梅雨锋低涡暴雨位涡动力学研究

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梅雨锋暴雨是长江流域夏季主要天气灾害之一,其形成和发展与不同尺度天气系统相互作用密切相关,是目前天气预报中的一个难点。位涡动力学理论是研究天气尺度系统一个重要的理论框架。本文针对1999年梅雨期间6月22日至23日长江流域梅雨锋低涡暴雨过程进行天气学分析,并利用位涡反演诊断技术重点研究本次暴雨过程中潜热释放和不同尺度扰动对暴雨系统发展的影响。研究结果表明:  本次梅雨锋低涡暴雨发展过程可以用准平衡非线性过程来描述。从位涡动力学出发,在该暴雨过程中不同尺度的天气系统演变、不同物理过程发展都可表现为位涡及其扰动变化与传播,相应高空槽及高空急流东移引起的对流层高层正位涡扰动,锋面、低涡和暴雨释放潜热的发展在对流层低层表现为沿锋区正位涡扰动带。利用位涡反演技术,根据位涡及其扰动分布可以研究梅雨锋暴雨发展平衡动力过程和不同物理过程、天气系统对暴雨发展的影响,尤其是在一定程度上可对潜热释放作用进行定量化分析。  潜热释放是梅雨锋暴雨形成和发展中最为重要的过程。长江中下游地区形成暴雨的深厚对流系统由于其加热中心位于对流层中低层,对流引起的潜热释放主要增加低层锋区位涡,增强梅雨锋系统,进而提高潜热向位涡转化的效率,促进对流系统爆发性发展,对流过程与梅雨锋系统之间的这一正反馈机制是暴雨的主要成因。其次,绝热过程对梅雨锋和暴雨发展的作用不可忽略,等熵面位涡平流输送影响位涡沿锋面的非均匀分布,局地锋生过程与大气绝热过程有一定关系,表明绝热过程对锋区降水非均匀分布的影响。  在梅雨锋暴雨形成过程中,低涡东移作用显著。低涡通过对锋面动力增强作用,主要是增强了锋区的垂直涡度和低层辐合上升运动,进一步促进锋区对流组织化发展,同时提高了潜热释放向位涡转化的效率,增强对流-梅雨锋之间正反馈作用。  高空冷空气增强南下可以引起高空槽加深和高空急流增强,高空急流对锋面直接的动力影响比较弱,主要是通过间接作用过程:高空急流在其右后方或入口区形成高空辐散有利于低层锋区上升运动发展。低空急流对锋面涡度增加的动力作用相对较小,其主要贡献是为对流发展提供水汽和热力条件保障。  锋区的垂直环流是本次梅雨锋暴雨发展多尺度系统相互作用、耦合的重要联系纽带。天气分析和平衡反演结果都表明锋区上空存在两支垂直环流系统,北侧热力直接环流下沉支显示冷空气下沉影响,其对暖湿空气的抬升和引起的高空辐散,促进了锋区对流发展;锋区南侧热力反环流下沉支在科氏力偏转作用下,使低层西南气流增速,导致低空急流形成和发展。
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