论文部分内容阅读
雷暴大风是我国暖季较频繁发生的一类灾害天气，其预报难度大。因此，需要对雷暴大风和产生雷暴大风的对流系统进行深入的研究。本论文首先使用2010-2014年全国地闪和重要天气报资料，从重要天气报中筛选出雷暴大风事件，并分析其时空分布特征。选取雷暴大风频发的华北地区作为本论文重点研究的区域。利用雷达组合反射率资料，研究了引发华北雷暴大风的对流系统的组织类型特征。然后，利用区域自动站每小时观测和再分析资料构建探空，研究了造成华北山区和平原雷暴大风对流系统的组织类型差异的原因，并且对比分析了华北山区和平原雷暴大风、普通雷暴、弱降水和无降水四类天气的大气背景环境条件差异。最后，基于统计结果，利用数值模拟开展了华北平原的典型雷暴大风发生过程和机理研究。本文的主要结论如下。 2010-2014年我国雷暴大风具有明显的季节变化和日变化，主要发生在我国东部低海拔地区暖季的午后至夜间，而西北和高原地区雷暴大风较少发生。华北北部和广东为我国雷暴大风的多发区，长江中下游为雷暴大风次多发区。春季广东为我国雷暴大风的多发区，而夏季雷暴大风在华北和广东两个地区频发。6月为全国和华北地区雷暴大风的峰值月份，广东地区雷暴大风的月变化呈现双峰型分布，峰值月份分别出现在5月和8月。雷暴大风也具有明显的日变化特征，多发于北京时的12时至20时。 针对我国雷暴大风最频发生的华北地区，对2010-2014年华北雷暴大风的对流组织进行分类研究。华北雷暴大风对流系统的组织类型可分为六类，分别为:多单体(35.4％)、飑线(18.4％)、非线性对流(17.8％)、破碎线性对流(11.6％)、单体(1.2％)和弓形回波(0.5％)。飑线和破碎线性两类组织类型的雷暴大风都是6月份最多发生，而其他四类峰值月份都为7月。华北山区的雷暴大风明显多于平原，特别是在山西北部至张家口一带。山区雷暴大风多由组织性较弱的多单体对流组织引发，而平原地区的雷暴大风多由组织性强的线性对流产生。研究表明平原地区雷暴大风的大气可降水量、对流有效位能及垂直风切变更强。此外，地形可能是影响华北雷暴大风对流系统的组织类型的一个重要因子。 为了揭示有利于华北雷暴大风发生的大气环境特征，对比分析了平原和山区无降水、弱降水、普通雷暴以及雷暴大风四类天气的背景环境条件。结果表明四类天气背景环境条件存在一定的差异。(1)水汽条件:发生雷暴大风时的大气可降水量大于弱降水和无降水两组样本，与普通雷暴相比雷暴大风的大气可降水量偏小，且雷暴大风发生时的大气中低层相对偏干，使得抬升凝结高度高于普通雷暴。(2)热力条件:雷暴大风发生时的大气最不稳定，其中抬升指数和对流有效位能两个变量在四类样本中有很好的区分度，且雷暴大风的下沉对流有效位能明显大于其他三类天气。(3)动力条件:0-3km垂直风切变、0-6km垂直风切变以及低层相对螺旋度在四类样本中的差异较小，表明华北四类天气的动力条件差异小于热力条件。 基于大量雷暴大风样本的统计特征，通过真实和半理想数值模拟研究了华北平原典型雷暴大风发生的机制。雷暴大风发生时段，对流西侧的中层水平动量受到强的垂直上升气流的影响，使得部分水平气流转为下沉气流，中低层相对较干的环境有利于下沉气流的蒸发冷却，导致在边界层产生强的负浮力，增强了下沉气流。同时在近地面密度流的共同作用下，产生地面大风。