中国东部一次飑线过程的微物理结构分析和数值模拟

发布时间：2017-12-10 23:13

  本文关键词：中国东部一次飑线过程的微物理结构分析和数值模拟

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【摘要】：飑线系统是影响我国降水的主要天气系统之一,是一种高度组织化的中尺度对流系统,其引发的灾害常造成巨大的损失。统计结果表明,由于独特的气候条件和复杂的下垫面特征,江淮地区的飑线降水发生频率非常高,影响最为严重。以往国内外研究多关注飑线的动力和热力结构,对飑线微物理结构的研究相对较少。由于微物理结构的研究对于提升飑线预报精度有很大的指导意义,因此本研究基于国家重点基础研究发展计划(973计划)项目"突发性强对流天气演变机理和监测预报技术研究"(OPACC)中野外观测试验获取的双偏振雷达资料,分析了中国东部一次飑线过程的微物理结构演变特征,揭示中国东部飑线降水独特的微物理特征,主要结论如下:首先,结合南京大学双偏振雷达(反射率因子Z,差分反射率因子ZDR,比差分相位KDP和相关系数ρhv)和地面雨滴谱仪,分析本次飑线过程不同区域和不同阶段的微物理结构和演变特征,促进对中国东部地区飑线微物理特征的认识。根据雷达反射率因子和降水率的分类方法,将飑线划分为对流区(C)、过渡区(T)和层云区(SS),其中对流区又分为飑线前端(LE)、对流中心(CC)和飑线后端(TE)。飑线的整个生命期被划分为初生期,发展期,成熟期和衰亡期四个阶段。水平结构显示,飑线从初生期发展至成熟期是一个雨滴谱(DSD)特征从大陆性对流到海洋性对流演变的过程。与以往学者观点不同的是,本次飑线DSD的特征不仅取决于地理位置的纬度和海陆性,而是随着飑线生命期的演变过程中不断发生变化的,在成熟期表现为海洋性对流特征。其次,定量分析了飑线的垂直结构和微物理过程。垂直结构显示,本次飑线ZDR柱与Z柱的位置不吻合,(中等的Z和较大的ZDR)表明飑线前端(LE)由低浓度的大雨滴组成,主要是由于粒子下落过程中因尺寸大小造成的排序结果。KDP柱与Z柱的吻合表明了飑线对流区中心(CC)是由高浓度的中等粒径雨滴构成。另外。融化层以下的液态水含量是融化层以上冰态水含量的三倍,同时本次飑线过程有较低的云底高度(～0.68km)和较高的融化层高度(～5km),进一步说明环境有着深厚的暖云层,而且暖雨过程在发挥着较为重要的作用。最后,利用ARPS模式3DVAR同化并模拟本次飑线,对比分析Milbrandt,J.A和M.K.Yau提出的单参数,双参数和三参数的微物理方案对本次飑线个例的模拟效果,发现不同的微物理方案对飑线的模拟影响比较大,表明飑线对流的预报依赖于微物理方案的选取。其中,三参数方案能够成功地将飑线对流从初生期,发展期,成熟期到消散期的结构和演变特征较准确的模拟出来,表明三参数微物理方案更准确的反映了实际的微物理过程。虽然三参数方案与实际情况较为接近,但是仍然与观测情况有差别,比如层云区范围模拟偏小,不真实等,说明对于中国东部飑线降水的模拟,其微物理方案需进一步改进。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P458.1

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