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处于青藏高原东南坡的西南地区具有特殊的地理位置、地形和下垫面条件,区域性天气具有其特殊的机制。本文按照观测事实分析、诊断分析、数值模拟的思路,对春季西南热低压进行了分析研究,得到一些有意义的结论。
将西南地区热低压按其形成源地划分为:北方移入型(N型)和本地生成型(L型),两类热低压出现的概率大致相当。L型热低压在本地生成、发展、消亡,N型热低压大多数在我国西南地区被填塞,说明热低压具有明显的地域性,我国西南地区是热低压的源,同时也是热低压的汇。
通过定义的热低压指数,对西南热低压的观测事实进行分析,结果表明热低压主要形成于地形鞍型场附近,存在明显的日变化现象,在白天发展,午后到达最强,夜间减弱,凌晨前后最弱。4月份热低压出现频率最高而5月份的热低压最强,热低压强度有逐年增强的趋势。
热低压是导致我国西南地区春季高温天气的主要天气系统,有70％的热低压天气过程控制区域内会出现35℃以上的高温天气。热低压控制区最高温度与热低压过程持续时间呈明显的正相关。热低压在贵州填塞时经常会导致暴雨及冰雹等强对流天气,其中热低压在贵州被填塞时产生暴雨天气的概率为49％,产生冰雹天气的概率为54％,同时产生暴雨和冰雹天气的概率为37％。热低压填塞时产生暴雨或冰雹的落区主要位于热低压东西向轴线的东段附近地区,该地区地面明显表现为南北风的切变,同时也是能量锋区位置。
热低压的移动与锋面的移动相互关联,热低压的日变化以及地形的共同作用造成锋面南下过程中的的不连续传播。热低压生成和发展初期,大气层结处于稳定状态,随后大气层结不稳定性从热低压的南部开始发展,填塞时热低压控制区大气层结很不稳定,最不稳定区域位于热低压中心偏南的位置。热低压的维持使大气层结积累大量的对流有效位能,为强对流天气的发生提供能量条件。
热低压为浅薄的中尺度系统,具有暖心结构,干区深厚,发展强盛的热低压系统可以伸展到750hPa。N型热低压中心大气基本无垂直运动,L型热低压中心为明显下沉气流,两类热低压北侧存在一支强的上升气流,N型热低压为向北倾斜升气流,而L型热低压上升气流基本上呈垂直状态。
热低压控制区整层为正涡度区,N型热低压整层大气为弱的辐合,L型低层辐合,中高层辐合辐散较弱；热低压控制区600hPa高度以下层结为呈弱对流性不稳定,以上呈对流性稳定。L型热低压控制区层结稳定性表现出明显的日变化特征,白天不稳定度明显高于夜间。
利用WRF中尺度数值模式成功地模拟了一次热低压天气过程的生成,模拟的结果成功再现了热低压系统三维流场,得到了更为清晰的热低压系统的空间结构和发展演变过程。低压生成后,在原地发展,并且是从地面向低空逐渐发展起来的。南支槽前的西南气流在向东传播过程中,受云贵高原的地形作用,造成了局地的下沉增温降压；西南气流带来局地的暖平流,引起地面的降压、增温,有利于热低压的生成。
通过敏感性数值试验,发现辐射与热低压的强度、伸展高度、发展和维持有重要关系。在模式中改变下垫面地形高度敏感性试验结果表明,云贵高原的地形阻挡和特定的地形高度,使得地面热低压能够在西南地区生成和发展起来,并得以维持。
本文的创新点在于:1.对热低压进行量化研究,如定义热低压指数分析热低压与高温、冰雹、强降水等灾害性天气的量化关系,使对热低压的研究从定性上升到定量。2.采用了多种研究方法,包括统计分析、合成分析、诊断分析、数值模拟、敏感性试验,深入、全面的研究对热低压有了系统性的认识。