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华南的前汛期暴雨过程持续时间长且分布极不均匀。对2008年前汛期广东省最强的“2008.6.13”珠三角暖区强降水的中小尺度系统和动力热力机制进行研究,将有助于对华南前汛期暖区暴雨的认识和预报能力的提高。这次过程中广州出现了大暴雨,以广州为中心的珠三角人口密集,由于人类生产、生活向大气排放大量的热量(称为人为热),目前针对人为热对降水影响的研究较少,以这一过程为例开展人为热对降水影响的研究具有开创性的意义。
针对上面的研究目的,首先利用广东中尺度自动站3年资料对广东省及广州市降水的空间分布进行统计。然后利用常规观测资料和多普勒雷达资料分析了此次珠三角暖区强降水产生的天气背景和强降水期间强回波的移动特性。下一步利用WRFV2.2中尺度模式对强降水过程进行模拟,揭示强降水的动力和热力机制,重点对强降水过程中等压面湿位涡的演变进行分析。最后通过修正WRFV2.2模式中的PBL模块,在广州地区加入人为热,进行人为热对降水影响的模拟试验。通过上面工作得出以下结论:
(1)“2008.6.13”暖区强降水期间,珠三角低层处切变线南侧的偏南气流强风速辐合区中,积累了大量的能量,同时500hPa西风槽东移,高层200hPa处南压高压前强辐散场,低层辐合高层辐散的配置十分有利于强对流的发展和维持。在强降水的前期强回波从珠江三角洲南部向东北方向移动,后期强回波自三角洲南部向东东北方向移动,强回波连续影响珠三角。
(2)对模式输出结果进行分析,由于700hPa以下辐合,在22~25°N,112~115°E长时间维持高湿气柱。能量场表现为珠三角到南海上空长时间维持狭长的高能量带,不断有高能量区沿着西南气流向珠三角地区挺进,使得珠三角地区长时间维持不稳定状态。700hPa以上为辐散,强辐散在200hPa附近。当低层辐合与高层辐散相遇,产生大范围的深厚的上升运动,并有补偿下沉运动相伴,形成垂直环流,使得强降水可以维持。当上升区逐渐向东移动,强降水随之东移。
(3)利用模式输出结果分析了等压面上湿位涡(MPV)、湿位涡的垂直分量(MPV1)、湿位涡的水平分量(MPV2)。强降水期间,低层(850hPa)狭长的MPV负值区沿西南气流北上影响珠三角地区,MPV负值区长时间控制珠三角地区;高层200hPaMPV正值区频繁沿西北气流南下,连续影响珠三角地区。当高空的MPV正异常区遭遇低空的负异常区时,激发不稳定能量的释放,产生强降水。在整个过程中MPV1和MPV2有不同的演变趋势,可揭示强降水期间低层的斜压系统和对流不稳定的变化。
(4)根据三年自动站资料统计表明广州地区雨量分布极不均匀,而广州市区在各个季节都处于少雨带。针对此次过程,在广州地区加入人为热进行模拟试验,结果表明几百公里范围内,从低层到高层的雨量和风场都发生变化。广州地区加入人为热前后的雨量变化并不是一致的正值或负值,而是同时有正值区和负值区出现,绝对值最大达30mm,变化了接近30%,但在关键区内雨量变化的平均值为仅3.5mm,约为3%。在这一次过程中,加入人为热以后,广州地区雨区的分布形态与实况更接近。