【摘要】：本文基于觀測資料、對流尺度模式資料和數(shù)值模擬結果,圍繞梅雨鋒附近對流發(fā)生發(fā)展中的三個問題開展了研究。首先是降水的日變化特征,主要考察了梅雨鋒鋒面降水的日變化特征及其區(qū)域差異,同時討論了日變化的形成機制,并且提供了日變化區(qū)域性的理論依據(jù)。其次是對流的觸發(fā)機制(Convection Initiation,CⅡ),利用中小尺度數(shù)值模式ARPS,研究了梅雨鋒南側一個颮線個例中對流發(fā)展的三種不同的觸發(fā)過程。最后是帶狀對流的發(fā)展和組織化過程,結合理想試驗和實際個例的數(shù)值模擬,分析了維持對流持續(xù)發(fā)展和組織化為帶狀結構的機制。主要結論如下:(一)梅雨鋒面降水日變化及其形成機制長江中下游梅雨鋒面降水可劃分為南北兩個雨帶,雨帶有明顯的日變化,南雨帶有清晨和午后兩個峰值,北雨帶只有清晨的單峰,并且北雨帶的日變化超前于南雨帶。南北雨帶的不同體現(xiàn)了梅雨鋒降水日變化的區(qū)域差異。雨帶內降水的變化直接受凈水汽通量的控制,二者存在2-3小時的滯后相關性,體現(xiàn)了地面降水對水汽輸送的響應。雨帶內凈水汽通量主要來自于非地轉風的輸送,非地轉分量的輻合是主要的大尺度強迫。研究發(fā)現(xiàn),非地轉風(水汽通量)隨時間繞著地轉分量做順時針旋轉的,符合邊界層內的慣性振蕩理論(Blackadar機制)。午后,邊界層混合增強,邊界層內的摩擦對風場起減速作用,同時由于旋轉特征,非地轉風與地轉風反向,全風場變?yōu)榇蔚剞D的,相當于從雨帶抽離水汽,所以降水在午后到夜間顯著減弱(超過50%);自午夜到清晨,邊界層內摩擦拖曳作用減弱,非地轉風逐漸指向地轉風場,全風場變?yōu)槌剞D風,低層凈的水汽通量指向梅雨鋒區(qū)并逐漸達到最大值,持續(xù)的超地轉風也向鋒面區(qū)域輸送了更多的水汽,二者共同作用產(chǎn)生清晨的降水峰值。進一步通過二維線性運動方程模式解析解證實南北雨帶日變化(幅度)主要是Blackadar機制在起作用,同時發(fā)現(xiàn)Holton機制對日變化位相起作用,而海陸和山谷熱力環(huán)流對雨帶日變化也有著一定的影響。(二)梅雨鋒附近颮線發(fā)展過程中對流的觸發(fā)機制利用ARPS模式通過數(shù)值模擬方法研究了 2014年梅雨鋒南側一次颮線過程(IOP8)初始對流的觸發(fā)機制。颮線的形成源于梅雨鋒南側四個對流單體(A～D)的觸發(fā)(CⅡ)和持續(xù)發(fā)展,其觸發(fā)過程包含了三種不同機制:(1)是典型陣風鋒上的觸發(fā)(CⅡ-C),氣塊一直在由西北氣流和西南氣流構成的主輻合帶內移動,持續(xù)受到主輻合帶內的抬升強迫;(2)是對流(CII-A\B)出現(xiàn)在與陣風鋒相鄰的邊界層水平對流卷上,氣塊的抬升強迫是突然增強的,與陣風鋒和水平對流卷都有關;(3)中對流(CⅡ-D)出現(xiàn)在遠離陣風鋒的暖區(qū),只與水平對流卷的環(huán)流有關,發(fā)展成熟的水平對流卷可以直接抬升氣塊至自由對流高度。在此基礎上開展了關閉地表熱通量和關閉對流區(qū)域濕過程的敏感性試驗。結果表明,地表熱通量對邊界層垂直混合的強弱有直接的影響,關閉地表熱通量后邊界層內西南動量的垂直混合顯著減弱,不僅主輻合帶減弱,對流卷結構也不完整,對流難以發(fā)展;而凝結潛熱釋放主要發(fā)生在對流層中高層,對對流的發(fā)展起到促進作用但并不影響對流的觸發(fā),即便缺少以潛熱反饋為主的濕過程,陣風鋒或者對流卷提供的動力強迫仍足以觸發(fā)對流。(三)梅雨雨帶內對流的發(fā)展演變和組織化過程結合理想梅雨鋒系統(tǒng)的試驗和實際個例的數(shù)值模擬,分析了梅雨雨帶內對流持續(xù)發(fā)展和組織化為帶狀結構的形成機理。在梅雨雨帶內可以看到多條近似平行分布的具有準二維結構特征的強對流降水區(qū)。雨帶一般會經(jīng)歷強對流、對流的再次發(fā)展和減弱消散三個階段。在降水的第一階段,條件性對流不穩(wěn)定、對稱不穩(wěn)定和慣性不穩(wěn)定一般同時出現(xiàn)在帶狀降水區(qū),并且由于不穩(wěn)定的釋放,在垂直于雨帶的二維垂直剖面上,中尺度環(huán)流是以垂直運動和傾斜運動共存的方式發(fā)展的,這也是對流能夠組織化為帶狀結構的直接原因。在第一階段降水結束的過程中,中高層高位渦的干空氣常侵入對流層低層暖濕區(qū),激發(fā)中低層的位勢不穩(wěn)定和鋒生過程,對流才能夠再次發(fā)展維持雨帶的結構,梅雨鋒降水進入增強的第二階段。
【學位授予單位】：國防科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P458.121
【圖文】：

