（气象学专业论文）梅雨期暴雨与中层锋生、β中尺度小高压的关系研究.pdf

摘要 摘要 2 0 0 7 年淮河流域发生了持续时间较长并且强度大的降水，对于整个汛期而言，6 月2 9 日7 月1 0 日这一阶段降水最强，影响也最大，特别是1 0 日0 8 时降水突增阶段，对王家 坝水位的影响最大。本文主要研究的降水过程开始于2 0 0 7 年7 月9 日，结束时间为7 月 1 0 日1 2 时( 世界时，下同) ，共计3 6h 。分析发现，本次暴雨过程与雨带北侧p 中尺度小 高压的生成、维持及破坏有关。 本文首先利用n c e p n c a r 全球客观分析资料分析了江淮地区的一次典型的梅雨锋暴 雨，即2 0 0 7 年7 月9 日0 0 时 1 0 日1 2 时的环流背景场，发现主要影响系统是阻塞高压 与东北冷涡，冷空气源源不断的从东北冷涡后部向东南方向移动，与此时季风涌携带的大 量水汽相遇在江淮流域，为江淮流域的暴雨提供了有利的环境。切变线北侧的b 中尺度小 高压生成于9 日0 1 时消失于9 日1 7 时，在小高压维持时，暴雨相对较小；9 日1 8 时以后 小高压被破坏时，降水加强至最强；最后降水逐渐南移减弱消失。 为了进一步分析此次梅雨锋暴雨的中尺度特点，利用中尺度模式w r f 对2 0 0 7 年7 月 9 日0 0 时一- 1 0 日1 2 时进行数值模拟，并取得较好的模拟效果。利用模式得到的较可靠的 高分辨率数据集，重点分析b 中尺度小高压的生成与崩溃的原因，中层锋区形成与b 中尺 度小高压的关系以及梅雨锋的结构变化对暴雨的影响。 小高压存在时有利于梅雨锋切变线的维持，但其南部的偏东气流，没有为暴雨提供较 强的辐合场，且阻挡了北方的冷空气南下，因此不利于强降水的产生。当其减弱消失时， 使得北方的动量直接指向暴雨区，有利于辐合上升运动的加强以及锋生，从而强降水发展 加强。夕中尺度高压的产生原因与高空急流右前方的质量调整产生的下沉运动形成质量积 累有关，小高压的消亡与高空急流右后方质量调整造成上升气流加强有关。 最强锋生、降水以及有效位能出现在小高压被破坏后。利用锋生函数计算得出，暴雨 时，中层的水平辐散项与变形项对锋生的影响明显。锋生函数的水平形变项与水平辐散项 对中层锋区的产生、发展与维持起重要作用，其中变形场锋生对于梅雨锋生起主要的作用。 锋生函数中水平辐散项r 和水平变形项局均是有利于锋生的，但水平变形项最对锋生的 作用强于辐散项，倾斜项也显示了与降水的关系。中层锋区的生成和加强是本次强降水的 摘要 关键，当中层锋区向下发展引起低层锋生时，不利于强降水的形成。 此次降水期间，中层湿位涡可引发低层正涡度的加大和低层锋生，湿位涡的水平分量 负值越大代表大气的斜压性越强，锋区越强。湿位涡的斜压项m p v 2 的向下发展可引发低 层正涡度的加强，引起低层锋生，低层锋生导致对流有效位能减小，因而不利于强降水产 生。而当湿位涡的水平分量和低层锋生向下发展期间，降水可达最强，因此湿位涡对低层 锋生和降水的预报有着一定的指示和预报意义。 从1h 最大降水中心的湿q 矢量散度辐合场分析可知，7 0 0h p a 高度上的湿q 矢量散度 辐合场能将实际降水的强度、位置及不均匀性很好地体现出来。同时也论证了7 0 0h p a 高 度上的湿q 矢量散度辐合场水平分布与实际降水场有很好的对应关系。湿q 矢量散度辐合中 心说明中层锋生的存在，从逐小时剖面的环流场配置也反映出锋生强迫下的次级环流加强 了锋生区附近大气低层的风速辐合，促进了中尺度系统的发展，系统对流的发展反过来又加 强了锋生，此时次级环流与对流活动有正反馈作用。 关键词：梅雨；暴雨；卢中尺度小高压；中层锋生；湿位涡 i i a b s t r a c t a l o n g e rd u r a t i o na n di n t e n s i t yo f p r e c i p i t a t i o no c c u r r e di n2 0 0 7i nh u 弛ei u v e rb a l s i n f o r t h ee n t i r ef l o o ds e a s o n ，t h es l r o n g e s tp r e c i p i t a t i o nw a sh a p p e n e d a tn l ej u n e2 9 - j u l y10 ，h a st 1 1 e g r e a t e s ti n f l u e n c e ，e s p e c i a l l yw h e nt h er a i ns u d d e n l yo c c u r r e do nt h e10 t h0 8 u t c i l l c r e a s i n g 8 t a g e ，c a u s e dt h eg r e a t e s ti m p a c to nt h el e v e lo fw a n g i i ad a m t h i sp a p e r s t u d i e st h e p r e c l p i t a f i o np r o c e s ss t a r t e do nj u l y9 ，2 0 0 7 ，e n d i n gt i m ea t12 ：0 0o n j u l y10 ( u n i v e r s a lt i m e 。 