ISSN 1004-4965

CN 44-1326/P

用微信扫描二维码

分享至好友和朋友圈

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

东北冷涡下一次飑线和MCV的形成与水平涡度的关系

窦慧敏 丁治英 沈新勇 高松 郭春燕 李小凡

窦慧敏, 丁治英, 沈新勇, 高松, 郭春燕, 李小凡. 东北冷涡下一次飑线和MCV的形成与水平涡度的关系[J]. 热带气象学报, 2019, 35(5): 709-720. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.064
引用本文: 窦慧敏, 丁治英, 沈新勇, 高松, 郭春燕, 李小凡. 东北冷涡下一次飑线和MCV的形成与水平涡度的关系[J]. 热带气象学报, 2019, 35(5): 709-720. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.064
Hui-min DOU, Zhi-ying DING, Xin-yong SHEN, Song GAO, Chun-yan GUO, Xiao-fan LI. THE RELATIONSHIP BETWEEN THE FORMATION OF A SQUALL LINE AND MCV AND THE HORIZONTAL VORTICITY UNDER COLD VORTEX IN NORTHEAST CHINA[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2019, 35(5): 709-720. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.064
Citation: Hui-min DOU, Zhi-ying DING, Xin-yong SHEN, Song GAO, Chun-yan GUO, Xiao-fan LI. THE RELATIONSHIP BETWEEN THE FORMATION OF A SQUALL LINE AND MCV AND THE HORIZONTAL VORTICITY UNDER COLD VORTEX IN NORTHEAST CHINA[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2019, 35(5): 709-720. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.064

东北冷涡下一次飑线和MCV的形成与水平涡度的关系

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.064
基金项目: 

国家自然科学基金 41975054

国家自然科学基金 41530427

国家自然科学基金 41790471

国家自然科学基金 41775040

中国科学院战略性先导科技专项 XDA20100304

国家重点基础研究发展计划 2015CB453201

详细信息
    通讯作者:

    丁治英,女,江苏省人,教授,研究方向:中尺度气象学。E-mail: dingzhiying@nuist.edu.cn

  • 中图分类号: P445

THE RELATIONSHIP BETWEEN THE FORMATION OF A SQUALL LINE AND MCV AND THE HORIZONTAL VORTICITY UNDER COLD VORTEX IN NORTHEAST CHINA

  • 摘要: 利用WRF中尺度数值模式,NCEP/NCAR分析资料,多普勒雷达观测资料等,对2016年7月25日一次东北冷涡下的飑线过程进行数值模拟,研究了飑线形成和维持与水平涡度的关系及飑线过程中中尺度对流涡旋(MCV)的形成机制,分析发现,高低层水平涡度逆时针旋转对本次飑线的形成和维持有很好的指示意义。(1)飑线发生前,高层渤海湾西侧出现水平涡度的逆时针旋转中心,并有较强的辐散配合,低层水平涡度为逆时针弯曲,为飑线产生提供了有利的上升运动条件。随后高层多个对流单体的水平涡度气旋式涡旋合并形成较大范围的气旋式涡旋结构,触发低层的上升运动,同时低层对流区前部形成一致的气旋式弯曲使得对流单体组织成带状结构,形成飑线。(2)飑线成熟时期高层水平涡度表现为统一大范围气旋式涡旋结构,低层则呈现典型的S型弯曲结构,水平涡度x方向的分量沿对流带从南至北表现为正负正,y方向的分量始终为正,并由对流带的中心向两侧减小,显示出水平涡度矢量旋转的方向对飑线影响的重要性。(3)由垂直涡度方程的分析得出,在飑线发展中期,MCV形成前,雷达反射率回波在500 hPa左右表现出明显的旋转,此时主要与500 hPa以上强的正涡度水平平流项及中层倾侧项和水平散度项有关,之后,在这几项的作用下使得中层风场产生气旋式旋转,形成MCV。

     

  • 图  1  2016年7月25日12 h累积降水分布

    a.实况;b.模拟。单位:mm。

    图  2  a. 2016年7月25日12时沿119 °E的剖面,假相当位温(等值线,单位: K)和垂直环流(v-w箭矢,v的单位: m/s,w的单位10-2 m/s),实况雷达回波反射率(阴影,单位:dBz),横轴黑色加粗实线表示降水的区域;b. 500 hPa等压面图,黑色等值线为等高线(单位: dagpm),蓝色实线为850 hPa低空急流(单位: m/s),阴影为200 hPa高空急流(单位: m/s)。

