一次华南暖区暴雨的β中尺度结构及其形成机理的研究

摘要

本文利用ARW-WRF模式对2014年5月22-23日发生在广东省中部地区的一次华南暖区暴雨过程进行了数值模拟并对其中-β尺度对流结构进行了诊断分析。实况与模拟结果均发现本次暴雨过程是由三阶段列车效应构成。第一阶段，暴雨区900hPa出现明显增暖并引发浅薄稳定层，导致低层重力波出现。重力波触发多个对流单体形成并组织成对流线，单体之间相对独立并依次经过暴雨中心，向东北方向移动，形成列车效应;第二阶段，当暴雨区冷的外流形成后，在雨区的西南和西北侧均不断激发出新的对流单体并逐渐向东北方向的雨区合并，形成新的列车效应;第三阶段，在雨区上空对流层中层风向由西南风转为西或西北风，多条雨带向东南方向移动，且移过最强降水中心，出现了第三次列车效应。
　　利用合成分析方法，对模拟结果中引发第一阶段列车效应的多个对流单体的演变过程及结构特征进行分析，其演变过程包括以下三个阶段:(1)触发阶段，低层等相当位温面受暴雨区低层暖湿上升气流的影响开始向上凸起形成暖包及弱的垂直对流云塔;(2)发展阶段，暖包持续上凸形成暖空气柱，对流云塔也随之向上发展增强;(3)成熟阶段，暖空气柱开始与高空稳定层相连通;对流云塔随高度向偏西方向弯曲倾斜，对流单体则在700hPa平面上表现为“月牙状回波”。单体热力结构特征表现为其内部温度高于外界环境温度;而动力结构场则表现为垂直上升运动强烈，中层偏北风和偏西风大值中心分别与单体内部暖湿中心以及暖气柱南侧偏冷中心相对应。
　　进一步分析发现“月牙状”对流单体的形成与水平涡度有关。单体内部暖气柱向上伸展会引发500hPa暖泡中心及其西侧水平涡度随时间分别表现出明显的气旋式和反气旋式切变增强趋势，不仅引起单体回波形态由最初的近圆形逐渐演变为近月牙状，还使得多单体构成的对流线呈现向其西北方向发展的趋势。此外，对流单体的动力结构特征也与水平涡度存在密切联系。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的和意义

1．2 中小尺度对流系统对暖区暴雨的影响

1．2．1 MCC和MCS对暖区暴雨的影响

1．2．2 对流单体和对流线对暖区暴雨的影响

1．3 重力波对暴雨和对流系统的影响

1．4 列车效应对暴雨的影响及其维持机制

1．4．1 列车效应对暴雨的影响

1．4．2 列车效应的触发与维持机制

1．5 暴雨过程中对流单体的结构演变特征

1．6 水平涡度对对流系统的影响

1．7 本文研究内容、资料和方法

1．7．1 本文研究内容和方法

1．7．2 本文所用资料

第二章 降水过程及环境背景场分析

2．1 降水过程概况

2．2 实况雷达回波分析

2．3 高低层影响系统分析

2．4 水汽条件分析分析

2．5 小结

第三章 模式方案设计及模拟结果对比

3．1 WRF中尺度数值模式简介

3．2 模式方案设计

3．3 模拟与实况结果对比

3．3．1 降水强度、落区和变化趋势对比

3．3．2 降水雷达回波对比

3．3．3 大尺度环流背景对比

3．4 小结

第四章 三种形式列车效应及其触发机制

4．1 暴雨过程中的列车效应

4．2 第一阶段列车效应与重力波的关系

4．2．1 对流线的形成

4．2．2 重力波的特征及产生条件

4．3 对流单体的后向及西北侧新生

4．4 雨带向东南移动的机制分析

4．5 小结

第五章 暴雨中对流单体的结构特征及其合成分析

5．1 对流线上对流单体的演变过程

5．2 对流单体的热力及动力结构分析

5．3 对流单体云微物理结构分析

5．4 小结

第六章 对流单体结构特征与水平涡度的关系

6．1 水平涡度与对流单体及对流线发展的关系

6．1．1 水平涡度与垂直运动的关系

6．1．2 对流单体发展与水平涡度的关系

6．1．3 对流线发展与水平涡度的关系

6．2 单体热力与动力结构间的相互作用分析

6．3 小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 问题与展望

致谢

参考文献

作者简介