双锋面系统叠加对龙卷强对流环境场影响机制研究

发布时间：2020-04-15 17:08

【摘要】：对2009-2016年江苏龙卷事件的环境场进行统计与诊断,并对两次典型龙卷过程的环境场进行数值模拟,探讨近海岸平原地区的江苏在春夏季节成为中国强龙卷最高频发生地的特殊性,重点关注在江苏地区由环境中尺度锋面系统及其相互叠加构成的复杂龙卷环境场的特征,以及对环境场的不稳定增强效应,从环境锋面系统叠加造成的抬升、旋转以及稳定度等方面对龙卷强对流天气环境场影响效果与影响机制进行分析。期望为沿海平原地区龙卷发生发展理论研究、模拟研究、以及龙卷预报预警提供重要参考。依据2009-2016年江苏省气候中心年报对江苏省强对流天气进行的统计分析,显示苏北地区是江苏省龙卷的高发区,盐城和徐州又是苏北地区最易发生龙卷天气的地区,主要发生时期为春夏季节,多数为双锋面汇聚过程。对徐州沛县(2009年)和盐城阜宁(2016年)的两次龙卷强对流环境场进行诊断分析显示,两次龙卷强对流均为两个中尺度锋面相遇,徐州龙卷环境场为变形场锋生和海风锋,盐城龙卷环境场为中尺度气旋锋面和岸滨锋。环境场中内陆系统和海岸带系统逐渐汇合叠加并且相互作用,锋面附近的垂直剖面均显示中低层有强烈的二级环流和垂直运动中心,低层风场垂直切变旋转效应强烈。对两次龙卷环境场的WRF控制实验模拟结果显示,中尺度双锋面系统伴随的不同方向二级环流相遇造成局域中低层风速垂直切变扭转,有利于驱动和增强局地正涡度增量;双锋面二级环流垂直上升支的趋近与叠加,可造成平原地区强烈的系统性抬升运动,有利于环境场内局地强对流活跃。这种环境场的局地旋转与系统性抬升的合成效应,将有利于区域内局地龙卷类强对流天气的发生发展。平坦地区双锋面叠加的控制实验还显示,不稳定CAPE高值区和相对螺旋度(SRH)均为逐渐扩大范围、逐渐向阜宁覆盖、逐渐增强。并逐步在阜宁附近获得强中心。在SRH高值范围中,存在呈现离散型分布团块状的SRH强度中心,显示双锋面叠加有利于区域内离散的局地小尺度旋转系统活跃。通过增加山脉改变江苏省地形的敏感性试验,探讨非平原地区地形对区域不稳定影响,以及与平原双锋面系统叠加的影响差异。结果显示:由于假设山脉与气旋锋面走向接近,并位于海岸带系统岸滨锋北端,因此对内陆锋面系统影响强于对海岸带岸滨锋。地形敏感性试验还显示:试验中的CAPE(对流有效位能)不稳定高值区和SRH(风暴相对螺旋度)高值区分别一直处于山脉南部和东南部,范围和强度基本稳定少变,但是CAPE值高于无山脉控制实验,而SRH值低于控制实验量值一半。显示由山脉对气流的定常阻挡抬升效应造成的不稳定,地形抬升强度大于系统抬升;而山脉造成的定常旋转性明显小于控制实验锋面系统叠加的相对螺旋度SRH作用效果。
【图文】：

示意图,科技公司,涡度方程,江苏省

１１５Ｅ逦１２０Ｅ逡逑图２．２金风科技公司在江苏省沿岸风机位置示意图逡逑２．１．６邋ＷＲＦ数值模拟结果输出数据逡逑木文使用的ＷＲＦ模式模拟输出数据，为采用ＮＣＥＰ邋ＦＮＬ作为初始输入场的ＷＲＦ逡逑模式模拟的产品数据，对模拟的龙卷对流天气下的抬升系统进行诊断分析。逡逑２．２方法介绍逡逑２．２．１涡度方程各项计算逡逑采用了邋Ｐ坐标和ｚ坐标两种系统下的涡度方程。逡逑ｐ坐标下的涡度方程用于对再分析资料的区域平均涡度计算，再分析资料中风场三逡逑分量为：标准等压面上的Ｕ、Ｖ、（０。逡逑ｄｃ逦，，逦ｄｃ邋ｄｃｓ邋ｄｃ邋ｄｕ邋ｄ＼＞邋，ｄｗ邋８ｕ逦ｄｗ逦ｄｖｓ逦、逡逑－邋＝逦—＋邋ｖ－）－ｗ—－Ｃ（——＋邋—）邋＋邋（逦）逦（１）逡逑ｄｔ逦ｄｘ邋ｄｙ邋ｄｐ邋ｄｘ邋ｄｙ邋ｄｙ邋ｄｐ逦ｄｘ逦ｄｐ逡逑８逡逑

示意图,科技公司,机位,江苏省

测风哨逡逑１２０Ｅ逡逑图２．１江苏省气象局的沿海三个风塔监测位置示意图逡逑２．１．５金风科技公司江苏沿岸风机的风场监测资料逡逑使用了金风科技公司在江苏省沿岸风电场的风场监测资料，包括沿岸四个风机场，逡逑主要采用的数据来源于射阳县沿岸１６个风电场１００ｍ的风速与风向资料和如东县沿岸逡逑４０个风电场的风速资料。逡逑卜邋逦逦逦逦逦逦逡逑３５Ｎ，＇、逦、逦ｙｒ邋，逡逑一逦．喊水逦；逡逑＿Ｊ逦（逦大庿Ｙ逡逑＇－ｆＪ邋如逡逑ｋ邋Ｖ，￥邋；逡逑３０Ｎ邋４—＾逦Ｃ１－，—逡逑１１５Ｅ逦１２０Ｅ逡逑图２．２金风科技公司在江苏省沿岸风机位置示意图逡逑２．１．６邋ＷＲＦ数值模拟结果输出数据逡逑木文使用的ＷＲＦ模式模拟输出数据，为采用ＮＣＥＰ邋ＦＮＬ作为初始输入场的ＷＲＦ逡逑模式模拟的产品数据，对模拟的龙卷对流天气下的抬升系统进行诊断分析。逡逑２．２方法介绍逡逑２．２．１涡度方程各项计算逡逑采用了邋Ｐ坐标和ｚ坐标两种系统下的涡度方程。逡逑ｐ坐标下的涡度方程用于对再分析资料的区域平均涡度计算
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P445

【参考文献】