    图  3  2016年7月25日11:00(a)、12:30(b)、14:00(c)和15:30(d)时实况最大雷达回波反射率,18:00(e)、19:30(f)、21:00(g)和22:30(h)时模拟最大雷达回波反射率

    阴影,单位: dBz。

    图  4  2016年7月25日00时(a, c)、06时(b, d)200 hPa(a,b)和900 hPa(c,d)散度(阴影,单位:10-5 s-1),风速(红色实线,单位:m/s)和水平涡度(ξx, ξy)流场(流线,单位:10-3 m/(s·Pa))

    图  5  2016年7月25日17:24、19:30、21:00和22:30的200 hPa(a,c,e,g)和900 hPa(b,d,f,h)雷达回波反射率(阴影,单位:dBz)和水平涡度(ξxξy)流场(流线,单位:10-3 m/(s·Pa))

    900 hPa流场中黄色光滑箭头表示S型矢量线,紫色的线表示初始阶段水平涡度的逆时针弯曲对对流单体的组织作用,红色曲线段表示近似的S型弯曲,黑色矩形框表示图 8做纬向平均的经度范围和图形的纬度范围。

    图  6  飑线组织形成的概念模型

    图  7  2016年7月25日19:30—23:00的900 hPa雷达回波发射率(阴影,单位:dBz)和水平涡度分量ξx

    (黑色实线,单位:10-3 m/(s·Pa))(a)以及ξy (黑色实线,单位:10-3 m/(s·Pa))(b)

    图  8  7月25日19:30、21:00和22:30时S型弯曲的两拐点之间一定经度范围内雷达回波反射率(阴影,单位:dBz)和经向风(实线,单位:m/s)(a~c)以及雷达回波反射率(阴影,单位:dBz)和垂直环流v-w箭矢(v的单位: m/s,w的单位:10-2 m/s)的纬向平均的垂直剖面(d~f);(黑色线,单位:10-3s-1·hPa-1)和垂直速度

    (阴影,单位:10-2 m/s)的纬向平均的垂直剖面(g~i)

