展旺盛的对流单体引起的，雷达VWP产品的演变证实强降水的产生伴随有低空急流的建立。2-3km高度上低空急流风速脉动增强了中尺度对流系统的发展。 3)动力和热力条件诊断分析表明：中尺度对流系统具有深厚的垂直环流结构，低层涡度柱在暴雨发生过程明显抬升，水汽辐合增强，锋区的动力强迫上升运动加强低层能量和水汽的往上输送，高层辐散气流增强，加强中尺度对流系统的发展。特大暴雨中心发生在高温高湿的高相当位温舌中，湿层厚度一般达到400hPa以上，暴雨区层结具有明显的位势不稳定。广西喇叭口地形对气流的抬升作用增强了锋面强迫的上升运动。 4)MCS的发展和维持是暴雨增幅主要原因，它与相对涡度的演变关系密切，低层正涡度的增加，有利于低层水汽、能量的辐合，并通过强烈上升运动往上输送，激发中尺度对流系统的发展。涡度收支方程诊断表明，水平散度项使低层辐合增加、高层辐散增强是低涡发展的主要贡献因子。水平平流项对低涡发展的作用是通过影响上升运动来实现的。水平散度项和平流项对低涡的发展和维持起了最主要的作用。 5)暴雨过程大气的热源主要是凝结潜热释放提供，大气的非绝热加热是低涡系统维持和发展的主要热力强迫因子。暴雨区为弱对流不稳定区域，大气的不稳定主要是由位势不稳定引起。 6)模拟结果表明，在暴雨增幅时段，低层的气旋性环流增强，有利于低层水汽的辐合。暴雨的增幅与垂直上升运动增强、低空辐合、高空辐散增强的正垂直环流机制有密切的关系。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1华南暴雨研究的背景及其意义

1.2国内外关于暴雨研究的现状与进展

1.3本文的研究目标

1.4本文的创新点

1.5本文的主要内容

第二章资料和研究方法

2.1使用的资料

2.2研究方法介绍

第三章2007年“6.13”暴雨过程概述和中尺度雨团特征

3.1暴雨过程概述

3.2暴雨过程总雨量分析

3.3地面降水时空分布的中尺度特征

3.4本章小结

第四章2007年“6.13”暴雨过程产生的天气尺度环流特征

4.1暴雨过程200hPa环流演变特征

4.2暴雨过程500hPa环流演变特征

4.3中低层低涡切变的演变特征

4.4地面锋面系统的演变特征

4.5本章小结

第五章MCS发展和云图、雷达回波演变特征

5.1 MCS发展演变的卫星云团特征

5.2 MCS发展演变的雷达回波特征

5.3本章小结

第六章MCS发展的动力和热力环境条件特征

6.1水汽输送和动力条件

6.2热力条件

6.3地形作用

6.4本章小结

第七章引发暴雨的MCS发展和维持机制分析

7.1 MCS发展过程中低层涡度场演变特征

7.2 MCS发展的涡度收支特征分析

7.3 MCS发展的非绝热加热特征分析

7.4暴雨区大气不稳定建立和维持机制

7.5本章小结

第八章数值模拟结果初步分析

8.1数值模式设计方案

8.2模式结果分析

8.3本章小结

第九章结论

参考文献

附录：攻读硕士学位期间完成的论文(第一作者)：

致谢