A STUDY ON THE EVOLUTION OF VORTEX SYSTEM AND MULTI-SCALE INTERACTION MECHANISM DURING THE "7·19" RAINSTORM IN NORTH CHINA
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摘要: 为探究华北暴雨的维持及中尺度系统演变机制，利用NCEP/NCAR的GFS资料、地面自动站观测资料等，借助数值模拟、涡度收支分析和尺度分离等方法，对2016年7月19日前后一次华北暴雨过程进行了观测分析和模拟研究。(1)本次极端降水过程与东移低槽切断形成的深厚低涡密切相关。低涡与副高脊线形成“东高西低”形势且雨区始终处于高层辐散低层辐合的动力配置下，有利于对流维持。涡旋与低空急流的配合使来自西南侧和东侧的水汽在华北辐合，并使雨区处于能量锋区，对流层中低层形成深厚逆温层，为暴雨维持提供水汽和能量保障。(2)低涡系统总体呈增强趋势，中心涡度最高达55×10-5 s-1以上。成熟阶段呈现贯穿对流层的直立正涡度柱，但涡度变化集中在500 hPa以下，中心维持在850 hPa附近。涡度增长主要受正涡度区与辐合中心重合产生的拉伸效应以及干侵入等因素的促进作用。(3)低层辐合中心由三种不同尺度系统叠加而成，其中中尺度系统对中心的强度和位置影响最大，而大中尺度风场间的辐合也使辐合区更大、强度更强。低层涡旋增长与风场辐合加强之间形成正反馈调节，有利于低涡和降水的维持。Abstract: In order to explore the maintenance mechanism and mesoscale system characteristics of rainstorm in north China, a diagnostic analysis and simulation study on the torrential rain in north China around July 19, 2016 has been carried out, using NCEP reanalysis data, regional observation data, etc., and by means of numerical simulation, vorticity analysis and scale separation. The results are as follows. (1) This extreme precipitation is directly related to the deep vortex formed by the eastward moving trough. With the impact of both vortex and low-level jet, the water vapor from the southwest and east sides is converged in north China, the rain zone is near the energy front, and the deep inversion layer is formed in the lower troposphere, which provides water vapor and energy for the rainstorm. (2) The low vortex generally shows an increasing trend, and the central vorticity is up to 55×10-5 s-1. At the peak stage, it presents an upright positive vorticity column through the troposphere, but the vorticity changes are concentrated below 500 hPa and the center is maintained near 850 hPa. The vorticity increase is mainly affected by the stretching effect and the dry intrusion. (3) The low-level convergence center is a superposition of three scale systems. The mesoscale system has the greatest influence on the strength and position of the center, and the convergence between the large-scale and mesoscale wind also makes the convergence range larger and stronger. The positive feedback adjustment between the vortex growth and convergence enhancement is of great significance to the maintenance of the vortex system and precipitation.
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Key words:
- torrential rain /
- vortex structure /
- scale separation /
- vorticity budget /
- north China
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图 2 19日12时850 hPa上的温度平流(填色, 单位:K/s).假相当位温(等值线, 单位:K)和风场(a), 降水中心对应的经向垂直截面内假相当位温(填色, 单位: K)和垂直凤场(b)
图 3 19日12时850 hPa上的水汽通量(等值线, 单位:10-3 g/(cm·hPa·s))、水汽通量散度(填色，单位:10-7 g(cm2·hPa·s))和水平流场(流线)
图 8 7月19日08时-20日00时涡度中心区域平均涡度(单位: 10-5 s-1)及收支项(单位: 10-7 s-2)变化
a. 500 hPa以下空气柱; b. 850 hPa单层大气。
图 9 300 hPa对应的涡度(等值线, 单位:10-5 s-1)、温度平流(填色, 单位: ℃/s)和水平风场(a~c), 涡旋中心经向垂直截面内相对湿度(等值线, 单位:%)和位涡(填色, 单位:PVU)(d~f)的分布
a、d.19日20时; b、e. 19日22时; c、f. 20日00时。
图 10 Barnes滤波的响应函数
a.滤波的订正效果; b.两次订正后的响应函数。蓝线:中通初始场, 红线:中通第一次订正, 黑线:中通第二次订正，黄线:高通第二次订正, 绿线:低通第二次订正。
图 11 19日12时850 hPa风场(填色:风速, 单位:m/s, 箭头:风矢量)和位势高度(等值线，单位:gpm)
a.原始场; b.大尺度场; c.中尺度场; d.小尺度场。
图 12 19日12时850 hPa涡度中心对应的经向垂直截面内散度(填色, 单位:10-5 s-1)和v-w风场的垂直分布
a.原始场; b.大尺度场; c.中尺度场; d.小尺度场。
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