华南沿海线状对流的降水特征及形成机理研究

论文摘要

大量观测表明,在华南北部或长江流域有锋面雨带东移南下过程中,华南海岸线附近通常会发生一类α/β中尺度线状对流,其造成的降水具有很强突发性,24小时雨量在300mm以上,给预报带来很大挑战性。本文采用大量常规、非常规多源观测资料与ERA-Interim再分析资料针对该类线状对流事件（LCEs）开展统计分析研究。首先对LCEs的时空分布、降水性质和特点及其与锋面的关系等方面特征进行梳理,然后对比分析珠江三角洲、阳江和汕尾三个LCEs高频区的天气尺度环流背景与中尺度环境条件,从其关键环境特征与物理参数提取有效的预报判断依据。最后从LCEs的对流触发、线状模态演变过程及成因等方面进行综合分析,凝练了不同区域LCEs对流触发与传播、线状形态演变过程的基本概念模型,并通过典型个例创新性解释了汕尾区域线状对流组织化维持及强降雨持续时间长的热动力机制。主要结论可概括为以下:（1）LCEs通常发生在地面冷锋锋前200600km的华南海岸线附近,有广东阳江、珠江三角洲和汕尾三个高频区。主要发生在华南前汛期、南海夏季风活跃阶段。LCEs造成的对流性降水具有双峰型、多峰型（持续活跃型）两种基本特征。不同高频区LCEs造成的短时强降水大值中心分布是由于其海岸线附近的低矮丘陵及其构成的中小尺度河谷差异引起。其造成的降水具有突发性强、局地性明显、持续时间长、降水强度大、对流性质显著等特点。（2）LCEs是一类弱天气尺度强迫条件下的β中尺度对流事件。基于统计对比分析,提取并凝练了一套有效的业务判断依据:当锋面东移南压过程中,华南沿海中尺度环境条件若满足KI>34℃、SI<0℃、LI<-2℃、PWAT>50mm,则较大可能会有LCEs发生,可弥补现有数值模式对此类天气事件预报能力的不足。（3）华南沿岸复杂地形条件、曲折海岸线及其引起的热动力差异是不同LCEs高频区对流触发的共性特征。“港湾效应”造成的局地小尺度辐合对阳江沿海侧向排列的中尺度波列形成起关键作用。珠江三角洲早晨城市热岛效应迅速发展可诱生海岸辐合线,并引起海岸对流触发。山谷风、海陆风两种不同类型的中尺度环流转换滞后时间差及相互耦合对汕尾早晨对流触发起决定性作用。（4）锋面雨带与LCEs的降水性质差异来源于边界层的水汽平流及辐合和垂直水汽梯度。夜间华南沿岸边界层急流加强导致垂直风切变增强,从而引起的水平涡管在原先对流基础上发生倾斜转化,造成双涡度叠加,是夜间LCEs的维持的动力机制。对流释放的潜热对LCEs有明显的正反馈和热力驱动作用,这种热力作用对LCEs的垂直上升速度有38.5%75.1%的贡献。

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第一章绪论

1.1 研究背景概述

1.2 国内外研究现状与进展

1.2.1 华南暴雨的类型、特点与环流背景场

1.2.2 华南暴雨的中尺度环境场条件

1.2.3 华南对流的触发、传播维持与组织模态问题

1.2.3.1 华南暴雨的对流触发机制

1.2.3.2 华南暴雨持续性及对流传播、维持机理

1.2.3.3 华南对流组织模态与传播形式

1.3 文章的研究意义与创新点

1.3.1 现有研究不足与本文研究意义

1.3.2 本研究的亮点与创新点

1.4 本文的研究内容与章节安排

第二章资料与分析方法

2.1 数据资料介绍

2.1.1 地面与高空常规观测资料

2.1.2 地面、卫星与雷达等非常规观测资料

2.1.3 ERA-Interim再分析资料

2.1.4 地形数据资料

2.2 分析方法

2.2.1 研究个例的挑选及极端降水事件的定义

2.2.2 华南前汛期起始与结束日期、南海夏季风爆发日期的确定

2.2.3 关键物理量参数的计算方法

第三章线状对流的时空分布、降水特征及与锋面的关系

3.1 线状对流的空间特征及与锋面的联系

3.1.1 线状对流活动高频区的位置特征

3.1.2 与锋面相对位置、走向及距离关系

3.2 时间分布特征及与华南前汛期、南海季风爆发的联系

3.3 过程总雨量特征、日变化特征与对流性质

3.3.1 过程累积雨量的分布特征与极大值中心

3.3.2 降水日变化特征与持续时间

3.3.3 不同区域线状对流降水的性质

3.4 线状对流不同等级短时强降水的贡献率与极端降水分布

3.5 本章结论

第四章线状对流的天气尺度背景与中尺度环境场条件

4.1 弱天气尺度强迫的环流背景

4.2 高温高湿中尺度环境特征

4.3 暖湿条件下持续不稳定的大气结构

4.4 动力不稳定条件对不同区域线状对流的强迫作用

4.4.1 深层垂直风切变对线状对流的组织化作用

4.4.2 双低空急流的耦合对线状对流的维持效应

4.5 基于沿海探空的关键物理参数特征

4.6 沿海无线状对流的环境场特征及关键物理参数

4.7 本章结论

第五章线状对流触发、传播维持及组织演变特征

5.1 阳江区域对流触发与线状组织演变分析

5.1.1 夜间离谷风与向岸风辐合触发对流

5.1.2 港湾效应与侧向中尺度波列

5.2 珠江三角洲区域对流触发与线状模态成因分析

5.2.1 港湾地形与城市热岛诱生双辐合线触发对流

5.2.2 出流边界的后向传播过程与线状模态的形成

5.3 汕尾区域对流触发及线状对流组织过程分析

5.3.1 山风效应与海风效应叠加触发对流

5.3.2 港湾暖湿空气聚拢与河谷冷堆持续定点触发

5.4 本章结论

第六章 2017 年沿海线状对流引发的极端降水事件分析

6.1 引言

6.2 过程介绍与降水特点

6.3 锋面雨带与线状对流的环境场条件

6.3.1 边界层环境湿度及水汽输送

6.3.2 显著的大气层结稳定度差异

6.4 对流的触发与地面中尺度特征

6.4.1 初始对流触发机制的探讨

6.4.2 降雨突然增强的中尺度特征

6.5 线状对流维持的热动力机制分析

6.5.1 水平、垂直风速切变引起垂直涡度发展

6.5.2 凝结潜热释放的热力驱动作用

6.6 本章结论

第七章结论与展望

7.1 文章主要结论

7.2 讨论与展望

参考文献

作者在读期间科研成果简介

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 曾智琳

导师: 朱克云,谌芸

关键词: 线状对流事件,降水特征,触发与维持,组织演变

来源: 成都信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 成都信息工程大学

分类号: P426.6

DOI: 10.27716/d.cnki.gcdxx.2019.000064

总页数: 91

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