福建地区冬季渐近线形锋生辐合线及其强降水热动力机制影响研究

发布时间：2020-07-23 07:07

【摘要】：本文基于对福建省冬季强降水进行统计分析,关注在冬季风偏北气流冷干空气入侵下的沿海复杂山脉环境中的强降水,省内冬季仍可发生50mm—200mm的日降水。采用EOF、REOF、North检验等方法对2011—2016年12月、1月、2月欧洲中心的福建冬季降水资料进行分类,依据福建气象服务中心发布的暴雨中心位置,选取位于福建内陆的第1、第4两个模态,并依据时间序列分别对两模态进行样本合成分析,第1模态合成降水中心位于福建西北,即福建省与江西省的交界处。第4模态降水中心位于福建南部及东南部地区,这与多年统计的福建暴雨中心基本相符。通过对环流场和温度场的合成分析,揭示在不同模态的强降水中心位置上空的1000hPa层处,与强降水相配合,均有自北向南的渐近线形辐合气流,并有锋区配合,形成上百公里天气尺度渐近线形锋生辐合线,强降水均位于辐合轴线左侧气旋式风切变处,这是一类以往未有具体讨论的东南沿海地区的冬季强降水系统。对两模态的辐合线通过辐合线客观判定方法判别显示,这是一类较为浅薄的低层降水系统。建立跟随系统的坐标系,针对这两种渐近线形锋生辐合线系统进行动力结构和热力结构分析可知,在较为冷干少雨,低层盛行偏北风的冬季,渐近线形辐合线在雨区低层形成较强的辐合上升区,其温度锋区与渐近线辐合气流相交,形成锋生环境,锋面热力结构的抬升与渐近线形辐合线的动力辐合抬升叠加,增强了雨区上升运动;同时,辐合线风分量又将临近的台湾海峡及东海海面的水汽汇集到强降水区,与中高层副高边缘偏南气流相向而行,构成较为深厚的水汽输送层;通过非绝热加热,形成深厚的热力对流不稳定,并通过干区向湿气团下楔入,形成下干上湿的湿动力不稳定。以及假相当位温随高度增加而递减,形成上暖湿下冷干的对流不稳定层。因此渐近线形锋生辐合线成为福建地区冬季强降水的一类重要系统,影响着冬季强降水的发生发展及落区。由于此类系统位于低层且浅薄,易受到省内山脉地形影响。运用WRF模式的验证试验和敏感性试验对比,探讨地形和热力环境对渐近线形锋生辐合线以及伴随的强降水发生发展过程影响机制。结果表明,凝结潜热加热可影响辐合线的辐合位置与强度、锋生区的位置及强度,进而影响系统的活跃。中层潜热加热,抑制平流感热冷却进入暖气团,维持降雨区热力不稳定及降水强度。渐近线形锋生辐合线有利于造成福建冬季大范围降水中出现强降水,其中凝结潜热释放具有重要贡献。下垫面山脉影响机制的试验模拟显示,对第一种位于北部武夷山的渐近线形锋生辐合线将武夷山高度降低至50米,则影响渐近线形辐合线位置和走向,使原有偏东北-西南走向的辐合线,在缺少武夷山阻挡下转呈西北-东南走向,锋区也减弱。对第二种位于南部玳瑁山的渐近线形锋生辐合线,将玳瑁山和博平岭高度降低至50米,则缺少玳瑁山和博平岭的阻挡,辐合线转向,并推进到海岸线,此处山脉移除同样引导并造成锋生区减弱。因此,山脉在增强锋生系统和渐近线形辐合线系统,进而形成地形抬升、锋面抬升、辐合线动力抬升叠加的过程中起着重要作用。综合上述结果,渐近线形锋生辐合线叠加了锋生动力过程、环境热力条件,地形促发效应以及系统对水汽输送的引导调节,有效支持了冬季福建地区强降水的发生维持,是一类冬季强降水重要系统。
【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】：2019
【分类号】：P426.6;P441
【图文】：

平均降水量,单位,强降水,福建省

3.1.1 冬季福建地区强降水统计特征图 3.1 显示了福建省 2011-2016 年的年平均降水的年际演变，六年降水量的平均值为 1755mm，降水最多的为 2016 年，高达 2432mm，降水最少是 2011 年，降水量为1432mm，2016 年降水量是 2011 年的 1.7 倍。6 年的平均年降水量的变化幅度达到1000mm。图 3.2 所示为 2011-2016 年福建省 6 年各月平均降水总量，可以看出相比较夏季，冬季（12,1,2 月）在福建是一个少雨期。夏季的 6,7,8 月降水量最大，其中 8 月降水量最高，达到 305mm,约为 1 月福建省平均降水量的 6 倍。但是在福建冬季（12 月至次年 2 月）也常发生强降水，即日降水量>50mm 的强降水。尤其是 2016 年，冬季累计降水 343.6 -541.6mm,12 月和 1 月的 2 次强降水过程，其中 1 次降雨量超 100 mm 的有 2个县市，最大为厦门市海沧区 196 mm；第 2 次降雨量超过 100 mm 的有 6 个县市，最大为厦门市海沧区 178 mm[1]。均造成强降水灾害。

月平均,降水量,强降水

平均降水量,单位,福建省

图 3.3 2011-2016 年冬季（12,1,2 月）平均降水量（单位：mm）图 3.4 为 2011 年-2016 年各年 1 月（冬季代表月）的月平均降水分布。图 3.4a-f 为2011-2016 年 1 月的月平均降水分布情况，与福建省年降水量分布情况相似，2011 年 1月降水量最少，2016 年降水量最多，并且，海峡东岸台湾岛东北角及其右侧海域是冬季强降水高发地区。而福建省各年 1 月降水在空间上均呈现一个北多南少的分布特征，福建东南部沿海区域的平均降水量相对较少，为深入了解福建省冬季降水分布情况及其形成机制，本文选取 12,1,2 月进行福建省冬季降水的研究。

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