一次梅雨锋暴雨中尺度对流系统的组织特征和发生发展机制分析

摘要

本文利用常规观测、地面加密自动站、FY2F卫星TBB资料、多普勒天气雷达以及NCEP/NCAR再分析资料以及WRF模式的模拟资料，对2015年6月26-28日发生在江淮流域的一次梅雨锋暴雨过程对流的触发、线状中尺度对流系统的组织方式、结构特征和发展机制进行了研究，得到以下结论:
　　(1)这次暴雨天气是不断南侵的弱冷空气与稳定偏北的副热带高压西北侧的暖湿空气在江淮流域持续交汇造成的。低空急流为暴雨输送水汽和能量，切变线和梅雨锋为对流的发展提供低层辐合上升条件。降水呈东西带状分布，小时降水呈现间歇性、多峰值特点，中尺度特征明显。
　　(2)暴雨过程是多个MCS发生发展的结果，线状MCS的发展有多种组织方式:发展初期为东西向短雨带以“后部建立型”和单体“列车效应”的方式发展;发展成熟期有2种尺度的组织化方式:一种是新生对流不断地在线状MCS的南端触发、发展，随后沿着短雨带向东北方向移动的单体的“列车效应”，另一种是东北—西南向的雨带沿着线状MCS向东移动的雨带的“列车效应”。
　　(3)低空急流为对流的发生和发展提供了充足的水汽和不稳定能量，偏南暖湿气流在向东北推进过程中，在风速辐合处被强迫抬升至自由对流高度，释放不稳定能量，触发对流，是暴雨关键区西南部对流持续发生发展的重要原因。
　　(4)MCS中心中层为深厚的中性层结、高低层为冷区和中层为暖区、中低层辐合和高层辐散、对流中心正负涡度相互配合、中层深厚垂直上升运动和低层较弱的下沉运动。中β-尺度强对流带内向南的偏冷下沉辐散气流与低层暖湿气流交汇是线对流“后部建立”发展的机制。
　　(5)地面冷池与环境垂直风切变相互作用是MCS组织发展的重要机制。水平涡度与垂直环流的形成密切相关，水平涡度造成的上升和下沉运动对降水的发生和深对流的发展起着重要的作用。水平涡度旋度与垂直运动密切相关，对降水预报和垂直速度诊断具有很好的指示作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的和意义

1．2 梅雨锋暴雨研究进展

1．2．1 梅雨锋降水特点和锋面性质的研究

1．2．2 梅雨锋暴雨天气尺度系统的研究

1．2．3 梅雨锋暴雨中尺度对流系统的研究

1．2．4 梅雨锋暴雨数值模拟的研究

1．3 主要研究内容、资料和方法

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 研究所用资料

1．3．3 研究所用方法

第二章 降水概况和暴雨发生的环境条件分析

2．1 降水概况及其特点

2．2 持续性暴雨发生的环流形势

2．2．1 对流层中高层影响系统

2．2．2 对流层低层影响系统

2．2．3 地面中尺度观测特征

2．3 水汽条件和不稳定条件

2．4 小结

第三章 中尺度对流系统的活动特征和组织方式分析

3．1 中尺度对流系统的活动特征

3．2 雷达回波的演变特征

3．2．1 线状中尺度对流系统的发展演变过程

3．2．2 “雨带’’和“单体’’的列车效应

3．2．3 雷达回波的垂直结构特征

3．3 小结

第四章 暴雨过程的数值模拟和检验

4．1．1 WRF中尺度模式的特点

4．1．2 WRF中尺度模式的程序结构

4．2 模拟方案设计

4．3 模拟结果与观测对比分析

4．3．1 降水的模拟

4．3．2 各层影响系统的模拟

4．3．3 雷达组合反射率的模拟

4．4 小结

第五章 中尺度对流系统的触发机制和结构特征

5．1 暴雨控制区西南侧对流的触发分析

5．1．1 水汽条件分析

5．1．2 大气层结稳定性分析

5．1．3 抬升条件分析

5．1．4 中β-尺度强对流带的“后部建立”机制

5．2 中尺度对流系统的结构特征

5．2．1 中尺度对流系统的热力结构

5．2．2 中尺度对流系统的动力结构

5．2．3 线状MCS的垂直结构

5．3 小结

第六章 线状中尺度对流系统的组织发展机制分析

6．1 风垂直切变特征

6．2 冷池和垂直风切变相互作用

6．3 近地面中尺度辐合系统

6．4 水平涡度与中尺度对流系统发生发展的关系

6．4．1 水平涡度的定义和计算

6．4．2 水平涡度和低空急流的关系

6．4．3 水平涡度和降水及中尺度对流系统的关系

6．4．4 水平涡度与垂直环流及垂直速度的关系

6．5 小结

第七章 结论与讨论

7．1 主要结论

7．2 讨论

参考文献

致谢

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