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登陆台风Matmo(2014)北侧对流雨带的发生及发展机制研究

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摘要

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1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 研究进展

1.2.1 台风暴雨的研究进展

1.2.2 强对流触发的研究进展

1.2.3 Matmo台风的研究进展

1.3 研究目的和内容

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究内容

1.4 论文框架

2 资料和方法

2.1 资料概况

2.2 实况资料集

2.2.1 NCEP全球分析资料

2.2.2 自动站资料

2.2.3 卫星资料

2.2.4 台风路径资料

2.2.5 中国自动站与CMORPH融合降水资料

2.3 WRF模式简介

2.3.1 模式介绍

2.3.2 3D-Var同化系统介绍

3 台风Matmo北侧对流雨带观测分析

3.1 台风及降水概况

3.2 环境特征分析

3.3 对流环境条件分析

3.3.1 不稳定条件

3.3.2 动力条件

3.3.3 水汽条件

3.4 触发机制分析

3.4.1 锋面诊断分析

3.4.2 地形抬升作用

3.4.3 地面流场分析

3.5 本章小结

4 合风Matmo数值模拟及分析

4.1 模式设计

4.2 模拟结果验证

4.2.1 雷达回波及降水的模拟结果验证

4.2.2 大尺度环流背景的模拟结果验证

4.2.3 地面流场模拟结果验证

4.3 辐合线特征分析

4.3.1 辐合线水平特征

4.3.2 辐合线垂直特征

4.4 对流雨带的结构特征

4.5 本章小结

5 敏感性模拟试验

5.1 地形高度模拟试验

5.1.1 试验设计

5.1.2 试验结果及分析

5.2 海岸线改变试验

5.2.1 试验设计

5.2.2 试验结果及分析

5.3 潜热试验

5.4 本章小结

6 总结与讨论

6.1 主要结论

6.2 创新点

6.3 存在的问题及展望

参考文献

作者简历

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摘要

突发性强对流一直是中小尺度研究中的重点和难点。2014年10号台风Matmo登陆福建后,其北侧的雷达回波较弱,但在数小时后突发多条强对流雨带,给人们的生产生活造成重要影响。本文利用NCEP分析资料、地面加密自动站观测资料、自动站与CMORPH卫星融合降水资料等,通过天气学诊断分析方法,WRF数值模拟和资料同化技术,结合敏感性试验,对台风北侧3条强对流带的天气学背景和中尺度特征以及对流触发因子进行分析,揭示台风北侧弱回波区依次爆发强对流雨带的原因。
  研究发现3条对流雨带是在台风北部高湿环境下,持续的水汽通量辐合,明显对流不稳定和局部弱的条件对称不稳定环境下,由近地面辐合线在辐合稳定并加强后触发的。对流单体沿着辐合线爆发,和辐合线上的强辐合中心密切相关,低层强辐合强迫为暴雨的产生提供了动力上升条件。第一条对流带初始对流的产生与地形和锋面强迫有关,其后初始对流向东北方向发展,在台风环流偏东气流进入内陆后产生的风速辐合大值区内触发对流。辐合线1的产生和走向与海陆下垫面差异以及江苏和山东南部海岸线的曲率分布有关。随着第一条对流雨带的北移扩展,在其南侧产生了第二条辐合线。辐合线2的产生与第一条对流带南侧的冷出流以及台风北侧的偏东气流有关,冷出流风速的增大推动辐合线2向南移动,在中尺度湿斜压锋区触发了新对流。第二条对流雨带北移后,其南侧发展出辐合线3,辐合线3的产生与辐合线2相似。三条辐合线产生的地理位置接近,说明海陆差异的下垫面分布特征对辐合线分布有着重要影响。通过敏感性试验进一步表明,大别山影响着初始对流产生的位置和强度;海岸线的分布走向影响着辐合线的走向;第二和第三条对流带的形成与其北侧对流带的冷出流密切相关。
  对流雨带的模拟分析表明,三条对流雨带发展高度高,强辐合和上升运动推动着对流带的发展,低层因降水粒子产生而导致的下沉运动的扩散使得对流消散。三条对流雨带的云微物理结构特征有所不同。虽然3条对流带降水主要由霰和雪粒子融化以及雨水碰并云水增长形成,但由于对流带2和3的冷云部分存在冰晶效应,导致固态粒子含量增加,为这两条对流带的强降水提供了重要的支持。远离台风的降水具有冷型降水特征,登陆台风附近的强对流降水总体上具有冷型降水和暖型降水混合的特点,而台风附近的强对流由于冰晶效应而具有更强的降水效率。

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