华南暖区暴雨中尺度对流系统的观测分析与诊断研究

【摘要】： 本论文利用地面常规观测资料、广东省自动站降水资料、卫星综合降水资料CMORPH、高空常规观测资料以及美国环境预报中心(NCEP/NCAR)的1°×1°再分析资料,并结合日本逐时0.05°×0.05°MTSAT卫星Tbb资料、广州多普勒雷达资料以及广东省闪电定位仪资料等,分析研究了2007年5月25-26日发生在珠江三角洲及其偏北地区的一次暖区暴雨过程。通过对直接引发暴雨的中β尺度对流系统活动特征的分析,加深理解了暖区暴雨的形成过程及其区别于一般暴雨过程的特征;在此基础上,应用LAPS综合分析系统对多种常规和非常规观测资料进行了融合分析,采用这一分析系统输出的数据和诊断分析的方法,对有利于中β尺度对流系统形成和发展的环境场条件及暖区暴雨形成的可能机制进行了诊断分析,对暖区暴雨的动力学、热力学特征进行了有意义的讨论。文章的主要结论有: (1)本次暖区暴雨过程具有明显的对流性质,降水强度大、时效性短,大部分降水主要集中在3个小时内降落。降水区有自北向南移动的特征,与三个连续生消的中β尺度对流系统活动直接相关。 (2)对流云团主要形成于地面倒槽中,在变性冷高脊后部、地面倒槽的辐合气流中发展起来;暴雨区受比较一致的西南气流影响、斜压性小,具有“回流暴雨”的特征,是一次比较典型的对流性质明显的暖区暴雨过程。 (3)暴雨形成于低层辐合高层辐散的环境中。但高层200 hPa的辐散流型与典型的华南前汛期暴雨区上空对应为南亚高压东侧向外辐散的“西北气流+东北气流”的流型不同,本次暖区暴雨位于入海南亚高压西侧的偏东和偏南气流的辐散区下方。高层的辐散气流起到了良好的“抽吸作用”,是暴雨区上升气流得以持续发展的重要影响因子。 (4)连续生消的中β尺度对流系统表现为后向次第发展的形式,与华南另一种较为常见的前向次第发展类型不同,新的对流系统主要在原中β尺度对流系统的后部形成。除了有利的大尺度环境条件之外,前一个中β尺度对流系统在低层引发的向外流出与局地流场的相互作用可能在新的对流系统的形成和发展过程中有重要作用。 (5)暴雨及对流系统的形成与低空急流有密切关系。低空急流不仅为暴雨区输送了丰富的暖湿空气,有利于中低层高不稳定能量存储区形成,相应的暖空气平流对对流系统的形成可能有更直接的作用。对流发展区域与温度差动平流正值中心具有的良好对应关系表明,温度差动平流对对流的发展有十分重要的指示作用。作为有组织对流系统发展的一种触发机制,暖平流的作用值得关注。 (6)环境场螺旋度的诊断分析表明,暴雨形成于低层平均螺旋度ASRH1正值中心与高层负平均螺旋度ASRH2对应良好的位置上。总螺旋度大值中心的移动可大致反映暴雨及其影响系统中β尺度对流系统的发展趋势,对暴雨的落区有更好的指示意义,这也说明了垂直旋转机制的形成对暖区暴雨中β尺度对流系统的维持发展是重要的。 (7)湿位涡分析表明,暴雨过程中强降水的落区基本位于850 hPa MPV1负值中心与MPV2正值中心相互配合的区域。在大气为对流不稳定的条件下, MPV1与MPV2的这种配置十分有利于垂直涡度发展,环境流场的对流不稳定特征是暴雨中尺度对流系统形成的重要条件。而MPV2比MPV1小一个量级以上,则进一步表明了暖区暴雨形成于斜压性较小环境中的事实。 【关键词】：华南暖区暴雨 中尺度对流系统 中尺度分析
【学位授予单位】：中国气象科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：P458.121.1
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-8
• 第一章 引言8-14
• 1.1 华南暖区暴雨9
• 1.2 华南暖区暴雨的天气尺度系统9-11
• 1.2.1 低空急流与暖区暴雨的关系9-10
• 1.2.2 高层辐散流场对暖区暴雨的影响10-11
• 1.3 华南暴雨的中尺度研究11-12
• 1.4 本文科学问题的提出12-13
• 1.5 本文的研究目标与主要内容13-14
• 第二章 2007 年5 月26 日暖区暴雨特征及天气形势背景14-22
• 2.1 引言14
• 2.2 暖区暴雨的降水变化特征14-17
• 2.2.1 暴雨过程概括14-16
• 2.2.2 降水的时间演变16-17
• 2.3 暴雨的大尺度环境场特征17-20
• 2.3.1 高层环流背景17
• 2.3.2 中低层环流背景17-20
• 2.4 本章小结20-22
• 第三章 暖区暴雨的中尺度特征分析22-35
• 3.1 引言22
• 3.2 华南暖区暴雨对流云团活动的特征22-26
• 3.2.1 中尺度对流系统的发展演变特征22-25
• 3.2.2 多普勒雷达回波特征25-26
• 3.3 雷电活动特征的分析26-34
• 3.3.1 闪电频数分布及演变的总体特征26-32
• 3.3.2 对流不同发展阶段闪电频数的变化32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 对流系统形成的环境场条件及触发机制诊断分析35-51
• 4.1 引言35
• 4.2 LAPS 系统及分析方法介绍35-38
• 4.2.1 LAPS 系统35-36
• 4.2.2 分析方法36-38
• 4.3 有利于对流系统形成的中尺度环境条件38-49
• 4.3.1 水汽输送38-40
• 4.3.2 水汽收支40-41
• 4.3.3 散度分布及垂直运动的发展41-44
• 4.3.4 不稳定能量的积累44-47
• 4.3.5 中β尺度对流系统的触发机制47-49
• 4.4 本章小结49-51
• 第五章 暖区暴雨的动力与热力学特征51-62
• 5.1 引言51
• 5.2 螺旋度的诊断分析51-58
• 5.2.1 螺旋度分析的方法介绍51-53
• 5.2.2 螺旋度分析的计算方案53
• 5.2.3 平均螺旋度分析53-57
• 5.2.4 总螺旋度分析57-58
• 5.3 湿位涡的诊断分析58-61
• 5.3.1 湿位涡基本理论58-59
• 5.3.2 湿位涡的水平结构59-60
• 5.3.3 湿位涡的垂直结构60-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第六章 结论与讨论62-65
• 6.1 主要结论62-63
• 6.2 讨论63-65
• 参考文献65-70
• 致谢70-71
• 个人简历71

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