t h es a n l eb e l o w ) ，at o t a lo f3 6h t h e r e s u l t ss h o w st h a tt h es t o n nh a v er a l a t i o nt o 1 e g e n e r a t i o n ，m a i n t e n a n c ea n dt h ed e s t r u c t i o no f m e s o - f l - s c a l eh i g h i nt h i sp a p e r , b yu s i n gn c e p n c a rg l o b a lo b j e c t i v ea n a l y s i so f t h ed a t a 锄a l y s i so fn l e j i a n g h u a ir e g i o ni nat y p i c a lm e i y ur a i n s t o r m ，t h a t i s ，j u l y9 ，2 0 0 7t oj u l y l0c i r c u l a t i o n b a c k g r o u n da n df o u n dt h a tp r i m a r i l ya f f e c t ss y s t e mi sb l o c k i n gh i g ha n dt h e n o r t h e a s tc o l de d d y t h ec o l da i rc o n t i n u o u s l ym o v e df r o mt h er e a ro ft h en o r t h e a s tc o l dv o r t e xt 0m e s o u 1 e a s t ，b y t h i st i m eal a r g en u m b e ro fw a t e rv a p o rc a r r i e db yt h em o n s o o n m e tw i t hi nt h eh u a i h e 硒v 盱 v a l l e y s ，p r o v i d e daf a v o r a b l ee n v i r o n m e n tt ot h es t o r m f r o mt h e8 5 0h p af l o wf i e l da n d s u r f a c e p r e c i p i t a t i o na n a l y s i sr e v e a l e dt h a tt h er a i nb e l ti nt h en o r t h e r np a r to ft h ei nt h em a i n t e n a l l c e 锄d f a i l u r ep r o c e s s t h em e s o - f l - s c a l eh i g hl o c a t e dt ot h en o r t hs i d eo f t h es h e a rl i n eg e l 嘲a t e di nt l l e 0 1 hd i s a p p e a r e da t17 ho nt h e 9 t h ，s t o r mi sr e l a t i v e l ys m a l lw h e nt h em e s o 毋s c a l eh i g h m a i n t e n a n c e d ；a f t e rt h ed e s t r u c t i o no ft h em e s o - f l - s c a l e h i g ha t18 ：0 0o nt h e9 t h t h e p r e c i p i t a t i o ns t r e n g t h e n e d ；a n df i n a l l yg r a d u a l l yw e a k e n e ds o u t h w a r d a w a y i no r d e rt of u r t h e ra n a l y z et h em e s o s c a l e f e a t u r e so ft h eh e a v yr a i na l o n gt h em e i y uf r o n t 。 b yu s i n go fm e s o s c a l em o d e lw r f , a h e a v yr a i nc a s ed u r i n g9 10j u l yi ss i m u l a t e d 锄dh a v ea g o o dr e s u l t u s i n gt h er e l i a b l eh i g hr e s o l u t i o n d a t as e t ，t h eg e n e r a t i o na n dc o l l a p s eo ft h e m e s o - f l s c a l eh i g h ，t h ef r o n t o g e n e s i sa tt h em i d d l el e v e la n ds t r u c t u r a lc h a n g e 幻跳s 幻皿 i n f l u e n c ei sa n a l y z e d 。 