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两种尺度低涡背景下MCS中β尺度强对流带的成因分析

2020-12-08阅读(854)

两种尺度低涡背景下MCS中β尺度强对流带的成因分析

论文摘要

本文利用WRF中尺度数值模式,NCEP/NCAR再分析资料、多普勒雷达观测资料等,对2015年8月3日发生在山东地区附近的一次两种尺度低涡影响下的MCS过程进行数值模拟、潜热敏感性试验和对比分析,研究了此次过程中中尺度低涡发生发展的原因和两种尺度低涡背景下MCS中β尺度强对流带的演变成因及涡度结构。结果表明:（1）在天气尺度的东北冷涡槽前,高层高空急流入口区右侧存在强辐散场,低层有不稳定能量释放为中尺度低涡以及对流发生提供有利背景场,低层低涡发展演变引起MCS的形成,其中伴随着中β尺度强对流带转向、合并以及弓状弯曲和暴雨的加强。（2）分析中尺度低涡涡度收支可知,中尺度低涡形成和发展时期,低层正涡度主要受到水平散度项和垂直平流项的影响,水平散度项作用更大,中层正涡度主要受到垂直平流项的影响,由于两项的正贡献作用,中低层正涡度增加,低涡发展;中尺度低涡减弱时期,中低层水平散度项减弱,垂直输送项变为负值,正涡度制造减弱,负涡度制造增加,低涡消亡。（3）MCS发展过程中,扰动有效位能的增加主要由于潜热释放作用和周围环境纬向平均有效位能向扰动有效位能转化,之后扰动有效位能通过冷暖空气的垂直运动向扰动动能转化,扰动动能的增加促进强对流发展。环境场不仅为强对流的发展提供能量,环境风场的变化也是影响强对流带演变的重要原因。（4）分析MCS中β尺度强对流带的演变发展可知,在天气尺度低涡的背景下,低层中尺度低涡切变导致多条中β尺度对流带以及小槽出现,当小槽中流场由西风-西南风变为西北风-西南风切变时,中β尺度强对流带发展并伴随小槽转竖,强对流带上南北风的加强是对流带转竖的关键;由涡度方程分析,低层倾侧项对正的垂直涡度贡献最大,倾侧项中,水平涡度在垂直速度的作用下,在强对流区的前部有向正涡度的转换,在对流带合并前这种正涡度可延伸至另一个小槽中,使两个小槽的正涡度区加强合并,小槽和强对流带合并,小槽加深,槽前后南北风分别加大;在强对流带的后部为负涡度区,散度项对负涡度的贡献较大,在对流带合并期间后部散度项引起的负涡度区加大,反气旋扰动加强,导致强对流带出现弓状弯曲。同时分析强对流带涡度结构,对流带中前部水平涡度矢量呈逆时针旋转,对应强上升运动,使得垂直速度在水平方向上切变增大,倾侧项正贡献加大,水平涡度向垂直涡度转化,再通过垂直平流,将低层垂直涡度向上输送,促使对流加强发展。（5）对流强盛前关闭潜热,导致三维风场改变,小槽减弱,扰动场分布散乱,正垂直涡度区主要与下沉运动区对应,垂直涡度无法向上输送,强对流带迅速减弱消失。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究的目的及意义
  •   1.2 国内外研究进展
  •     1.2.1 中β尺度强对流与降水
  •     1.2.2 东北冷涡与强对流
  •     1.2.3 中尺度系统与强对流
  •     1.2.4 水平涡度与强对流
  •   1.3 研究内容、资料及方法
  •     1.3.1 研究内容
  •     1.3.2 研究资料
  •     1.3.3 研究方法
  • 第二章 降水概况及环流背景场分析
  •   2.1 降水概况
  •   2.2 背景场分析
  •     2.2.1 天气形势分析
  •     2.2.2 中尺度低涡分析
  •     2.2.3 水汽输送和不稳定能量分布
  •   2.3 实况雷达资料分析
  •   2.4 实况云顶亮温演变分析
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 模式方案设计及模拟结果对比
  •   3.1 WRF中尺度数值模式简介
  •   3.2 模式方案设计
  •   3.3 模拟结果检验
  •     3.3.1 降水过程的模拟
  •     3.3.2 背景场的模拟
  •       3.3.2.1 天气形势的模拟
  •       3.3.2.2 中尺度低涡的模拟
  •     3.3.3 雷达回波的模拟
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 中尺度低涡和MCS的涡度与能量分析
  •   4.1 中尺度低涡涡度收支分析
  •     4.1.1 局地相对涡度变化
  •     4.1.2 涡度方程各项贡献分析
  •     4.1.3 涡度方程各项变化分析
  •   4.2 强对流带能量收支分析
  •   4.3 本章小结
  • 第五章 MCS中β尺度强对流带演变成因及涡度结构分析
  •   5.1 中β尺度强对流带转竖及原因
  •   5.2 中β尺度强对流带合并及原因
  •     5.2.1 滤波分析强对流带合并过程
  •     5.2.2 涡度方程分析合并原因
  •   5.3 锋生函数分析
  •   5.4 涡度结构分析
  •   5.5 潜热敏感性试验
  •   5.6 本章小结
  • 第六章 结论与展望
  •   6.1 主要研究结论
  •   6.2 问题与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者简介

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 乔娜

    导师: 沈新勇,丁治英

    关键词: 中尺度强对流带,东北冷涡,中尺度低涡,涡度收支,潜热

    来源: 南京信息工程大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 气象学,气象学,气象学

    单位: 南京信息工程大学

    基金: 国家自然科学基金项目(41530427,41475039),国家重点研发计划(2016YFC0203301),国家重点基础研究发展计划(2015CB453201),中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室(2015LASW-A07)

    分类号: P458.12;P43

    DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000245

    总页数: 68

    文件大小: 23161K

    下载量: 24

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