但是Ｙｕ等發(fā)現(xiàn)青藏高原東坡對流系統(tǒng)向下游的傳播不能完全解釋下游地逡逑區(qū)降水日峰值向東滯后的特點。他指出在中國中東部地區(qū)，地面風場的日變化存逡逑在順時針旋轉的趨勢（圖１．１），這種現(xiàn)象可能與持續(xù)降水的清晨峰值有關并逡逑且低層風場的這種日變化與地形相互作用會影響低層的輻合抬升和相應的對流活逡逑動，有可能是引起持續(xù)性降水向東滯后的大尺度強迫［６５］。夏季伴隨著東亞季風的逡逑爆發(fā)，西南低空急流可帶來充足的暖濕空氣、強烈的輻合抬升和氣旋式切變，直逡逑接受低層風場的影響，低空西南急流或者夏季風必然會呈現(xiàn)出類似的變化趨勢。逡逑Ｃｈｅｎ等［７６］因而將水汽輸送與夏季風的日變化聯(lián)系起來，證實了夏季風與中國中東逡逑部地區(qū)降水日變化在時間尺度上的關系。另外，不同的盛行風條件也會顯著影響逡逑對流系統(tǒng)的日變化特點。中國西部地區(qū)夜間降水還會受到云頂輻射冷卻的影響逡逑第４貢逡逑

Ｚｉｅｇｌｅｒ和Ｒａｓｍｕｓｓｅｎ［８８＾確指出干線里的熱力次級環(huán)流強迫的水汽福合足以抬升逡逑濕對流邊界層的氣塊上升至自由對流高度（Ｌｅｖｅｌ邋ｏｆ邋Ｆｒｅｅ邋Ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ，ＬＦＣ），發(fā)展逡逑為對流云（圖１．２）。Ｍｕｒｐｈｅｙ等［８９Ｈ人為干線南部的暖濕偏東氣流日變化特征表現(xiàn)逡逑為午后加強，會增強干線附近低層的輻合，更有利于對流的發(fā)生。逡逑第６貢逡逑

逡逑圖１．２牛后和傍晚干線附近的環(huán)境，表示了干線相對于對流云的位置，其中低層粗黑虛線代逡逑表濕對流邊界層的高度＃氋層粗黑虛線代表干線西側干的對流邊界層和千線東側抬升殘余，灰逡逑色的哢線代表０植西Ｍ■面，流線代表了＿浮力上升氣塊的路徑．（摘Ｉｆ邋Ｚｉｅｇｌｅｒ和Ｒａｓｍｕｓｓｅｎ＿）逡逑２）

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