t h ee x i s t e n c eo fm e s o 一1 3 - s c a l eh i g hi sb e n e f i c i a lt ot h es h e a rl i n eo nm e i y u 仔o n t b u tm e e a 8 t 、) i ，a r da i r s t r e a m i nt h es o u t h e r no fh i g h - p r e s s u r ed i dn o t s u p p l y 即c i p i t a t i o n 晰t h i i i c 仰v e r g 饥c ef i e l da n db l o c kt h ec o l da i rf r o mt h en o r t h t os o u t h t h eh e a v yr a i no o c u r sb e c a u s e m em o m t 1 1 m0 f1 h en o r t hc a nd i r e c t l yt or a i n s t o r mz o n ew h e nm e s o - f i - s c a l eh i g hw a sf a d i n g a w a v t h er e a s o nf o rt h e f o r m a t i o na n dd i s a p p e a r a n c eo f t h em e s o - b - s c a l eh i g h h a sm u c ht od ow i t ht h ea g e o s t r o p h i cm a s sa d j u s t m e n to f u p p e r j e ts t r e a m t h es t r o n gf r o n t o g e n e s i s ，p r e c i p i t a t i o na n dc a p ea p p e a r e da f t e rt h ed e s t r u c t i o no ft h e m e s 0 b s c a l eh i 曲t h ev e c t o rf r o n t o g e n e t i cf u n c t i o ni sc a l c u l a t e da n di t w a sf o u n dt h a tt h e e 腩c t so ft r a i l s f i g u r a t i o na sw e l la st h ed i v e r g e n c ei t e mo nf r o n t o g e n e s i sf u n c t i o nh a v eo b v i o u s i l i l p a c to nt h ef r o n t o g e n e s i s ，e s p e c i a l l yf o rt h ef o r m a t i o n ，d e v e l o p m e n t a n dm a i n t e n a n c ef o rt h e 丘d n t o g e n e s i sa tt h em i d d l el e v e l t h et r a n s f i g u r a t i o nf i e l df r o n t o g e n e s i sp l a y st h em a i n r o l e r e g 枷m g t h ep l u mr a i n sf r o n t o g e n e s i s i nt h ef r o n t o g e n e s i sf u n c t i o nh o r i z o n t a ld i v e r g e n c ei t e m f 2 勰d1 h el e v e ld i s t o r ti t e mf 3a r ea d v a n t a g e o u st ot h ef r o n t o g e n e s i s ，b u tt h e d i s t o r t e di t e mf 2 t 0m e 丘d n t o g e n e s i sf u n c t i o ns t r o n g l yt h e nt h ed i v e r g e n c ei t e m ，t h e i n c l i n e di t e mh a sa l s o d e m o n s 缸a t e dm er e l a t i o n sw i t ht h rp r e c i p i t a t i o n t h ef o r m a t i o na n ds t r e n g t h e n o ft h em i d d e 矗- o n t a lz o n ei st h ek