论文部分内容阅读
本文对2004年6月23~24日发生在湖南西部、北部的暴雨过程和2006年6月29日~7月5日的江淮暴雨过程进行了观测分析及数值模拟研究。利用NCEP分析资料、各种常规和非常规观测资料(如地面自动雨量站资料、卫星和雷达资料等),分析了两次暴雨发生的大尺度背景条件、环境特征及其动力机制,并进一步利用云分辨模式研究了暴雨降水系统的对流、层状降水的云宏微观结构,从而了解降水机制及其主要云物理过程,从云物理过程的角度研究暴雨生成、发展的机制。并通过敏感性试验,研究了冰相微物理过程和垂直风切变对地面降水过程的影响。分析结果表明,2004年6月23到24日湖南暴雨过程是在亚欧中高纬阻塞形势维持下,东北低涡携带的冷空气与西南低涡南侧的暖湿气流在西南低涡东侧的切变线附近交汇,产生深厚MCS而造成的。此次地面降水过程根据地面雨强的发展分为初始、成熟和衰退阶段进行讨论,其主要特征是:地面降水的主要来源是水汽辐合,层云和对流降水区的水汽辐合均主要发生在初始和成熟阶段,且初始阶段略大于成熟阶段。初始阶段,区域平均水汽辐合提供的水汽主要加湿环境和生成局地水凝物,此阶段降水较小;云的生成速度较快是此阶段云微物理过程的最大特征,雨水的蒸发是降水的主要消耗机制。成熟阶段,水汽辐合的时空平均量相对初始阶段略小,但局地水汽变化从初始阶段的局地水汽增加转为成熟阶段的局地水汽减小,局地水凝物生成相对初始阶段大幅度减小,这使得成熟阶段的地面雨强相对初始阶段大幅度增加;成熟阶段云微物理过程最显著的特征是:固态水凝物含量及相关微物理过程转化量增加,生成降水显著增强,主要的原因是:凝结形成云水的过程速率为初始阶段的近2倍,凝华产生冰粒子速率为初始阶段的3倍。消散阶段,层云和对流降水区水汽辐合的减小直接导致地面雨强减小,层云降水区局地大气变干是此阶段降水主要贡献项,对流降水区的水汽辐合仍是降水的主要来源;此阶段的水汽凝结和凝华率为成熟阶段的1/4,雨水碰并云水在整个云降水过程中最小,同时雨水蒸发消耗最小,使地面雨强相对初始阶段大,云、冰、雪、霰均被消耗,转化为降水。2006年6月29日到7月5日发生在江淮附近的暴雨过程,是中高纬两次两槽一脊形势调整下发生。这次暴雨过程由4次相对独立的暴雨组成,根据暴雨的发生时段和降水特征,将分别出现在6月29日11时—18时、6月29日23时—7月1日17时、7月2日9时—3日12时、7月4日02时—4日22时的暴雨分别称为A、B、C、D。研究发现,降水A、B,C以对流性降水为主,其一般特征是:对流性降水对总地面雨强的贡献大于50%,区域、时间平均水汽辐合是决定区域平均地面雨强的决定性因子。降水A以较短生命史的降水为主,其局地大气变干和水汽辐散较B和C大;在降水区,降水A局地水凝物变化是B、C的2倍以上。降水D以层云降水为主,局地水汽减小是地面降水的主要来源。云微物理过程方面,降水A~C的水汽凝华成冰率为水汽凝结率1/5,霰碰冻云水成霰速率较雪通过相关微物理过程转化成霰率略大,雨水碰并云水和霰融化成雨过程是最主要的成雨过程,且两过程大小差值在20%内;降水D中的水汽凝华率为水汽凝结率的64%,霰碰冻云水成霰率仅为雪结晶和霰雪碰并的1/7,霰融化成雨的速率相对雨水碰并云水率多30%,水汽冻结成霰过程相对A~C不明显。降水A~D中,B的雨滴蒸发率最小,降水A的霰粒子增长速度最大。以NCEP资料为初始场,分别对两个例进行冰相微物理过程和垂直风切变的敏感性试验。积分过程中不考虑冰相微粒的冰相微物理过程敏感试验与控制试验进行对比分析,发现:无冰相粒子参与的过程影响较大的区域平均的温、湿特征,无冰相过程时,凝结潜热使500hPa以上温度相对有冰相过程更低,而500hPa以下偏高,辐射影响的温度变化则在300hPa更低;影响湿度变化的关键因子是净凝结的作用,但冰相敏感试验区域、时间平均的温、湿度变化与控制试验的偏差根据个例而不同。无冰相微物理过程时,各降水云区发生变化,主要影响了水汽辐合大小和局地水汽变化,从而导致地面雨强的变化。无冰相微物理过程时,对流降水云团云顶高度相对有冰相过程偏低,强雷达反射率因子出现的高度偏低,强度偏弱。垂直风切变试验表明,无垂直风切变,影响较大的是降水的分布特征,对流性降水雨区的传播速度减小,其传播距离和生命史均减小,特别是对于连续性东传的降水过程,这种影响尤为明显;对流降水云团发展旺盛时的云顶高度减小,模拟的雷达反射率因子及出现高度都减小,而地面雨强的变化幅度不大,对温、湿特征影响不大。