“05·6”华南暴雨形成机理与中尺度对流系统研究

摘要

本文采用NCEP/NCAR每天4个时次1°×1°再分析资料以及近几年来随着“973”计划实施和推进过程中所获得的大量新型观测资料：3小时一次地面加密观测资料、1小时自动站加密观测资料、逐时FY-2C卫星云图和0.05°×0.05°分辨率云顶亮温TBB资料、风廓线仪资料、多普勒雷达资料以及逐时闪电定位仪资料、6小时一次云迹风资料、逐时分辨率为0.5°×0.5°射出长波辐射(OLR)资料等，对“05.6”华南持续性暴雨过程的环境场条件及其演变特征进行分析，探讨中低纬度多尺度天气系统的相互作用对暴雨过程的影响。同时通过对“05.6”华南静止锋特殊的天气学特征、动力和热力结构以及形成机制的分析，研究暴雨长时间维持的原因。在上述工作基础上，利用丰富的高时空分辨率资料特别是新型遥感观测资料对暴雨过程进行中尺度综合分析和模拟，力图揭示出中尺度系统更多更细致的信息，特别是中β尺度系统的细微结构特征。最后，通过对华南、江淮和华北地区三个典型个例MCS发生发展条件和结构特征的研究，探讨了我国东部地区MCS的多样性特征。主要结论有： 1.“05.6”暴雨期间，南海副热带季风在华南沿海一带活动，赤道辐合带异常偏弱。辐合区主要位于江南南部和华南，其上空存在一条近似东西向的强对流活动OLR低值带。副热带高压呈带状分布，强度发展强，且脊线位置稳定在16°N附近。6月25日后由于副高明显西伸北抬，导致雨带北跳到华北黄淮地区，华南暴雨过程结束。 2.对流层中层正涡度的长时间维持，显示西风带系统对“05.6”华南暴雨过程的影响。过程开始前700hPa上中纬度南下冷空气的活动对暴雨过程有重要作用；在暴雨过程期间，冷空气活动仅存在于850hPa高度以下，行星边界层内的冷空气侵袭可能是华南暴雨的重要特征。高空副热带急流东移南压，有利于高低空急流的不断靠近和叠置；高低空急流耦合的“正反馈机制”是华南地区出现长时间暴雨的重要原因之一。 3.“05.6”华南静止锋在对流层低层表现为弱偏东或偏北的“凉”气流与强盛的西南暖湿气流在武夷山—南岭一带形成的气旋式切变线。它主要表现为位于700hPa以下浅薄的弱θse锋区，呈相当正压垂直结构。静止锋两侧南北风对吹，但静止锋北侧的北风十分微弱，而南侧为强盛的偏南风。与静止锋相联系，存在一支横越LLJ的经向垂直环流，静止锋区处于该垂直环流的上升支。高层辐散明显强于低层辐合可能是华南静止锋的主要特征之一。 4.对大尺度水汽输送特征的计算表明，“05.6”过程主要为来自南海的副热带季风气流的水汽输送，水汽辐合区主要位于行星边界层内。水汽通量净收支表现为横向(南北方向)的净流入，东西向则为净流出。 5.水平风速的辐合变形是静止锋形成的主要原因之一；垂直切变产生的锋生作用与水平锋生作用要小约一个量级；非绝热加热项对锋生的贡献主要表现在对流层中层。另外，非地转的强迫效应对静止锋的生成和维持也起着重要作用。 6.中尺度对流云团的源地集中在广西中部大明山和大瑶山之间的开口地带、福建西北部山区和广东莲花山支脉、九连山和罗浮山之间的谷地开口处，雨团的发生发展与中尺度对流系统的活动有密切关系。 7.雷达图像的分析显示，发生在广西中部、广东中部和福建西北部的三个强暴雨中心是强对流云回波降水所致，对流回波区和径向速度场所反映的中尺度辐合区与中尺度对流系统的演变有密切的关系。强降水期间，近地面层伴有气压降低，南风加大，空气湿度增加等现象的发生。 8.模拟结果表明，粤桂闽强暴雨中心的MCS有其自身不同的发生背景和结构特点，广西和福建上空MCS发生在准静止锋区的南侧低层辐合最大处，但LLJ左侧高θse通道却是广东暖区MCS的产生源地。暖区MCS主要表现为中尺度偏南风的风速辐合线，低空急流扰动及其左侧中尺度非地转强迫可能是其主要的触发机制。而静止锋上的MCS多与地面涡旋或辐合中心相对应。 9.中尺度对流系统发生发展过程中，大气低层为弱的静力不稳定环境，同时，湿对称不稳定或对流不稳定可能是华南MCS形成条件之一；模拟结果证实，对流层中层中尺度正涡度扰动与华南MCS的发生发展有密切关系，低空急流上的中尺度风速扰动或对流层上层中尺度辐散中心对MCS也有一定的触发作用。 10.对华南、江淮和华北地区三个典型个例MCS强降水过程的研究表明，我国东部夏季中尺度对流系统暴雨过程具有多样性，业务预报中要考虑各种可能性。不同地区MCS在环境场条件、对流伸展高度、结构特征和触发机制等方面既具有一般性的共同特点，又表现出各自不同的特性。

目录

文摘

英文文摘

第一章前言

第二章雨情、水情和灾情

第三章中低纬系统活动特征及相互作用

§3.1南海季风和越赤道气流特征分析

§3.2副热带高压的位置与强度

§3.3热带辐合区对流特征分析

§3.4中纬度冷空气活动的影响

§3.5高低空急流的配置

§3.6小结与讨论

第四章华南静止锋的结构特征与形成机制

§4.1“05.6”华南静止锋的结构特征

§4.2“05.6”华南静止锋的天气学特征

§4.2.1环境流场基本特征

§4.2.2大尺度水汽输送特征

§4.2.3静止锋云系特征

§4.3静止锋的形成机制

§4.4小结与讨论

第五章“05.6”华南暴雨中尺度分析

§5.1降水过程实况

§5.2中尺度强暴雨的环境场条件

§5.3广西暴雨中尺度分析

§5.4广东暖区暴雨中尺度分析

§5.4.1地面降水中尺度特征

§5.4.2中尺度对流云团活动特征

§5.4.3多普勒雷达回波特征

§5.4.4加密资料所揭示的地面要素变化特征

§5.5福建北部锋面暴雨中尺度分析

§5.6小结与讨论

参考文献

第六章中尺度对流系统的模拟研究

§6.1模拟方案简介

§6.2模拟结果分析

§6.3中尺度对流系统三维流场分析

§6.4中尺度对流系统的成因分析

§6.5小结与结论

第七章我国东部MCS的多样性讨论

§7.1“0374”南京特大暴雨中尺度对流系统分析

§7.1.1降水过程及MαCS发生的天气背景

§7.1.2加密观测资料分析

§7.1.3中尺度对流系统的发生发展

§7.1.4数值模拟

§7.1.5中尺度对流系统的结构特征

§7.1.6中尺度对流系统的成因分析

§7.2 2004年北京“7.10”暴雨中β尺度对流系统分析

§7.3华南、江淮和华北地区MCS的多样性特征

§7.4小结和讨论

参考文献

第八章结论与讨论

致谢