e yt o t h i sh e a v yr a i n f a l l ，w h i c hl o w - l e v e lf r o n t o g e n e s i sc a u s e db yt h e d e v e l o p m e n to ff r o n t o g e n e s i sd o w n w a r d n o tc o n d u c i v et ot h ef o r m a t i o no fh e a v yr a i n f a l l d 谢n gt h i sp r e c i p i t a t i o n ，t h em i d - l e v e lm o i s tp o t e n t i a lv o r t i c i t yc a nl e a d t oi n c r e a s e d l o w - 1 e v e lp o s i 6 v ev o r t i c i t ya n dl o w - l e v e lf r o n t o g e n e s i s ，t h el a r g e rn e g a t i v e v a l u eo ft h e h o r i z o n t a lc o m p o n e n to ft h em o i s tp o t e n t i a lv o r t i c i t yr e p r e s e n t a t i v eo fa t m o s p h e r i cb a r o c l i n i c i t y i ss 仃o n g a n ds ot h ef r o n tz o n e m p v 2d o w n w a r dd e v e l o p m e n tc a l ll e a dt ot h es t r e n g t h e no f l o w 1 e v c lp o s i f t v ev o r t i c i t y , c a u s i n gl o w - l e v e lf r o n t o g e n e s i s ，l o w - l e v e lf r o n t o g e n e s i sl e dc a p e f e d u c e d 。髓dt l i u si sn o tc o n d u c i v et oh e a v yp r e c i p i t a t i o n w h e nt h eh o r i z o n t a lc o m p o n e n to f m o i s tp o t e n t i a lv o r t i c i t yd o w n w a r dw i t ht h el o w - l e v e lf r o n t o g e n e s i s ，p r e c i p i t a t i o nc a nu p t ot h e s t r o n g e s t s o ， m o i s tp o t e n t i a lv o r t i c i t yo ft h el o w - l e v e lf r o n t o g e n e s i sa n dp r e c i p i t a t i o ni s a c e r t a i ns e n s eo ff o r e c a s t i n g f r o mt h ew e tq v e c t o rd i v e r g e n c ef i e l do ft h el hm a x i m u mr a i n f a l lc e n t e r ，i ti sa n a l y z e d t h a t ，t h ew e tq v e c t o r - d i v e r g e n c ec o n v e r g e n c ef i e l da t7 0 0 h p ac a nm a n i f e s t si n t e n s i t y , p o s i t i o n i v a b s t r a c t a n dt h en o n u n i f o r m i t yw e l l i ti sa l s od e r n o n s t r a t e dt h a tt h ed i s t r i b u t i o no ft h ew e tq v e c t o r d i v e r g e n c ef i e l d a t7 0 0h p ah a v eag o o dc o r r e s p o n d e n c ew i t ha c t u a lp r e c i p i t a t i o n w e b q c o n v e r g e n c ec e n t e re x p l a n st h ee x i s t e n c eo ff r o n t o g e n e s i s ，f r o mc h a s e st h eh o u rs e c t i o np l a n e ， t h ec i r c u l a