一次暖区暴雨形成机制的数值试验与诊断分析

摘要

华南地形复杂多变,局地强对流天气频繁发生又难以预报。要准确模拟华南地区的降水情况必须考虑地形的影响。本文利用NCEP／NCAR全球客观分析资料,云顶亮温TBB资料以及中尺度模式WRFV3.1.1,对发生在2008年6月5日～7日的华南暖区暴雨过程进行了数值模拟及诊断研究。
　　 分析发现,850hPa低层低涡的形成和维持、200hPa高空急流右后方的辐散场,500hPa副热带高压西北侧的西南气流以及高原槽的东移为本次特大暴雨产生提供了天气尺度、次天气尺度的背景场。此外,来自南海的水汽为暴雨的发生提供了充足的水汽条件。
　　 由于本次暴雨过程发生在云雾山的东南侧,为了了解地形对本次暴雨的影响,设计了一个考虑地形重力波拖曳(GWDO)参数化方案的敏感性试验和未考虑此方案的控制试验对该次暴雨过程进行模拟,通过与实况对比分析后,得出:模式中考虑了GWDO参数化方案的敏感性试验较好地模拟出了广东阳江地区强降水的中心和强度,再现了暴雨过程中大尺度环流形势及其演变状况,成功地复制了中尺度低涡的位置及移向,而未考虑此方案的控制试验没能模拟出此次暴雨,其在中心位置和降水强度方面都与实况差别较大；GWDO参数化方案的引入有效地减少了由地形引起的对流层中层纬向风的偏差,比较合理地模拟出了地形对气流的影响；分析得出地形引起的重力波为本次暴雨提供了中尺度的触发机制,地形重力波的拖曳作用是导致暴雨在阳江附近停滞少动的主要因为。
　　 由地形敏感性试验得出,云雾山地形在降低和按比例缩小后,降水强度都较控制试验大大较弱,降水的中心位置都出现了北移；地形按比例升高后,雨带呈椭圆形分布,降水中心为270mm,但还是较控制试验弱,降水落区与实况较为接近。另外云雾山地形的改变对强降水期间中-γ背风坡低涡的生成与位置有重要影响。
　　 利用WRF模式输出的高分辨率数据,采用HYSPLITv4.9气流三维轨迹模式追踪暴雨中心高低层气流运动轨迹,发现此次暴雨过程中没有偏北冷空气的影响,暖湿气流主要来自于南海。高层辐散先于低层辐合出现,南亚高压的高层辐散可能是本次暴雨过程的一个诱发因为。从对流涡度矢量垂直分量的发展演变和地面降水的关系来看,对流涡度矢量垂直分量在时间和空间上与地面降水分布具有较好的对应关系,对流涡度矢量垂直分量对示踪暴雨系统的发生发展有一定的指示作用。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 华南暴雨主要研究进展

1.2.1 华南暴雨发生的大尺度环流形势及主要天气系统研究

1.2.2 产生暴雨的中尺度对流系统研究

1.2.3 地形对华南暴雨影响研究

1.3 地形重力波拖曳参数化方案研究

1.4 本文的研究内容、资料及方法

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究资料

1.4.3 研究方法

第二章 降水概况及暴雨发生环境分析

2.1 降水概况

2.2 天气形势分析

2.3 卫星云图分析

2.4 水汽条件和不稳定条件分析

2.5 地形重力波产生条件分析

2.6 小结

第三章 模式方案设计及模拟结果对比分析

3.1 WRF中尺度模式简介

3.1.1 WRF中尺度模式的特点

3.1.2 WRF模式系统组成和基本程序结构

3.2 WRF模式的基本方程组

3.2.1 通量形式的欧拉方程

3.2.2 湿欧拉方程

3.3 GWDO参数化方案简介与模式方案设计

3.3.1 GWDO参数化方案简介

3.3.2 模式方案设计

3.4 降水模拟结果与实况对比分析

3.4.1 降水结果模拟

3.4.2 小结

第四章 GWDO参数化方案对模拟效果影响的分析

4.1 GWDO参数化方案对模拟效果的影响

4.1.1 环流形势对比分析

4.1.2 纬向风(U)与经向风(V)的分析

4.2 模拟效果改善原因的分析

4.2.1 涡度场分析

4.2.2 地形重力波拖曳作用

4.3 GWDO参数化方案在山区暴雨模拟的应用分析

4.3.1 2008年6月20-21日大别山地区暴雨过程应用分析

4.3.2 2008年6月11-13广西大暴雨过程应用分析

4.4 小结

第五章 暖区暴雨形成机制分析

5.1 暴雨的环流结构与高低空配置分析

5.2 低空急流上的中尺度风速扰动

5.3 对流涡度矢量与暴雨演变分析

5.3.1 对流涡度矢量的定义与计算

5.3.2 相当位温分析

5.3.3 对流涡度矢量垂直分量的分布和演变

5.4 对流有效位能分析

5.5 云雾山地形对降水的影响分析

5.5.1 降水的对比分析

5.5.2 环流形势对比分析

5.5.3 散度场对比分析

5.6 小结

第六章 主要结论和工作展望

6.1 本文得出的主要结论

6.2 今后的工作展望

致谢

参考文献

论文附图