    图  9  7月25日22:36(a)、00:42(b)和26日01:18(c)的500 hPa雷达回波发射率(阴影,单位:dBz)和水平流场

    (实线,单位:m/s)黑色实线表示槽线。

    图  10  22:36(a,b)和00:42(c,d)涡度方程涡度(a、c)、散度(b、d)在旋转区域的区域平均在垂直方向的变化

    绿色实线表示水平平流项,橘色实线表示垂直平流项,红色实线表示水平散度项,蓝色实线表示倾侧项。单位:10-7s-2

    图  11  飑线头部旋转的概念模型

  • [1] 蔡则怡, 李鸿洲, 李焕安.华北飑线系统的结构与演变特征[J].大气科学, 1988, 12(2): 191-199. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1988.02.11
    [2] 何齐强, 陆汉城, 张铭.江淮地区暖区飑线中尺度观测研究[J].气象学报, 1992, 50(3): 290-300.
    [3] SMULL B F, HOUZE R A J. Dual-Doppler radar analysis of a midlatitude squall line with a trailing region of stratiform rain[J]. J Atmos Sci, 1987, 44(15): 2 128-2 149. doi: 10.1175/1520-0469(1987)044<2128:DDRAOA>2.0.CO;2
    [4] OGURA Y, LIOU M T, et al. The structure of a midlatitude squall line: a case study[J]. J Atmos Sci, 1980, 37(3): 553-567. doi: 10.1175/1520-0469(1980)037<0553:TSOAMS>2.0.CO;2
    [5] RUTLEDGE S A, HOUZE R A, BIGGERSTAFF M I, et al. The Oklahoma kansas mesoscale convective system of 10-11 June 1985: precipitation structure and Single-Doppler radar analysis[J]. Mon Wea Rev, 2009, 116(7): 1 409-1 430. doi: 10.1175-1520-0493(1988)116-1409-TOMCSO-2.0.CO%3b2/
    [6] WEISMAN M L, KLEMP J B, ROTUNNO R. Structure and evolution of numerically simulated squall lines[J]. J Atmos Sci, 1925, 45(14): 1 990-2 013. doi: 10.1175/1520-0469(1988)0452.0.CO;2
    [7] 陈明轩, 王迎春.低层垂直风切变和冷池相互作用影响华北地区一次飑线过程发展维持的数值模拟[J].气象学报, 2012, 70(3): 371-386. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qxxb201203004
    [8] 方翀, 林隐静, 曹艳察, 等.华南地区西风带飑线和台风飑线环境场特征统计对比分析[J].热带气象学报, 2017, 33(6): 965-974. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.06.017
    [9] DING Z Y, ZHAO X J, GAO S, et al. A novel method for calculating vertical velocity: A relationship between horizontal vorticity and vertical movement[J]. J Trop Meteor, 2016, 22(2): 208-219. doi: 10.16555/j.1006-8775.2016.02.011
    [10] JAMES E P, JOHNSON R H. A Climatology of midlatitude mesoscale convective vortices in the rapid update cycle[J]. Mon Wea Rev, 2010, 138(5): 1 940-1 956. doi: 10.1175/2009MWR3208.1
    [11] 王金鑫, 潘益农, 束宇, 等.中尺度对流涡旋(MCV)近30a来的研究进展[J].气象科学, 2014, 34(3): 343-354. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qxkx201403016
    [12] 刘瑞翔, 丁治英, 张银意, 等.一次江淮地区MCV过程的数值模拟分析[J].气象科学, 2018, 38(1): 46-56. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qxkx201801006
    [13] 侯淑梅, 闵锦忠, 刁秀广, 等.飑线发展过程中回波合并的特征分析[J].大气科学学报, 2018, 41(3): 367-376. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/njqxxyxb201803008
    [14] 丁治英, 夏蘩, 高松, 等.一次飑线过程中雷达回波的组织结构变化及成因分析[J].热带气象学报, 2017, 33(3): 323-333. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.03.004
    [15] BLUESTEIN H B, JAIN M H. Formation of mesoscale lines of precipitation: Severe squall lines in Oklahoma during the spring[J]. J Atmos Sci, 1985, 42(16): 1 711-1 732. doi: 10.1175/1520-0469(1985)042<1711:FOMLOP>2.0.CO;2
    [16] BLUESTEIN H B, MARX G T, JAIN M H. Formation of mesoscale lines of precipitation: Nonsevere squall lines in Oklahoma during the spring[J]. Mon Wea Rev, 1985, 115(11): 2 719-2 727. doi: 10.1175-1520-0469(1985)042-1711-FOMLOP-2.0.CO%3b2/
    [17] 寿绍文, 励申申, 寿亦萱, 等.中尺度大气动力学[M].北京:高等教育出版社, 2009:1-385.
    [18] MENG Z, ZHANG F, MARKOWSKI P, et al. A Modeling Study on the Development of a Bowing Structure and Associated Rear Inflow within a Squall Line over South China[J]. J Atmos Sci, 2012, 69(4): 1 182-1 207. doi: 10.1175/JAS-D-11-0121.1
    [19] 鲁蓉, 孙建华, 李德帅.初值水汽场对华南春季一次强飑线触发和维持影响的数值试验[J].热带气象学报, 2019, 35(1): 37-50. CNKI:SUN:RDQX.0.2019-01-004
    [20] 郑腾飞, 黄健, 万齐林, 等.一次华南海岸带台前飑线的结构特征与环境条件的观测研究[J].热带气象学报, 2017, 33(6):933-944. CNKI:SUN:RDQX.0.2017-06-014
    [21] 康兆萍, 林永辉.华南一次飑线过程线状对流模态变异机理研究[J].大气科学学报, 2017, 40(5): 631-640. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/njqxxyxb201705006
  • 加载中
图(11)
计量
  • 文章访问数:  149
  • HTML全文浏览量:  6
  • PDF下载量:  72
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-13
  • 修回日期:  2019-06-08
  • 刊出日期:  2019-10-01

目录

    /

    返回文章
    返回