t i o nf i e l dd i s p o s i t i o na l s or e f l e c t e ds e c o n g l a ：r yc i r c u l a t i o nf o r c e db yf i o n t o g e n e s i s ， s t r e n g t h e n e dt h el o wl e v e lw i n ds p e e dc o n v e r g e n c en e a r b yt h ef r o n t o g e n e t i c a l ，t h e np r o m o t e dt h e d e v e l o p m e n to fm e s o s c a l es y s t e m ，s t r e n g t h e nt h ef i - o n t o g e n e s i s ，t h es e c o n d a r yc i r c u l a t i o na n d t h ec o n v e c t i v ea c t i v i t yh a dt h ep o s i t i v ef e e d b a c k k e yw o r d s ：m e i y uh e a v yr a i n f a l l ；m e s o - b s c a l eh i g h ；m i d d l el a y e rf r o n t o g e n e s i s ；m o i s tp o t e n t i a l v o r t i c i t y v 学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1 、坚持以“求实、创新一的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示 了谢意。 作者签名： 日期： 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规 定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论 文的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制 并允许论文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有 关数据库进行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密 的学位论文在解密后适用本规定。 作者签名： 日期： 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 “梅雨”一词很早就出现在我国的历史文献中，唐朝的柳宗元就有梅雨诗。将梅雨 作为一个科学问题来考察研究始于2 0 世纪3 0 年代。由于梅雨经常造成江淮流域的洪涝灾 害，特别是1 9 5 4 年的长江特大洪水后，梅雨成为我国气象科学一个重点关注的问题，相关的 研究很多。尤其是近十多年来，1 9 9 1 年和1 9 9 8 年两次长江流域特大洪水使梅雨成为“八五” 国家科技攻关【l 】、南海季风科学试验【2 】、海峡两岸暴雨科学试验3 卅和国家重点基础学科研 究5 1 等多个国家重大科研项目的研究重点。同时，梅雨也是我国和日本、韩国、美国及港澳 台地区科研合作的重要内容之一。但是随着梅雨研究的扩大和深入，关于梅雨和梅雨锋的地 域概念也从早期的长江和淮河流域扩大到华南和台湾地区，时间概念从6 月中旬至7 月上 旬扩大n 5 月，如1 9 8 7 年5 ，6 月的台湾中尺度科学试验匝。日本和朝鲜半岛也有与我国梅 雨相类似的降水。 集中时段，它们分别被称为“b a i u ”( 日文中也为梅雨) 和“c h a n g m a ”( 长时期降雨) ， 相关的研究也很多。日本的b a i u 既可以和我国江淮流域的梅雨同时发生，也可以和江南及华 南的梅雨相联系。朝鲜半岛的c h a n g m a 不仅和淮河流域的梅雨相联系也和黄河流域甚至 华北的雨带相连结，因此其时间概念扩大到了7 月中下旬，甚至8 月份【8 1 。 梅雨是中国江淮流域春末夏初的一种重要天气气候现象，是东亚大气环流由春到夏季 节转换与突变的一个重要阶段，也是东亚夏季风的强弱及其推进到江淮流域早迟的体现。 沿淮地区梅期降水情况与淮河干流的水文状况和两岸旱涝灾害具有密切的关系。入、出梅 的早晚，梅雨期的长短，梅雨量的大小，梅雨期暴雨日数的多少，直接关系到防汛、抗旱、 城市防洪、工农业生产以及人民生命财产的安全。沿淮地区是中国重要的商品粮生产基地， 也是中国夏季降水集中、洪涝灾害最为严重的地区之一。然而沿淮地区农业洪涝灾害主要 是因梅雨期长、降水集中、地势地洼和内涝外洪并发所致。若梅雨来得早，则会影响小麦 后期发育成熟和收割；秋季作物生育中期或前期恰逢梅汛期，极易遭受水涝危害。典型年 第一章绪论 份的洪涝灾害几乎都造成绝收，而一般年份的洪涝也会造成明显减产。分析研究沿淮梅雨 强度及其时空变化与农业丰产稳产和农业经济发展的关系具有一定意义嘲。 梅雨锋是夏季风期间东亚地区主要的降水系统，既是丰富的水资源，也常引发洪涝灾害。 