登陸臺風(fēng)短時暴雨中的中β尺度輻合線研究.pdf

1、我國是一個多臺風(fēng)的國家，而浙江省又是我國每年遭受臺風(fēng)災(zāi)害最嚴(yán)重的沿海省份之一.為了能深入了解嚴(yán)重影響浙江地區(qū)的強(qiáng)臺風(fēng)短時暴雨天氣的發(fā)生發(fā)展機(jī)制以及在發(fā)生演變過程中的影響因子，揭示暴雨的地面啟動機(jī)制，并為精細(xì)化預(yù)報提供科學(xué)依據(jù)，本文利用中尺度數(shù)值模式WRF(Weather Rearch Forecast)對近年來嚴(yán)重影響浙江省的強(qiáng)臺風(fēng)短時暴雨個例進(jìn)行模擬，結(jié)合WRF-Var三維變分系統(tǒng)每6小時一次將常規(guī)觀測資料、雷達(dá)反射率和徑向速度資料同

2、化到模式中，用以改進(jìn)模擬結(jié)果.對比多種方案的模擬結(jié)果和實況驗證表明，WRF能夠較好地模擬出臺風(fēng)中尺度短時暴雨過程，對臺風(fēng)路徑、臺風(fēng)強(qiáng)度變化和降水的模擬基本符合實況，能夠反映臺風(fēng)實際的演變過程；同化實況資料能在一定程度上明顯改進(jìn)模擬效果，是提高模擬精度的一種有效途徑。
　　 利用模式輸出的高時空分辨率結(jié)果進(jìn)行診斷分析發(fā)現(xiàn)，暴雨發(fā)生前低層有氣流的匯合，高層有氣流的輻散，有利于上升運(yùn)動的維持和加強(qiáng)，為暴雨的發(fā)生提供了有利的環(huán)境條件；暴

3、雨區(qū)的水汽來源為臺風(fēng)東北象限的低空東南風(fēng)急流，當(dāng)急流靠近暴雨區(qū)時，能直接將水汽源源不斷地輸送而來，但當(dāng)急流距離較遠(yuǎn)時，水汽會經(jīng)由其他氣流輸送到暴雨區(qū).在暴雨發(fā)生期間近地面邊界層中會出現(xiàn)中。D尺度強(qiáng)輻合帶，同時在實況雷達(dá)回波上顯示為強(qiáng)回波帶，沿著輻合帶在下一小時會出現(xiàn)強(qiáng)降水，雨帶的分布、移動和發(fā)展隨輻合帶變化而出現(xiàn)相應(yīng)變化.不同臺風(fēng)中的中尺度強(qiáng)輻合帶的發(fā)展高度各不相同，但輻合帶上的強(qiáng)輻合中心區(qū)域都分布在近地面和邊界層頂之間，輻合在垂直方向

4、上有時會隨高度向臺風(fēng)外圍方向傾斜.強(qiáng)輻合中心頂部有低空急流，輻合區(qū)內(nèi)有氣流匯合上升.研究還發(fā)現(xiàn)，輻合在垂直方向上的發(fā)展和分布是由輻合在垂直方向上的軸線決定的，輻合帶在垂直方向上沿著這條軸線分布，輻合帶的發(fā)展高度受垂直軸線高度的影響和制約，輻合的垂直軸線出現(xiàn)在水平風(fēng)梯度小于-1.2×10-S-1叫的區(qū)域內(nèi)，輻合垂直軸線一般在近地面開始出現(xiàn)，隨后便向上發(fā)展.在向上發(fā)展的過程中，可能會出現(xiàn)向臺風(fēng)環(huán)流外圍方向傾斜或水平轉(zhuǎn)向的特點，有時則會基本保

5、持直立狀態(tài)；有時輻合垂直軸線到達(dá)邊界層頂高度后，便會停止發(fā)展，而有時則會繼續(xù)向上發(fā)展到對流層中低層.產(chǎn)生輻合垂直軸線的原因主要有兩種：一種是由不同方向氣流分量之間直接相向匯合形成的，另一種是由于同方向氣流的風(fēng)速遞減導(dǎo)致空氣質(zhì)點堆積，由此產(chǎn)生輻合，匯合氣流基本都來自臺風(fēng)環(huán)流中的低空東南風(fēng)急流。
　　 研究結(jié)果還顯示，臺風(fēng)短時暴雨的觸發(fā)機(jī)制主要三種情況：一種是“高能舌”型.這種類型的熱力能量場由于有弱濕冷空氣的侵入，會在暴雨區(qū)邊界層

6、內(nèi)出現(xiàn)向上凸起的相當(dāng)位溫高值區(qū)，暖濕空氣在輻合的作用下產(chǎn)生上升運(yùn)動，快速釋放出水汽和能量，觸發(fā)對流的發(fā)生；同時冷空氣與下層暖濕空氣在邊界層內(nèi)形成“上冷下暖”的不穩(wěn)定層結(jié)，輻合的形成能觸層結(jié)中不穩(wěn)定能量的釋放，進(jìn)一步促進(jìn)對流天氣的發(fā)展.另一種是“能量鋒”型.這是由于不同屬性的較強(qiáng)的干冷和暖濕氣流在暴雨區(qū)匯合，產(chǎn)生很高的相當(dāng)位溫梯度，從而在暴雨區(qū)出現(xiàn)能量鋒區(qū)，在能量鋒區(qū)的驅(qū)動作用下，暖濕空氣沿著鋒面爬升并釋放能量和水汽，觸發(fā)對流的發(fā)生.產(chǎn)生

7、降水后氣流冷卻下沉達(dá)到近地面，一方面加強(qiáng)了地面冷空氣，使能量鋒區(qū)得到維持；另一方面氣流下層后流回到上升區(qū)，與上升的暖濕氣流構(gòu)成中尺度垂直環(huán)流圈，并在邊界層內(nèi)形成強(qiáng)輻合，進(jìn)一步促進(jìn)氣流的上升運(yùn)動，對對流運(yùn)動起到正反饋作用.第三種類型是“強(qiáng)迫抬升”型.在這種情況下，邊界層內(nèi)都是具有高相當(dāng)位溫的暖濕氣流，屬性單一，層結(jié)穩(wěn)定，雖然蘊(yùn)含有豐富的水汽和能量，但是沒有外力的作用下，不容易觸發(fā)對流天氣.因此，只有當(dāng)暴雨區(qū)內(nèi)出現(xiàn)較強(qiáng)的輻合時，才能提供一個

8、強(qiáng)沖擊力，使暖濕氣流被迫抬升，觸發(fā)對流的發(fā)生，開始產(chǎn)生降水，當(dāng)氣流上升到邊界層以上時，由于產(chǎn)生降水釋放出凝結(jié)潛熱使該高度上的空氣加熱，進(jìn)一步促進(jìn)了上升運(yùn)動的發(fā)展，同時還與對流層中層冷空氣構(gòu)成不穩(wěn)定層結(jié)，對對流起到了一個正反饋作用，使降水出現(xiàn)增幅，除此之外，暴雨區(qū)強(qiáng)輻合帶上還都對應(yīng)有強(qiáng)的正相對渦度區(qū)，渦度正中心總是分布在近地面強(qiáng)輻合中心頂部，渦度正值區(qū)域的范圍不僅覆蓋了近地面的輻合區(qū)，還一直向上延伸到了輻散中心所在的高度，為暴雨的持續(xù)提供