干侵入对一次东北冷涡暴雨发生发展作用的研究

摘要

本文利用NCEP/NCAR1°×1°再分析资料，FY-2C卫星资料及常规气象观测资料，对2006年7月20-24日发生在我国东北地区的冷涡暴雨过程进行分析，将干侵入问题与东北冷涡暴雨的发生发展联系起来，揭示干侵入对东北冷涡暴雨发生发展的作用机制，为东北冷涡暴雨的预报提供理论依据。论文主要包括四部分内容：
　　 首先，对东北冷涡暴雨个例进行初步探讨，主要分析其产生的天气背景、降水特征、发生发展过程以及垂直结构变化。指出：此次东北冷涡过程在21日12UTC前后经历了一次明显的生消变化，即形成于黑龙江省西部旧冷涡的消亡和黑龙江省北部一个新冷涡的生成。为此，这里将整个冷涡过程分为两个部分，即19日12UTC-21日12UTC出现的冷涡称为旧冷涡，21日12UTC-24日12UTC出现的冷涡称为新冷涡。
　　 其次，对此次东北冷涡暴雨过程中干侵入作用进行了较为详细的诊断分析，说明了干侵入的分布演变特征，揭示了干侵入对东北冷涡暴雨的影响过程及作用、干侵入与强降水的配置关系。结果表明，此次东北冷涡暴雨过程中干侵入特征明显。等熵面上各物理量场的演变较好地反映出冷涡过程中干侵入的活动特征及其对冷涡的作用。若用高位涡和低湿的重叠区表示干侵入区，降水落区主要位于干侵入逆时针上翘点的前部，也即是降水分布于干侵入区前沿且对应于湿度场上的高湿区内。
　　 另外，利用中尺度WRF模式对此次东北冷涡暴雨过程进行了数值模拟，并进行温度和风场敏感性试验，进一步揭示了干侵入对东北冷涡暴雨的影响。控制试验结果与实况比较一致，能够大致反应出东北冷涡的基本特征，可用其作为与敏感性试验对比分析的基础。温度敏感性试验与控制试验结果对比分析表明，由于冷空气的增强，促使冷涡中心上空干区内的相对湿度减小、涡度增大。同时，冷涡中心西侧的北风增强，从而促进冷涡的发生发展，降水也随之增大。而暖空气的加入，情况刚好相反。对风场敏感性试验与控制试验结果对比分析表明，干侵入气流的增强，可使侵入的空气变得更加干冷，有利冷涡加强发展，降水增幅。
　　 最后，通过对干侵入强度指数方程及位涡变化方程中各项进行对比分析，说明方程中各项作用以及对东北冷涡发生发展的贡献，揭示干侵入对冷涡暴雨的机理。由于干冷空气的侵入，在冷涡上空出现“上干冷、下暖湿”的对流不稳定层结，为冷涡的增强创造了有利的条件。干侵入强度指数大值区位于对流层高层，且冷涡强度随干侵入强度的增强而增强。同时，冷平流作用不可忽视，其对干侵入强度指数的变化起主要作用。高空急流入口区北侧产生的下沉运动对对流层高层的低湿、高位涡的干冷空气起到了动力下传的作用。由位涡收支水平分布可知，在低层东北冷涡的发展过程中，非绝热加热率、水平平流位涡趋势以及非平流的位涡趋势对低层位涡的增强做正的贡献，有利于低层冷涡的发展。而垂直平流位涡趋势刚好相反。对位涡收支的垂直分布分析表明，水平平流位涡主要是在对流层低层和高层对位涡发展有正的贡献；而垂直平流位涡是在中层使位涡增强；非平流引起的位涡变化主要是在低层；由平流和非平流引起的总位涡趋势增大，促使冷涡加强发展。
　　 论文结尾提出了干侵入对东北冷涡暴雨作用中存在的问题和对未来工作的展望。干侵入在东北冷涡暴雨发生发展中的作用问题，还有待对更多的个例进行研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2东北冷涡及其引发的暴雨研究进展

1.3干侵入对天气系统影响的研究现状

1.4本论文研究目的及内容

1.5选用资料和方法

1.6本论文的创新之处

第二章东北冷涡暴雨过程的天气背景及降水特征

2.1引言

2.2降水概况

2.3环流背景及天气系统分析

2.4东北冷涡的发展演变特征

2.4.1发展演变特征

2.4.2垂直结构特征

2.5水汽条件分析

2.6小结

第三章干侵入对东北冷涡暴雨的作用

3.1引言

3.2干侵入的特征分析

3.2.1干侵入演变

3.2.2干侵入特征

3.3干侵入对东北冷涡暴雨的作用

3.3.1等熵位涡及气压、风场间的配置和演变

3.3.2等熵面上相对湿度、位势高度和风场分布

3.3.3等熵坐标中各物理量的垂直结构

3.4干侵入与强降水的配置关系

3.5小结

第四章东北冷涡暴雨过程的数值模拟

4.1引言

4.2 WRF中尺度模式简介

4.3数值模拟方案设计

4.3.1控制试验方案

4.3.2敏感性试验方案

4.4控制试验模拟结果与实况对比分析

4.4.1降水模拟结果

4.4.2位势高度场和温度场的模拟结果

4.4.3位涡和湿度场的模拟结果

4.5冷空气及干侵入气流强度变化对冷涡暴雨的影响

4.5.1冷暖空气敏感性试验

4.5.2风场敏感性试验

4.6小结

第五章干侵入对东北冷涡暴雨的机理

5.1引言

5.2干侵入对东北冷涡暴雨的机制分析

5.2.1干侵入热力机制

5.2.2干侵入动力机制

5.3干侵入强度指数(DII)

5.3.1影响干侵入强度变化因子

5.3.2 DII方程各项分析

5.4东北冷涡过程的位涡收支

5.4.1影响位涡变化的因子

5.4.2位涡变化方程各项对冷涡发展的贡献

5.5小结

第六章结论与讨论

6.1主要结论

6.2问题与展望

参考文献

致谢

论文附图