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2010年6月14~15日福建暴雨背景诊断分析和数值模拟

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文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 国内外关于暴雨研究的现状与进展

1.2 研究的目的和意义

1.3 本文主要研究内容

参考文献

附图

第二章 暴雨过程概述

2.1 14日08时-15日08时降水过程概况

2.2 15日08时-16日08时降水过程概况

2.3 短时强降水概况

2.4 灾情

附图

第三章 大尺环流背景形势的演变特征

3.1 大尺度环流背景

3.2 高低空系统的动态情况

3.2.1 14日系统演变情况

3.2.2 15日系统演变情况

3.3 持续性暴雨天气的平均环流特征

3.3.1 资料说明

3.3.2 500HPA平均特征

3.3.3 850HPA平均特征

3.4 小结

参考文献

附图

第四章 不稳定触发机制分析

4.1 高湿高能为强降水提供了能量

4.1.1 CAPE值在强降水中的指示意义

4.1.2 位势层结不稳定分析

4.2 冷空气对暴雨的触发作用

4.2.1 冷平流的作用

4.2.2 强斜压作用促使对流发展

4.3 动力诊断分析

4.3.1 强的垂直上升运动分析

4.3.2 高空辐散和低空辐合作用

4.3.3 高空冷涡的发展

4.4 风场扰动的触发作用

4.5 暴雨区的水汽输送特征和源地分析

4.5.1 暴雨区水汽通量散度水平空间分布特征

4.5.2 暴雨区水汽通量散度垂直空间分布特征

4.6 垂直环流分析

4.7 强降水过程中各物理量的演变特征

4.8 本章小结

参考文献

附图

第五章 湿位涡诊断分析

5.1 “碧利斯”引发大暴雨天气过程概况

5.1.1 热带风暴“碧利斯”的概况

5.1.2 天气实况

5.1.3 天气形势概况

5.2 资料和计算方法

5.3 湿位涡MPV与台风暴雨落区的相关性

5.3.1 台风暴雨湿位涡MPV分布的时空分布特征

5.3.2 台风暴雨湿位涡(MPV)的垂直结构

5.4 台风暴雨湿位涡的正压项(MPV1)和斜压项(MPV2)对湿位涡(MPV)的贡献

5.5 湿位涡MPV与梅雨锋暴雨强降水的的落区的相关性

5.5.1 暴雨湿位涡MPV分布的时空分布特征

5.5.2 暴雨湿位涡(MPV)的垂直结构

5.6 暴雨湿位涡的正压项(MPV1)和斜压项(MPV2)对湿位涡(MPV)的贡献

5.7 小结

参考文献

附图

第六章 中尺度数值模拟的检验分析

6.1 数值试验设计方案

6.2 模拟结果检验

6.2.1 降水量的检验

6.2.2 形势场的检验

6.3 冷空气触发强降水的细致结构

6.4 强降水区对应的各层物理量情况

6.4.1 垂直速度分析

6.4.2 涡度分析

6.4.3 散度分析

6.5 小结

附图

第七章 结论与讨论

(一)大尺度概念模型

(二)物理量诊断情况

(三)模式检验情况

(四)本文创新之处

(五)存在的问题和展望

致谢

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摘要

有关梅雨锋中尺度对流系统的研究许多学者已经做了很多,并形成了一定的理论。本文的研究目的就是通过研究发生在福建省梅雨过程个例,从物理量角度入手,得到一些梅雨锋暴雨发生发展的规律性认识,找到一些降水系统的演变规律及物理机制,提高对梅雨锋暴雨的认识,从而有利于做好实际业务预报和研究工作,这对于福建闽江致洪暴雨的机理研究很有必要。2010年6月13日到27日,福建省经历一次持续性梅雨锋强降雨的袭击,过程持续时间长、强度大,为历史少见。本文主要针对第一次时段(6月14—15日),闽中北和闽西地区的大暴雨为例,综合分析与大暴雨相联系的环流背景和中尺度对流系统特征及物理量分布特点,从而探讨此次大暴雨发生发展的可能触发机制。
   首先总结出此次大暴雨过程的大尺度背景概念模型,暴雨产生在副热带高压的北侧边缘和低空切变的南侧暖区内。暴雨产生时副高脊线维持在22°N附近,500hPa中高纬为一脊一槽形势,低层850hPa的流场特征是来自孟湾、南海的暖湿气流和东路冷空气三股气流的辐合。
   其次针对大暴雨系统的发生发展过程中物理量的诊断分析表明:东路冷平流从中高层持续渗透和低空急流的发展激发了对流层中低层对流的产生和发展,致使大气层结非常不稳定,强对流发生在△θse负值中心、θse能量锋区和高CAPE值区的附近。此次过程是高空冷涡的发展带动低空低涡的发展,触发强对流的发生。在日常的强降水预报中,预报员只能通过风场和流场初步判定急流未来是增加还是减弱,这种判定具有一定的局限性,不了解急流何时出现扰动的情况。正是急流的扰动何时发生对暴雨的发生和发展至关重要。本文为了更好的研究风场扰动对强暴雨过程的触发作用,计算了一定区域内的u,v扰动量(u-(u),v-(v)),并将其合成。通过急流合成扰动的分析得到,对流层项的西北风扰动和强对流风暴顶的辐散作用加强了垂直运动的发展。而在对流层中低层强的西南风扰动促使大气垂直不稳定性增强,并且由于低空急流的发展,大量的暖湿气流由于强烈的上升伴随着高空的辐散及云体周围的下沉,促使强降水的发生发展。通过分析风场扰动的分布情况,可以判定强降水发生的时间和落区,这将有助于强降水落区的预报。经向垂直环流剖面分析表明,高低空急流及其耦合产生的次级环流的建立有利于对流层低层辐合高层辐散。对流层中层存在下沉气流,多支气流在暴雨区上空交汇,造成强对流发生。700hPa和850hPa层次上的湿位涡负值中心和强降水区域均有较好的对应关系,湿位涡负值中心的大小可以反映降水强度。通过分析发现湿位涡和强降水的发生、发展及系统的移动具有一定的相关性,还进一步表明湿对称、对流和斜压不稳定均对强降水系统的发生、发展起着重要作用。
   最后利用WRF非静力中尺度数值模式对此次暴雨过程进行数值模拟,通过对暴雨过程中低层的环境背景、降水总体分布随时间演变的趋势以及冷空气触发降水的细致结构和物理量的演变情况分析表明:WRF非静力中尺度模式对本次大暴雨过程环流背景、大暴雨降水总体分布随时间演变的趋势,具有一定合理性。冷空气从对流层中层入侵,低空运动所携带的低层暖湿空气遇到中高空的干冷空气相作用,湿不稳定能量得以释放,促使位势不稳定层结和对流不稳定的发展,对暖区暴雨有触发作用。强降水时刻对应低空暖湿气流增强和高空θse的348K等值线上下打通的漏斗状分布。模拟出来的垂直上升运动在低空到200hPa附近出现了上升-下沉交替运动。低层正涡度突然增大,高层负涡度突然增大的时刻对应强降水时刻。

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