梅雨锋暴雨是在有利的天气尺度背景条件下，不同尺度系统以及它们的相互作用的结果，其 结构复杂，且具多样性。中尺度对流系统( m c s ) 是暴雨的直接影响系统。国内外许多学者利 用雷达资料分析了梅雨锋暴雨的回波结构及特征。1 9 9 0 年代以来，一些学者利用多种监测 资料，尤其是利用雷达、卫星资料，结合中尺度数值模式诊断分析，发现梅雨锋是由大尺度、 天气尺度、中q 、b 、y 尺度相互作用的结果，并分析了各种尺度系统的动力、热力、演变 等特征1 0 1 。 1 2 梅雨锋的研究进展 1 2 1 梅雨锋的基本定义 广义的梅雨锋就泛指在东亚季风区春夏交替之际，极地变性气团和热带海洋气团之间， 具有较高温度梯度和对流层低层有水平风速切变的交界面，这是一条东西向准静止大尺度 雨带。 郑永光等f i l l 认为梅雨锋应具有以下3 个共同的条件： 1 ) 梅雨锋具有一条数千公里长的横贯东亚和西太平洋地区的雨带。 2 ) 梅雨雨带随季风的进退而进退，梅雨锋是季风气团和其他气团之间的锋面。 3 ) 梅雨锋区是位于夏季风北侧的相当位温强梯度带。 梅雨锋作为一个水平长度达数千公里的天气系统，它内部又包含一些尺度更小的中小 尺度天气系统。因此，梅雨锋的水平结构应该是多尺度同时并存的，高、低空环流相互配合的。 长江流域出现洪涝的主要原因是大气环流异常引起的梅雨期偏长以及集中性的暴雨所 致。梅雨期的长短以及降水强度，对我国东部大部分地区和日本的国民经济有着重要的影 响。对以梅雨锋以及梅雨锋上的暴雨一直是包括我国和日本在内的国内外气象学家们所关 2 第一章绪论 心的问题。在充分了解梅雨锋大尺度环流背景，锋面结构以及维持机制的基础上，对梅雨 锋上暴雨中尺度特点的进一步深入研究，对充分认识梅雨锋暴雨，提高预报的准确性，防 灾减灾有着重要的意义。 由于观测手段和资料精度的限制，过去的研究主要集中在大尺度环流背景以及天气尺 度特征的分析上，随着观测技术和数值模拟技术以及资料收集传输系统的进一步现代化， 人们已经把研究的目标投向中小尺度的天气现象上来。随着1 9 9 9 年国家重点基础研究发展 规划项目“我国重大天气灾害的形成机理和预测理论研究”( 简称9 7 3 项目) 的实施和开展， 我国气象学家能够利用加强观测期( i n t e n s i v eo b s e r v a t i o np e r i o d ，i o p ) 的高时、空资料来揭 示我国暴雨中尺度系统发生、发展的物理机制以及暴雨的多尺度结构。 1 2 2 梅雨锋大尺度环流特征及主要天气系统 梁萍1 2 1 认为对于中国东部夏季降水特别是梅雨的研究来说，不仅要考虑热带季风系统 和副热带季风环流的影响，还要考虑到中高纬环流及其相关的冷空气活动的影响，以及季风 环流，中高纬环流，海温，雪盖、极冰对梅雨的影响。 张雁掣1 3 1 重点分析了梅雨季长江中下游地区暴雨集中期大尺度环流特征和主要影响天 气系统，发现副高活动有明显的阶段性西进、滞留、东撤这一特征与中高纬度天气系统的 活动密切相关，副高活动直接影响低空急流的水汽输送路径及降水强度。高原南侧生成的 低涡在沿切变线东移过程中逐渐加强，使梅雨锋中的对流活动加剧，降水加强。 赵兵科等 1 4 】通过资料分析和诊断，揭示了在2 0 0 3 年6 7 月淮河流域暴雨期间，西太平 洋副高相对偏北并且呈现南北变化相对稳定、东西变化明显的特征：强劲而稳定少动的中 纬度西风急流使得西太平洋副高难以北抬，从而造成了淮河流域降雨带的稳定少动。同时， 分析表明每一次雨峰的出现伴有高层南亚高压的东伸，并诱发5 0 0 h p a 西太平洋副高西伸至 我国沿海，导致淮河流域多雨，江南干旱高温。 1 2 3 梅雨锋锋区结构的研究 张小玲等1 5 1 通过对三段活跃期梅雨锋的平均动力热力结构诊断分析发现：1 9 9 8 年6 月 3 第一章绪论 1 一- 1 0 日华南前汛期时活跃的锋系其动力、热力结构与江淮流域典型的梅雨锋结构相似；梅 雨锋锋面随高度无向北倾斜现象，已不存在典型温带锋面的结构；梅雨锋的垂直动力、热力 结构具有准热带系统的特征，是介于温带锋面和i t c z 之间的过渡结构。 陈丽芳，高坤1 6 1 在研究1 9 9 9 年6 月下旬持续性梅雨暴雨时发现梅雨锋呈现明显的中层锋 和边界层锋两段锋的特征，中层梅雨锋区对降水的影响比边界层锋更为关键，中层锋的加 强、锋坡增大趋于垂直、锋区垂直环流的加强和与高空急流锋区的上下贯通，有利于梅雨锋 降水的加强，强降水并不出现于中层锋区最强的时段，而是发生于大范围锋区强度达峰值之 后约1 6 2 4h 。中低层总变形加强与梅雨锋的加强有密切关系。 陈丽芳，高坤对1 9 9 9 年6 月下旬持续性梅雨锋降水过程的模拟，对梅雨锋沿锋面方 向结构特征及其与涡旋扰动变化联系进行研究，发现梅雨锋作为中低层的湿斜压锋，伴随 中低层涡旋扰动的发展，锋生与低涡扰动关系密切。梅雨锋主要表现为中层锋面，以湿度对 比为主，强度比边界层锋强。中层锋面的位置比低涡的涡度中心高，低涡沿中层锋面南缘移 动。不穿越锋面。 1 2 4 梅雨锋锋生及锋生环流的研究 易兵等1 8 1 分析了一次梅雨锋锋生过程，结果表明：感热加热是使江淮流域低层锋区消 失的主要原因，潜热加热及水平运动造成的变形是维持梅雨锋存在的重要因素。 