基于NASA MERRA再分析资料的高原低涡、切变线过程的诊断研究

发布时间：2020-06-21 17:19

【摘要】：本研究首先验证了高时空分辨率NASA MERRA再分析资料在一次高原切变线天气过程以及一次高原切变线与高原低涡并发过程中的适用性。利用该再分析资料与中国自动站、CMORPH融合降水资料、高原地区探空及地面观测资料,针对此次高原切变线过程,研究了其降水特征,并利用相关物理量对系统的发生发展及其结构进行了诊断分析。最后,对上述高原切变线与高原低涡并发过程中侵入的干冷空气活动及系统斜压性特征进行分析,并探讨其涡度收支特征,得到以下主要结论:(1)对比两次天气过程中MERRA再分析资料与常规观测资料表明,该套再分析资料可以很好地反映高度场、风场、温度场的实际特征,一定程度弥补高原上探空站点稀疏的缺憾,可用于高原天气过程的分析研究。(2)分析一次切变线降水特征表明,此次高原切变线降水呈带状分布,其强度与切变线强度变化一致,降水中心均位于切变线的东南侧。动力场上,生成阶段边界层多为较弱的辐合上升运动,有利于分散降水的产生;发展加强阶段,正涡度显著加强,低层辐合、高层辐散,有利于产生强降水;减弱阶段,正涡度带与辐合流场的范围减小,并且切变线西段的辐合流场先于东段减弱,此时弱的正涡度及上升运动出现在切变线的南侧,对降水有利。水汽条件上看,高原切变线与500h Pa水汽通量辐合带对应较好,发展加强阶段的水汽辐合最强,切变线东南侧水汽辐合强度较强,有利该处产生降水。(3)利用广义位温及广义湿位涡对切变线降水进行诊断表明,广义位温及广义湿位涡与大气中水汽含量的相关性可以有效地反映高原切变线降水的变化趋势。高原切变线降水多发生在边界层广义湿位涡的正值区,广义湿位涡正异常值与未来3-6小时累计降水的分布一致,其正异常值中心位置及其演变也与降水大值中心对应关系较好,且降水大值区域内有明显的广义位温“喇叭状”下陷特征。(4)切变线演变过程的诊断表明,广义位温和广义湿位涡均可较好地表征高原大气实际温湿分布状况,高原低层广义湿位涡的异常可作为高原切变线发生发展的一个综合性指标,其正负异常值之间的零线可较好表征高原切变线的位置,正异常中心强度对切变线的发生发展有一定的指示意义。涡生参数可作为高原切变线的一个动力性指标,其正值大小可以作为高原切变线生成和加强的一个明显前兆信号。综合广义湿位涡和涡生参数两者的诊断优势,可以提高对切变线发生发展及移动的刻画能力。(5)对一例高原切变线与高原涡并发过程中的干冷空气侵入及系统斜压性特征的分析表明,本次切变线发生于有较强干冷空气侵入条件下,斜压性质明显;切变线西端低涡初生时低层至中层具有弱斜压性,其后低层转为准正压、中层维持弱斜压性。涡度收支各项诊断计算表明,在高原低涡和切变线生成前及生成阶段的涡度局地变化均为“低层正、中高层负”的分布,有利于低层涡度的增加;在系统发展加强的阶段,涡度局地变化“中低层负、高层正”的特征更显著,有利于低层涡度的增加和上升运动的维持及加强;而在系统减弱阶段,涡度局地变化呈“下负上正”的分布,不利于系统的维持。
【学位授予单位】：成都信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P458
【图文】：

天气图,再分析资料,高原切变,水平风场

2.2 研究方法本文首先以 2016 年 6 月 29-30 日一次高原切变线及 2014 年 8 月 22-24 日一次高原切变线与高原涡并发过程为例，结合常规天气图对 MERRA 再分析资料的 500hPa 环流形势及相关气象因子进行对比，从而获得该再分析资料在两次过程中的适用性。利用该再分析资料刻画本次高原切变线过程的天气尺度环流背景，通过 CMORPH 融合降水资料分析过程降水特征，并利用该再分析资料计算降水区的动热力因子，分析本次切变线降水的动力、热力特征，以揭示有利高原切变线降水的条件。进行高原切变线活动过程的广义位温、广义湿位涡和涡生参数等相关物理量的诊断分析，探讨揭示其与本次切变线天气过程之间的内在关系。最后基于该资料对一次高原低涡与高原切变线并发过程中的干侵入参数进行计算，并结合涡度方程中各项，诊断分析对影响本次高原低涡、高原切变线发生发展的冷空气的特征、系统斜压性特征及系统的动力特征。2.3 MERRA 再分析资料在高原天气过程中的适用性检验a b

水平风场,单位,高度场,等值线

而 1998 年长江流域遭遇自 1954 年以来，涉及范围最广、持续时间最长、洪涝灾害最严重的全域性大洪水，影响长江的第 3—8 次洪峰均是在高原切变线和其他系统共同影响下产生的[18]。郁淑华等[11]对 13 年高原切变线活动及其对降水的影响进行了分析及统计，认为高原切变线活动时间越长，对高原及下游地区的影响越大，降水范围及降水强度将随之增大，几乎每年都有 1-3 次高原横切变线移出，可影响我国西南部、中部甚至华东、华南及华北等地产生暴雨及以上的降水。夏季是高原切变线的高发期，切变线上动力条件配合周边水汽输送，有利于强降水的形成和维持。本章选取 2016 年夏季（6 月 29 日—6 月 30 日）一次典型的暖式横切变线活动过程进行诊断分析，该过程在高原南部地区造成了强降水，部分地区 3 小时累积降水量达到了 20mm 以上，随着切变线稍有加强后移出高原，给下游地区带来了一次较大范围的区域性暴雨天气过程，产生了较大的灾害损失。3.1 环流形势和降水概况abc

【参考文献】