一次暖區(qū)暴雨形成機制的數(shù)值試驗與診斷分析

【摘要】：華南地形復(fù)雜多變,局地強對流天氣頻繁發(fā)生又難以預(yù)報。要準(zhǔn)確模擬華南地區(qū)的降水情況必須考慮地形的影響。本文利用NCEP/NCAR全球客觀分析資料,云頂亮溫TBB資料以及中尺度模式WRFV3.1.1,對發(fā)生在2008年6月5日～7日的華南暖區(qū)暴雨過程進行了數(shù)值模擬及診斷研究。 分析發(fā)現(xiàn),850hPa低層低渦的形成和維持、200hPa高空急流右后方的輻散場,500hPa副熱帶高壓西北側(cè)的西南氣流以及高原槽的東移為本次特大暴雨產(chǎn)生提供了天氣尺度、次天氣尺度的背景場。此外,來自南海的水汽為暴雨的發(fā)生提供了充足的水汽條件。 由于本次暴雨過程發(fā)生在云霧山的東南側(cè),為了了解地形對本次暴雨的影響,設(shè)計了一個考慮地形重力波拖曳(GWDO)參數(shù)化方案的敏感性試驗和未考慮此方案的控制試驗對該次暴雨過程進行模擬,通過與實況對比分析后,得出：模式中考慮了GWDO參數(shù)化方案的敏感性試驗較好地模擬出了廣東陽江地區(qū)強降水的中心和強度,再現(xiàn)了暴雨過程中大尺度環(huán)流形勢及其演變狀況,成功地復(fù)制了中尺度低渦的位置及移向,而未考慮此方案的控制試驗沒能模擬出此次暴雨,其在中心位置和降水強度方面都與實況差別較大；GWDO參數(shù)化方案的引入有效地減少了由地形引起的對流層中層緯向風(fēng)的偏差,比較合理地模擬出了地形對氣流的影響；分析得出地形引起的重力波為本次暴雨提供了中尺度的觸發(fā)機制,地形重力波的拖曳作用是導(dǎo)致暴雨在陽江附近停滯少動的主要原因。 由地形敏感性試驗得出,云霧山地形在降低和按比例縮小后,降水強度都較控制試驗大大較弱,降水的中心位置都出現(xiàn)了北移；地形按比例升高后,雨帶呈橢圓形分布,降水中心為270mm,但還是較控制試驗弱,降水落區(qū)與實況較為接近。另外云霧山地形的改變對強降水期間中-γ背風(fēng)坡低渦的生成與位置有重要影響。 利用WRF模式輸出的高分辨率數(shù)據(jù),采用HYSPLITv4.9氣流三維軌跡模式追蹤暴雨中心高低層氣流運動軌跡,發(fā)現(xiàn)此次暴雨過程中沒有偏北冷空氣的影響,暖濕氣流主要來自于南海。高層輻散先于低層輻合出現(xiàn),南亞高壓的高層輻散可能是本次暴雨過程的一個誘發(fā)原因。從對流渦度矢量垂直分量的發(fā)展演變和地面降水的關(guān)系來看,對流渦度矢量垂直分量在時間和空間上與地面降水分布具有較好的對應(yīng)關(guān)系,對流渦度矢量垂直分量對示蹤暴雨系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展有一定的指示作用。 【關(guān)鍵詞】：華南暴雨 GWDO參數(shù)化方案 數(shù)值模擬 地形 對流渦度矢量
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：P458.121.1
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 華南暴雨主要研究進展9-13
• 1.2.1 華南暴雨發(fā)生的大尺度環(huán)流形勢及主要天氣系統(tǒng)研究9-11
• 1.2.2 產(chǎn)生暴雨的中尺度對流系統(tǒng)研究11-12
• 1.2.3 地形對華南暴雨影響研究12-13
• 1.3 地形重力波拖曳參數(shù)化方案研究13-14
• 1.4 本文的研究內(nèi)容、資料及方法14-17
• 1.4.1 研究內(nèi)容14-15
• 1.4.2 研究資料15
• 1.4.3 研究方法15-17
• 第二章 降水概況及暴雨發(fā)生環(huán)境分析17-23
• 2.1 降水概況17-18
• 2.2 天氣形勢分析18
• 2.3 衛(wèi)星云圖分析18-19
• 2.4 水汽條件和不穩(wěn)定條件分析19-21
• 2.5 地形重力波產(chǎn)生條件分析21
• 2.6 小結(jié)21-23
• 第三章 模式方案設(shè)計及模擬結(jié)果對比分析23-31
• 3.1 WRF中尺度模式簡介23-25
• 3.1.1 WRF中尺度模式的特點23-24
• 3.1.2 WRF模式系統(tǒng)組成和基本程序結(jié)構(gòu)24-25
• 3.2 WRF模式的基本方程組25-28
• 3.2.1 通量形式的歐拉方程25-26
• 3.2.2 濕歐拉方程26-28
• 3.3 GWDO參數(shù)化方案簡介與模式方案設(shè)計28-29
• 3.3.1 GWDO參數(shù)化方案簡介28
• 3.3.2 模式方案設(shè)計28-29
• 3.4 降水模擬結(jié)果與實況對比分析29-31
• 3.4.1 降水結(jié)果模擬30
• 3.4.2 小結(jié)30-31
• 第四章 GWDO參數(shù)化方案對模擬效果影響的分析31-39
• 4.1 GWDO參數(shù)化方案對模擬效果的影響31-33
• 4.1.1 環(huán)流形勢對比分析31
• 4.1.2 緯向風(fēng)(U)與經(jīng)向風(fēng)(V)的分析31-33
• 4.2 模擬效果改善原因的分析33-34
• 4.2.1 渦度場分析33
• 4.2.2 地形重力波拖曳作用33-34
• 4.3 GWDO參數(shù)化方案在山區(qū)暴雨模擬的應(yīng)用分析34-38
• 4.3.1 2008年6月20-21日大別山地區(qū)暴雨過程應(yīng)用分析34-36
• 4.3.2 2008年6月11-13廣西大暴雨過程應(yīng)用分析36-38
• 4.4 小結(jié)38-39
• 第五章 暖區(qū)暴雨形成機制分析39-51
• 5.1 暴雨的環(huán)流結(jié)構(gòu)與高低空配置分析39-41
• 5.2 低空急流上的中尺度風(fēng)速擾動41
• 5.3 對流渦度矢量與暴雨演變分析41-45
• 5.3.1 對流渦度矢量的定義與計算42-43
• 5.3.2 相當(dāng)位溫分析43-44
• 5.3.3 對流渦度矢量垂直分量的分布和演變44-45
• 5.4 對流有效位能分析45-46
• 5.5 云霧山地形對降水的影響分析46-49
• 5.5.1 降水的對比分析47
• 5.5.2 環(huán)流形勢對比分析47-48
• 5.5.3 散度場對比分析48-49
• 5.6 小結(jié)49-51
• 第六章 主要結(jié)論和工作展望51-53
• 6.1 本文得出的主要結(jié)論51-52
• 6.2 今后的工作展望52-53
• 致謝53-55
• 參考文獻55-61
• 論文附圖61-91

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