一次华北强对流风暴演变机制及其重力波特征研究
利用非静力平衡模式(MM5v3.5),对2001年8月22-23日发生在华北地区的一次强对流风暴过程进行了数值模拟.将模拟的云、风、压场和降水与实况资料进行对比检验,在控制模拟效果较为理想的情况下,结合卫星、Doppler雷达观测和常规天气资料,对整个对流风暴的发展演变过程进行分析,并着重对强对流风暴发生演变的热力、动力机制以及重力波特征进行了研究.主要结论如下:(1)利用恰当的物理方案和资料处理方法,MM5模式对该次强风暴的发生、演变过程进行了很好地模拟.该风暴是在以西北气流为主导的环流背景下产生的,低层增温,中高层降温和整层增湿是造成层结不稳定的重要原因.低层横槽切变是引发强对流发生的主要天气系统.上游地区对流引发的干冷下沉气流,沿太行山背风面下滑,形成的水跃型下坡风,是触发23日凌晨强风暴发生的直接动力机制.(2)太行山对华北强对流风暴的发生有重要作用.一方面,地形可引起边界层风场的变化,包括风垂直切变、下坡气流和中尺度辐合线,从而对风暴的启动、组织和移动发挥作用;另一方面,山脉背风波动和地形产生的不平衡气流,有利于中尺度重力波(MGWs)的产生和维持,并对下游地区强对流天气的发展产生影响.太行山地形触发的华北MGWs与美国中西部高原引发的MGWs具有相似的地形作用特征.(3)太行山地形强迫和对流是该次MGWs产生的重要机制,对流和切变不稳定为重力波的加强和维持提供能量来源.太行山地形作用产生的风场非地转运动,导致低层大气质量、动量重新调整,从而在对流层低层产生水平辐合、辐散流型和重力波动.强对流上升运动受高层稳定层结阻挡,可以激发中高层重力波;对流引发的中层潜热释放和湿下沉气流也使重力波增强.在地形强迫、对流和切变气流提供波能供给的情况下,即使大气层结不具有"波道"机制,低层MGWs仍可维持较长时间.(4)在对流初始发生和雷暴并合阶段,对流风暴和MGWs组成一个具有正反馈机制的耦合系统,两者以固定位相关系传播,wave-CISK机制使波动和对流共同增强.成熟阶段的对流风暴,由于中高层潜热释放和湿下沉气流进一步加强,波动传播加快;MGWs和对流风暴分离后,因无"波道"机制和波能供给,波幅逐渐减小.MGWs在触发新雷暴并将其组织成带状飑线系统过程中发挥作用,对冰雹和地面降水的分布也产生影响.
强对流风暴;中尺度重力波;数值模拟;华北地形作用
中国海洋大学
硕士
气象学
吴增茂
2003
中文
P445
52
2004-07-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）