2008年初粤北冻雨的云物理特征和成灾机理的精细模拟研究

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2008年初的雨雪冰冻天气给粤北造成了巨大损失。本文重点对粤北冻雨的局地天气特征以及历史相似个例进行了对比研究,并利用中尺度模式MM5和微气象模式CALMET的高分辨率模拟结果,分析了1月26日前后冻雨的云物理特征和京珠高速粤北段的冻雨成灾机理。有以下结论: (1)大气逆温层结构特征是形成粤北灾情特征的直接原因。从1月13日到2月6日,整个过程粤北大气逆温层结构特征明显。在950hPa以下,温度大于O℃,950-900hPa之间,温度低于O℃;而在900-650hPa之间,出现0-8℃的逆温层。灾情严重的区域主要集中在海拔300~1300 m,低于300m和高于1300m的地区,灾情明显减小。过程的逆温层是在冷暖平流共同作用下形成和维持的。粤北的逆温层有一个不同于其它地方的特点,有时候其上空有三个0℃层。 (2)温度层结的结构变化与风场和降雨有关。每次降雨出现伴随着一次低层冷空气的加强抬升过程,降雨发生前逆温层高度降低、厚度变薄。降雨发生时低层冷舌抬升,高层暖舌变薄。降雨发生后在对流层中层产生的凝结潜热释放,可以加热大气,逆温层增强变厚,对逆温层的维持有正的反馈作用。 (3)2008年初低温雨雪冰冻天气过程都是非对流性降水。具有详细云物理过程的中尺度模式MM5对粤北冻雨有较好的模拟能力,模式中的Goddard云物理方案的模拟结果要优于Reisner方案和Reisner2方案。MM5和CALMET模式的模拟试验结果表明,粤北地形复杂,高分辨率的模式设计可以提高粤北冻雨的数值预报效果。 (4)粤北冻雨过程固、液、气三相粒子同时存在,雨水的质量密度的时间演变与地面降水的强度变化特征相关性最好。水汽的质量密度最大。整个冻雨过程中水汽的质量密度量值变化不大,平流和辐合为维持水汽的平衡起主要作用。 (5)京珠高速粤北段冻雨成灾的原因有三个方面:一是特殊的逆温层结构。在京珠高速粤北段大气逆温层特征明显,在400-500m以上,直到3500m,存在温度0-8℃的深厚逆温层,逆温层温度0-8℃。在400-500m高度以下,气温大致—2-0℃,这时雨水变成过冷水滴,落到地面时碰上固体物质(树枝、电线、泥土、水泥等)就冻结形成了冰。二是近地层受较长时间的低于0℃的冷空气控制。在1月25日到2月2日,1000hPa平均的温度0℃线正好压过粤北,京珠高速粤北段在低于0℃线以内。三是地形对冷空气在京珠高速粤北段的堆积非常有利:一方面高速公路是沿着地势较低的山谷修建的,所以高速公路本身就是一条冷空气通道,冷空气可以沿着高速公路南下到粤北;另一方面京珠高速粤北段附近的地形呈西北(宽)—东南(窄)的喇叭状,受地形阻挡,在冷高压控制下,有利于边界层冷空气在粤北停滞。
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