“0604”河南省沙尘天气的诊断分析及数值模拟

摘要

本文采用NCEP全球谱模式和常规地面高空观测资料，对2006年4月11～13日发生在河南省的一次沙尘天气过程的天气气候背景及物理量场进行了诊断分析。分析发现，2006年4月11～13日河南省沙尘天气过程是在前期干旱少雨的气候背景下受强冷空气和蒙古气旋影响造成的。通过对温度平流的分析发现，强冷平流一方面与暖平流共同作用促进蒙古气旋的发展，另一方面使低槽、冷锋东移南压，造成河南省这次大风、沙尘、寒潮天气过程；通过对大气层结状态的分析发现，这次沙尘天气爆发时，大气层结表现为不稳定状态，但在过程的最强时段，大气层结却表现为稳定状态；通过对螺旋度的分析发现，沙尘天气上空螺旋度垂直分布高层负值、低层正值，螺旋度正值演变与沙尘天气的出现有一定的对应关系，对流层中下层螺旋度最大正值和400～500hPa螺旋度最大正值和最强沙尘天气发生的时间基本一致；通过对次级环流的分析发现，在次级环流直接环流北分支的下沉运动有利于高空急流动量下传，促进对流层中低层风力加大，冷锋南压，触发不稳定层结大气，驱动沙尘天气的发生。 采用NCEP全球谱模式资料，运用中尺度数值模式MM5对这次过程进行了数值模拟及诊断分析，结果表明：粗网格模式与细网格模式均较好地模拟出了这次过程中锋区及地面冷高压的发生发展。用模式输出的粗网格动力协调资料对这次沙尘天气过程进行了诊断分析，分析发现，这次过程中存在着明显的干空气侵入现象，干空气侵入在这次过程中起着非常重要的作用。一方面，高位涡、低湿空气沿等相当位温密集带向南向下滑，在对流层中低层分裂出小的位涡扰动，引起低层温度扰动，高、低层位涡和温度扰动，以及它们诱发的环流共用作用，便造成了气旋的发生和发展。另一方面，干侵入引发低层温度扰动，造成强冷平流南下，使低槽东移、冷锋南压触发不稳定天气，同时配合低层辐合高层辐散叠置的流场，从而引起河南省这次沙尘、大风、寒潮天气过程。同时发现，在本次沙尘天气过程中，因高空急流风速减小引起的动量下传是地面产生大风及沙尘的动力因素。最后对这次沙尘天气过程进行了地形敏感试验，探讨了黄土高原地形对这次沙尘天气的贡献。 通过对这次沙尘天气的热力、动力过程进行分析研究，初步揭示了河南省这次沙尘天气过程中中尺度系统的发生、发展和结构演变特征，从而进一步加深对河南省沙尘天气机理的认识，为防灾减灾提供科学的理论依据。

目录

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摘要

前言

1目的和意义

2国内外研究现状、进展及存在的问题

3研究的技术思路

第一章沙尘过程天气气候背景及物理量诊断分析

1.1过程概况

1.2气候背景

1.3天气背景

1.3.1冷空气的聚积

1.3.2冷空气的爆发

1.3.3冷空气的结束

1.4温度平流分析

1.5大气层结状态分析

1.6涡度场、散度场、垂直速度分析

1.6.1涡度

1.6.2散度

1.6.3垂直速度

1.7螺旋度分析

第二章锋面次级环流分析

2.1次级环流的基本理论

2.2这次过程次级环流分析

第三章数值模拟与分析

3.1MM5模式介绍

3.1.1基本方程组

3.1.2模式物理过程参数化方案

3.1.3模式主要模块

3.1.4模拟系统主要特点

3.2本次过程方案选取

3.3模拟结果与实况对比分析

3.3.1 500hPa高度场和锋区对比分析

3.3.2 850hPa高度场和锋区对比分析

3.3.3地面冷高压对比分析

3.4干空气侵入分析

3.4.1干侵入的基本概念概念及物理量表示

3.4.2干空气侵入特征分析

3.4.3干空气侵入对中低层气旋的影响

3.4.4干空气侵入对温度场、温度平流场的影响

3.4.5干空气侵入对散度场的影响

3.5高低空急流的演变

第四章地形敏感试验

4.1效果检验方法

4.2效果检验方法

4.3敏感试验与结果分析

4.3.1高度场情况

4.3.2温度场情况

4.3.3气压场情况

4.3.4 U、V分量场情况

第五章全文结论与讨论

参考文献

致谢

附图一

附图二