冷涡背景下东北地区短时强降水统计特征及个例研究

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东北冷涡是造成中国北方地区暴雨洪涝的重要天气系统,冷涡背景下的短时强降水突发性强、可预报时效短,连续几天间歇发生,其发生时间、强度和落区一直是气象预报业务中的难点。因此,本文首先对东北地区冷涡短时强降水进行统计,然后通过一个强降水个例研究短时强降水的触发和组织化机制。利用站点降水资料、常规观测资料和NCEP的FNL资料,基于站点统计了2011-2020年6-8月冷涡背景下东北地区短时强降水的时空分布特征。着眼于降水落区,基于冷涡位置、形状、发展阶段以及与热带系统的相互作用将冷涡短时强降水分为西北气流型、纬向型、南涡型、副高型和经向型,并讨论了5类短时强降水的对流参数特征。结果表明:6月,冷涡短时强降水多由中涡引起,7月和8月多由北涡引起。短时强降水主要发生在午后,17:00(北京时,下同)达到峰值。不同类型的短时强降水,其降水落区在冷涡不同发展阶段有所差异。冷涡短时强降水发生在条件不稳定的大气中,西北气流型、纬向型和经向型850与500 hPa温差一般大于25℃;副高型和南涡型850与500hPa温差一般小于24℃,但地面露点和可降水量明显比其它3类大。5类短时强降水的对流有效位能一般不超过1500 J·kg-1。大多数情况下,副高型发生在中等强度的垂直风切变环境中,其它4类发生在弱垂直风切变环境中。为了分析冷涡短时强降水的触发和组织化机制,使用多种观测并结合WRF模拟资料,对2017年7月13日吉林永吉发生的冷涡强降水天气进行研究。结果表明:(1)此次强降水过程发生在副高偏北、东北冷涡较强的背景下,属于副高型;200 hPa高空急流的增强有利于永吉持续性强降水;850 hPa切变线南部的西南低空急流为降水提供充足的水汽。(2)短时强降水发生在多尺度天气系统相互作用下,低空急流的稳定维持为对流提供不稳定能量,高温高湿不稳定环境下地形狭管效应形成的地面辐合线是对流的主要触发机制,高层强辐散与低层辐合的叠加是中尺度对流系统快速发展的重要原因。(3)从定性和定量角度探讨了对流系统的组织化机制。带状组织化阶段,冷池传播速度与低层垂直风切变比值小于1,带状成熟阶段两者的比值接近于1,带状消亡阶段两者的比值大于1,与RKW理论模型一致。因此,该带状对流系统的发展维持机制可以用RKW理论来解释。
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