周允中1 9 1 分析了梅雨期中尺度雨带的活动及其周围气象要素的分布特征，指出多个基 本上呈东西走向的中尺度雨带的先后活动和边界层内的低空急流对边界层梅雨锋锋生和维 持起了重要的作用。 从以上的研究可以看出，对于梅雨锋形成的条件及其性质已经有了一个趋于一致的结 论，但是对与梅雨锋的锋生以及中层锋区的研究还较少，仅局限于观测事实及初步的研究 讨论，还没有深入的研究其结构以及对梅雨暴雨的影响。 随着计算机技术和数值模式的发展，上世纪八十年代以后，除了对梅雨锋进行广泛的 观测分析和理论研究外，数值模拟试验已逐渐成为研究的重要手段，国内外己广泛地开展 了梅雨锋的数值模拟试验。随后，多普勒雷达资料以及卫星云图资料也被应用到梅雨锋所 4 第一章绪论 导致的强对流天气特征的研究中来。 1 - 2 5 梅雨锋中尺度系统及多重尺度相互作用及动力学分析 施曙，赵思雄对1 9 8 6 年6 月2 2 日出现在长江中游的一次中低压过程进行了诊断分析， 分析揭示，梅雨锋是一条近于东西走向的正涡度带状分布区，而这一条带状分布区中存在 强烈的中尺度水汽通量辐合中心和深厚的上升运动区，有利于中尺度低压的形成。 李红莉等2 1 1 对1 9 9 9 年6 月下旬长江中下游一次暴雨过程进行了数值模拟。中1 3 尺度低 压涡旋是该暴雨的主要影响系统，其稳定，移动缓慢是暴雨发生的根本原因。高层大气辐散， 中低层强辐合，垂直运动强烈，低层有充足的水汽供应，低层对流不稳定能量释放是低涡及暴 雨维持和发展的动力机制。 廖捷，谈哲敏2 2 1 对2 0 0 3 年7 月4 5 日梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟，在这次特大暴雨 过程中，梅雨锋北侧反气旋性涡旋的形成对江淮切变线的加强与维持起重要作用。中尺度对 流系统的潜热释放首先导致梅雨锋低层切变线上的中尺度对流性涡旋( m c v ) 的形成，而中 尺度对流性涡旋的形成进一步加强了切变线上的低层辐合，中尺度对流性涡旋消亡后，在切 变线上形成低涡。 李红莉等2 3 1 对1 9 9 9 年6 月下旬长江中下游一次暴雨过程进行了数值模拟，中1 3 尺度低 压涡旋是该暴雨的主要影响系统，其稳定，移动缓慢是暴雨发生的根本原因。高层大气辐散， 中低层强辐合，垂直运动强烈，低层有充足的水汽供应，低层对流不稳定能量释放是低涡及暴 雨维持和发展的动力机制。 李柏等矧认为梅雨锋暴雨是q 中尺度、1 3 中尺度、y 中尺度天气系统共同作用的结果。 q 中尺度天气系统在中低层的辐合，为b 中尺度气旋提供了动能和充沛的水汽，使得1 3 中 尺度气旋得以维持和发展。y 中尺度强降水雨团的形成是锋生次级环流作用的结果，非绝 热加热项的作用对y 中尺度强降水雨团的形成起着主要作用。 刘黎平2 5 1 研究t 2 0 0 2 年7 月2 2 2 3 日发生在长江流域一次暴雨过程的中尺度结构动力特 征和演变过程结果表明，切变线低空风场的扰动、中尺度切变和b 中尺度辐合是造成对流 发展的原因；b 中尺度对流系统常常伴有尺度更小的中尺度涡旋和中尺度辐合等y 中尺度 5 第一章绪论 结构，这些y 中尺度结构在强对流的发展过程中也起了很重要的作用。 周海光，王玉彬2 6 1 使用双多普勒雷达三维风场反演技术( m u s 2 c a t ) 对2 0 0 3 年6 月2 9 3 0 日合肥和马鞍山多普勒雷达探测到的暴雨资料进行了三维风场反演，对暴雨系统的中尺 度三维动力结构进行了研究。此次梅雨锋暴雨是由夕中尺度辐合带和嵌在辐合带上的，中 尺度涡旋共同作用引起的，辐合带上的波动活动对降水具有重要的触发和维持作用。中低层 的 ，中尺度涡旋在东一西走向的中尺度辐合带上自西向东移动，j ，涡旋的移动与主雨区的 移动基本同步，y 中尺度波动是该时段暴雨的重要动力因素? 与此同时，在雨带的北区，中尺 度涡旋活动比较频繁，但基本上是局地生消? 在后期，西南暖湿气流和西风辐合，形成雨带上空 的夕中尺度辐合带，辐合带随着降水的减弱而减弱。 余志豪，陆汉城2 7 1 分析表明中q 尺度雨带可认为是由发展型重力惯性波所触发，跟中 1 3 尺度雨峰团相应的是“混合型”垂直结构的重力惯性波，这基本满足横波型不稳定。 李鲲等口阳通过诊断分析和比较研究，初步揭示了三类暴雨在结构和形成机制等方面的 主要差异。结果表明：( 1 ) 梅雨锋上生成并发展的q 中尺度气旋是造成梅雨锋东端初生气旋 类暴雨的系统。( 2 ) 1 3 中尺度深对流类暴雨发生时梅雨锋区的南北温差很小。在低空辐合 风场作用下，强位势不稳定能量的释放导致了1 3 中尺度深对流系统的发生与发展。( 3 ) “北 槽南涡”类暴雨是在青藏高原大地形作用下高低空系统有利配置的结果。“北槽南涡”的 天气系统配置有利于低层辐合的加强和位势不稳定能量的释放，使低层涡旋向中高层强烈 发展。 李子华等2 9 1 认为在锋前暖区，湿层厚，对流不稳定层也很厚，能形成强积层混合云降 水带，是梅雨锋的大暴雨区。锋前暖区的积层混合云强烈发展并产生降水时，其下层辐散 气流的偏北气流和西南暖湿气流，可以在雨带南侧形成地面辐合先，在其上新生积层混合 云降水带，使强降水区向南传播。 