江淮地区不同天气背景下对流发展的差异性研究及其应用

发布时间：2020-07-29 12:08

【摘要】：江淮地区强对流天气频发,对流类型多、致灾性强,近年来其极端性呈现增强趋势。强对流天气地域性特征明显,目前针对江淮地区强对流天气的研究,尤其是关于不同环流背景下对流类型及对流发展差异的研究,还缺乏系统性的分析。本文针对江淮地区强对流天气频发、多样、致灾严重等特点,采用多源观测与分析资料,通过数值模拟手段,结合江淮地区强对流天气发展的多样性特征,在较全面地分析了江淮地区强对流天气的气候特征、归纳提炼强对流天气天气学分型,及不同天气型下环境与风暴特征等工作基础上,通过典型个例,较为深入地研究了冷涡背景、副高边缘梅雨期、及台风背景下冰雹、龙卷和短时强降水等高致灾性强对流天气发生发展过程中的天气学机理和对流风暴特征,并采用数值模拟手段着重分析了对流风暴结构与强度对环境条件的敏感性,最后在理论研究的基础上,开展基于对流环境参数的强对流天气o[势和分类预报方法研究,主要结论如下:1.通过对江淮地区各类强对流天气的气候分析,较系统全面地研究了江淮地区强对流天气的多样性特征,归纳提炼了江淮地区产生强对流天气五种典型天气型,即槽前型、冷涡(槽)后型、副高边缘型、副高控制型和热带系统型,研究了不同天气背景所伴生的各类强对流天气发生地域与频率差异。2.揭示了不同天气型所伴生的各类强对流天气发生地域与频率差异,以及各类强对流天气对流风暴结构的差异性特征,源于不同天气型所对应的天气系统配置和大气温湿、动力等环境条件。3.通过典型个例深入分析了冷涡背景、副高边缘梅雨期、及台风背景下冰雹、龙卷和短时强降水等江淮地区常见且高致灾性强对流天气触发、发展机理的共性和差异性。(1)揭示了冷涡背景下对流层中高层冷涡后部的偏北风扰动所引导的冷平流对不稳定层结构建的作用,地面辐合系统(辐合线或中尺度气旋)对强对流天气的触发与相互反馈机制,以及该背景下不同季节对流系统发展过程热动力环境的差异性。(2)针对江淮地区多发的梅雨期龙卷的研究发现,其形成条件在中尺度涡旋环境、不稳定层结条件、低层垂直风切变条件、水汽条件、不稳定能量,以及超级单体风暴结构特征等多方面都表现出相当的一致性,同时在部分坏境条件和结构特征上也表现出区别于其它强对流天气的共性特征。(3)研究了台风影响不同阶段降水期间对流发展的差异,期间冷空气是否参与至关重要,冷空气侵入一方面可促进对流不稳定层结的发展,另一方面与台风低压倒槽内辐合抬升的暖湿气流交汇,可造成中层锋生,并通过低层风场的扰动,促使局地辐合和气旋性涡度增强,触发中小尺度对流系统,导致局地降水及对流迅速发展。4.通过敏感性试验初步揭示对流风暴发展及其结构对环境风及水汽的改变表现出较高的敏感性。对流层低层水汽的变化对初始阶段的对流强度及对流发展速度有明显影响。中低层环境风的增强将促进对流发展,中层风场增大有利于对流风暴中层旋转加强,风暴尺度减小、对流发展更强烈。低层风场的发展有利于风暴低层次级环流及入流一侧中低层气旋性涡度的发展。5.在揭示不同类型强对流天气产生的物理机制和生成环境差异性特征的基础上,引入、改进模糊数学、灰色系统理论和经济学等有关理论方法,并采用多目标决策的相对偏差模糊矩阵评价技术、概率匹配技术,逐日滑动技术等,有效解决了对流参数筛选过程中的权重分配问题,消除了对流参数区域和季节间的气候差异性,并结合中尺度数值模式建立了强对流天气o[势和分类预报系统。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P44
【图文】：

的几种典型天气模型的主要特征和空间配置。逡逑２．邋３．邋１槽前型逡逑图２．１给出槽前型背景下天气系统空间配置。此时，副热带高压（以下简称副高）逡逑位置偏南，１２０°Ｅ的副高脊线位于２０°Ｎ以南，江淮地区处于５００ｈＰａ东移西风槽前，７００ｈＰａ逡逑对应有高空槽，８５０ｈＰａ上江淮地区有切变线相配合，切变线上或伴有低涡活动，且低涡逡逑常位于５００ｈＰａ高空槽前，槽前正涡度平流有利于低涡发展。高空槽前或切变线南侧对逡逑流层低层存在一支较强的西南风急流或偏南风大值区（风速尚未达到急流标准，８５０ｈＰａ逡逑风速彡１０ｍ／ｓ，７００ｈＰａ风速彡１２ｍ／ｓ），为江淮地区输送充沛的水汽。地面上，江淮地区逡逑处于自西南地区东伸的低压倒槽中，倒槽中或有气旋发展，为对流天气的产生提供有利逡逑的辐合抬升条件。在这种环流背景下，江淮地区５００ｈＰａ及以下处于槽前或切变线南侧逡逑的偏南气流中

有时也会出现局地短时强降水天气、偶见龙卷。逡逑．逦图２．２是这种天气背景下的概念模型。东北（华北）地区有低涡（槽），低涡（槽）逦．逡逑后部有冷中心（槽）相配合，低涡深厚，气旋性环流有时甚至自对流层低层达对流层上逡逑层的２００ｈＰａ。５００ｈＰａ上，江淮地区处于冷涡（槽）后部的西北气流中，７００ｈＰａ同样位逡逑于冷涡（槽后）的西北气流中。８５０ｈＰａ上江淮地区或位于槽底部的偏西气流中，但温度逡逑场与高度场配置与中高层相反，８５０ｈＰａ及以下的低涡与东伸的暖舌（暖区）相配合，由逡逑此形成上冷下暖的不稳定层结。地面上天气系统较弱，江淮地区处于较为宽广的低压区逡逑内，地面风场中或有辐合线形成，或有中尺度低压活动。５００ｈＰａ涡（槽）后有冷平流南逡逑下，在江淮上空形成西北急流或西北风明显增强形成一支显著西北气流，促进层结不稳逡逑定发展及深层垂直风切变的增强

图２．３江淮地区强对流天气概念模型（副高边缘型）逡逑副高边缘型是江淮地区强对流天气发生频率最多的天气型，常出现在６月中下旬至逡逑７月上旬的梅汛期。其主要环流特征如图２．３。随着副高逐渐增强，暖湿气流发展并向北逡逑推进。５００ｈＰａ上，１２０0Ｅ副高脊线位于２１？２７°Ｎ范围内，副高５８８ｄａｇｐｍ西界伸展至逡逑大陆，此时江淮地区处于５８４－５８８ｄａｇｐｍ附近。中纬度地区有西风槽东移，７００ｈＰａ及．逡逑８５０ｈＰａ伴随有槽或切变线，切变线上或有低涡活动，江淮地区处于槽前或切变线南侧的逡逑西南或偏南气流中，水汽充沛。地面上，江淮地区处于低压区中，低压区内或有静止锋逡逑存在，静止锋上有时伴随有气旋生成，为强对流天气的出现提供有利的抬升条件。逡逑这种天气型中，江淮地区处于副高边缘，暖湿气流强盛，水汽充沛，湿层深厚，大逡逑气温湿状态较之前有明显改变，对流能量更为丰富，因此降水期间对流性较强，常伴有逡逑短时强降水、雷暴大风天气

本文编号：2773945