寿绍文等【3 0 1 通过江淮地区一次梅雨暴雨的诊断分析，指出条件对称不稳定或等m 面上 的位势不稳定、锋生次级环流以及次天气尺度气旋的发展是形成暴雨的重要因子。 李柏等对1 9 9 1 年7 月5 日6 日发生在江淮流域的梅雨锋暴雨过程进行了模拟，结果表 明，锋生次级环流对暴雨的形成具有重要的作用，但在暴雨不同过程不同时期各项的作用 6 第一章绪论 差异很大。 汪克付等p 2 1 应用q 矢量分析方法对2 0 次伴有暴雨的江淮梅雨锋过程进行了分析，指出 q 矢量散度对梅雨期急流切变线暴雨的落区有较好的预报意义。 隆霄等3 3 1 对2 0 0 2 年6 月1 8 1 91 j ( “0 2 6 ”) 的一次梅雨锋暴雨b 中尺度系统结构和演 化及其发展机理进行了研究，非线性平衡方程的诊断表明，1 3 中尺度系统发展与a n b e 的发 展变化密切相关，b 中尺度系统发生发展是动量场和质量场之间出现不平衡释放的结果。 姚秀萍，吴国雄等利用数字化的6 7um 卫星水汽图像和n c e p n c a r l o 1 0 的再分 析资料，分析研究了与梅雨锋上低涡降水相伴的干侵入特征、机制以及对低涡降水的作用 结果表明：梅雨锋上低涡降水的产生、发展和维持与干侵入过程及演变密切联系；与梅雨锋 上低涡降水相伴的干侵入来自于对流层各个层次，它总是沿着等熵面由高层向低层侵入到 低涡附近，干侵入的效应随着高度的增加，有向东倾斜的特征，在对流层高层表现最为显 著：低涡降水落区与不同层次上干侵入前沿之间有着不同的配置关系干侵入的机制实际 上是高位涡侵入和下传，干侵入可作为高位涡侵入的重要指标；在低涡降水区以西，高空 偏北气流穿越等压面下沉，所产生的干冷平流作用将激发对流层中低层对流不稳定的产生 和发展，同时，干侵入所引起的垂直方向上不同程度的降温和降湿对低涡降水区对流不稳 定的发展起着增强作用，因此干侵入对低涡降水起着重要的增幅作用；干冷空气从对流层顶 附近侵入到低层斜压区和气旋附近时，有利于温带气旋发展、爆发性气旋产生和中气旋的 发展国外的研究主要强调从中高层来的干侵入对天气系统发生发展的影响，国内则较关 注低层来的冷空气对降水过程的作用，两者有一定的差别 1 3 主要研究内容和技术方法 从目前对于梅雨锋及梅雨锋暴雨的研究进展可以看出，国内外气象工作者对于这些梅 雨锋暴雨影响因子的研究都比较深入，众所周知，梅雨锋与梅雨锋暴雨相联系，高层切变 线的维持、低涡的生成进而形成中尺度对流系统( m c s ) 、中尺度对流复合体( m c c ) 、 中尺度对流性涡旋( m c v ) 对梅雨锋暴雨有密切的关系，在这些系统生成或暴雨发展前， 一般应有梅雨锋生作用产生，引起梅雨期暴雨的锋生原因是目前大家感兴趣重点研究的问 7 第一章绪论 题之一，其产生原因多种多样，不仅有低层锋生，近年来中层锋生的研究也受到了关注， 有些中层锋生对暴雨的影响大于低层，中层锋区形成原因目前研究较少。 2 0 0 7 年江淮地区产生了历史上较强的梅雨锋暴雨，这是淮河仅次于1 9 5 4 年的大洪水， 豫、皖、苏三省共有2 9 2 2 2 万人受灾，死亡3 5 人，失踪9 人，其中安徽省受灾最为严重。因 此本文主要对2 0 0 7 年江淮梅雨期中层锋区锋生的原因以及对梅雨锋结构的影响，并对其中 的一次过程进行重点分析和研究，研究梅雨锋结构和维持机制，重点找出中层锋区形成的 机制以及与暴雨的关系。 本文主要进行一下几个方面的研究： 1 利用每6 小时一次，1 。l 。的n c e p n c a r 全球客观分析资料分析2 0 0 7 年7 月9 日l o 日一次江淮梅雨期暴雨过程的环流背景场。 2 从降水强度、范围及中b 尺度环流系统三方面，将实况和模式数据集进行对比，验证 数值模式w r f a r w 得到的数据集。 3 利用模式得到的成功数据集分析梅雨锋的结构。主要通过降水、水汽通量和水汽通量 散度、涡度散度、相当位温、锋生函数，湿位涡，q 矢量等相关物理量场在沿梅雨锋 方向和垂直于梅雨锋方向上的分布，从三维空间中把握梅雨锋的结构。 4 在模拟结果的基础上重点分析b 中尺度小高压的生成与崩溃的原因，中层锋区形成与 b 中尺度小高压的关系以及梅雨锋的结构变化对暴雨的影响。 本文使用的数值模式及数据： 1 中尺度数值模式w r f 2 2 ( 删) ； 2 n c e p n c a r 全球客观分析资料( 间隔6 小时，空间分辨率l o 1 。) ； 3 t r m m 热带测雨任务卫星测量的降水量。 8 第二章梅雨期天气过程分析 第二章梅雨期天气过程分析 2 1 天气实况介绍 2 0 0 7 年江苏省梅雨期为6 月1 9 日7 月2 4 日，入梅正常( 江苏省平均入梅日为6 月 1 8 - - - , 2 0 日) ，出梅迟( 平均出梅日为7 月1 0 日前后) ，梅期长3 6 天，较常年明显偏长( 平 均为2 3 - 2 4 天) 。该年梅雨期内降水量为1 2 8 6 毫米( 苏州) 7 1 1 4 毫米( 盱眙) ，主 要集中在淮北地区、江淮之间北部及苏南西部局部地区，苏南南部地区相对较少。梅期内 有2 0 天出现暴雨，共出现1 4 1 个暴雨站日( 2 4 小时降水量= 5 0 毫米) ，为1 9 5 4 年来第四 多值，其中出现2 0 个大暴雨站日( 2 4 小时降水量= 1 0 0 毫米) 。 2 0 0 7 年7 月3 日、