ISSN 1004-4965

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一次多弓状中尺度雨带的成因机理及其与水平涡度的关系

王丹妮 丁治英 王咏青 窦慧敏 乔娜 王联军

王丹妮, 丁治英, 王咏青, 窦慧敏, 乔娜, 王联军. 一次多弓状中尺度雨带的成因机理及其与水平涡度的关系[J]. 热带气象学报, 2020, 36(1): 131-144. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.013
引用本文: 王丹妮, 丁治英, 王咏青, 窦慧敏, 乔娜, 王联军. 一次多弓状中尺度雨带的成因机理及其与水平涡度的关系[J]. 热带气象学报, 2020, 36(1): 131-144. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.013
Dan-ni WANG, Zhi-ying DING, Yong-qing WANG, Hui-min DOU, Na QIAO, Lian-jun WANG. THE RELATIONSHIP BETWEEN THE FORMATION MECHANISM OF A MULTI-MESOSCALE-BOW-RAINBAND AND HORIZONTAL VORTICITY[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2020, 36(1): 131-144. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.013
Citation: Dan-ni WANG, Zhi-ying DING, Yong-qing WANG, Hui-min DOU, Na QIAO, Lian-jun WANG. THE RELATIONSHIP BETWEEN THE FORMATION MECHANISM OF A MULTI-MESOSCALE-BOW-RAINBAND AND HORIZONTAL VORTICITY[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2020, 36(1): 131-144. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.013

一次多弓状中尺度雨带的成因机理及其与水平涡度的关系

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.013
基金项目: 

国家重点基础研究发展计划 2015CB453201

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

详细信息
    通讯作者:

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

  • 中图分类号: P445

THE RELATIONSHIP BETWEEN THE FORMATION MECHANISM OF A MULTI-MESOSCALE-BOW-RAINBAND AND HORIZONTAL VORTICITY

  • 摘要: 用WRF中尺度数值模式、NCEP/NCAR再分析资料、多普勒雷达观测资料等,对2018年5月5日发生在我国华中地区的一次多弓状雨带降水过程的形成机理及其与水平涡度的关系进行分析发现:雨带发生在切变线南侧的西南气流中,多弓状雨带出现前,大尺度高低层气旋式曲率的水平涡度和对流有效位能为降水提供了有利于上升运动的背景场。弓状雨带最初形成在对流不稳定和低层气流辐合条件下,局地强降水引发的下沉运动使中低层大风出现,大风中心南侧反气旋式的环流与背景场中的西南气流汇合构成了短波槽,尾部雨带出现在短波槽中,弓状头部生成于北侧的气旋式风场切变中,大风中心相较南北两侧更快的移速使雨带中部向前侧凸起。流场上的短波槽发生在700 hPa以下,在西南气流的背景场下,该槽向前后两侧的双向传播是多弓状雨带形成的重要触发因子。中尺度弓状雨带附近低层的水平涡度在强盛期、减弱期和消散期有着明显不同的结构特征;而在高层,雨带发展时和强盛期都为气旋式水平涡度控制,减弱期多为反气旋式水平涡度控制。

     

  • 图  1  2018年5月5日实况06:00(a、c)、12:00(b、d) 200 hPa(a、b)和850 hPa(c、d)上相当位温(红色等值线,单位:K)、风场(流线,单位:m/s)和急流(阴影,单位:m/s)的分布图(黑色椭圆指示降水落区);15:00—22:00的7 h累积降水量分布(e,彩色阴影,单位:mm)

    图  2  2018年5月5日实况13:00(a)、15:06(b)、16:12(c)、17:36(d)、19:36(e)、21:42(f)的最大雷达回波反射率(阴影,单位:dBZ)

    黑色椭圆指示对应时刻中尺度雨带的位置。

    图  3  由WRF3.9模拟得到的2018年5月5日11:30(a)、14:00(b)、15:20(c)、16:10(d)、19:10(e)、21:30(f)的最大雷达回波反射率(彩色阴影,单位:dBZ)

    黑色椭圆指示对应时刻中尺度雨带的位置。

    图  4  2018年5月5日宜昌站实况雷达垂直风廓线(a,风向杆表示水平风场分布,每条风羽的风速为4 m/s,黑色椭圆指示风速≥20 m/s的区域);宜昌站实况雷达回波反射率(阴影,单位:dBZ)的垂直剖面图(b); 模拟对应点的雷达回波反射率(阴影,单位:dBZ)和风场(风向杆,每条风羽的风速为4 m/s)的垂直剖面图(c,黑色实线指示水平风速≥16 m/s区域)

    图  5  2018年5月5日模拟得到的13:00沿着109.8 °E上的垂直环流(v-w流线,v的单位: m/s,w的单位:10-1 m/s)和109~110 °E平均的雷达回波反射率(阴影,单位:dBZ)和相当位温(紫色等值线,单位:K) (a),18:00沿着113.5 °E上的垂直环流(v-w流线,v的单位: m/s,w的单位:10-1 m/s)和113~114 °E平均的雷达回波反射率(阴影,单位:dBZ)和相当位温(紫色等值线,单位:K) (b),15:00—22:00 7 h累积降水量分布(c,彩色阴影,单位:mm)

    图  6  2018年5月5日实况06:00(a)、12:00(b)的最大雷达回波反射率(彩色阴影,单位:dBZ)和250 hPa水平涡度(ξx2, ξy2)流场(流线,单位:10-3 m/(s·Pa)),12:00(c)、18:00(d)的最大雷达回波反射率(彩色阴影,单位:dBZ)和800 hPa水平涡度(ξx2, ξy2)流场(流线,单位:10-3 m/(s·Pa))

    图  7  2018年5月5日模拟得到的10:20的最大雷达回波反射率(阴影,单位:dBZ)和250 hPa水平涡度(ξx2, ξy2)流场(流线,单位:10-3 m/(s·Pa)) (a),10:20(b)、16:40 (c)①号雨带,17:10 ③号雨带(d),19:10②号雨带(e),21:30(f)的最大雷达回波反射率(阴影,单位:dBZ)和800 hPa水平涡度(ξx2, ξy2)流场(流线,单位:10-3 m/(s·Pa))的分布图,白色光滑箭头表示水平涡度的弯曲特征,强盛期(g)、减弱期(h)弓状雨带的演变和低层水平涡度关系的示意图

    图  8  2018年5月5日模拟得到的06:00(a)、21:30(b) 800 hPa上对流有效位能CAPE(阴影,单位:J/kg)的分布

    图  9  2018年5月5日模拟得到的09:20、11:30、12:50 (a~c)最大雷达回波反射率(阴影,单位:dBZ)和800 hPa上全风速(黑色等值线,单位:m/s);800 hPa上垂直涡度(阴影,单位:10-4 s-1)和风场(流线,单位:m/s) (d~f);800 hPa上浮力(阴影,单位:10-1 m/s2)和雷达回波反射率(黑色实线,单位:dBZ) (g~i);800 hPa上垂直速度(j~l,阴影,单位:m/s)的分布图

    图  10  弓状雨带形成的流程图

    图  11  2018年5月5日模拟得到的11:40、16:30、17:00最大雷达回波反射率(阴影,单位:dBZ)和800 hPa风场(流线,单位:m/s) (a~c);800 hPa全风速(b~f,黑色实线,单位:m/s);地面10 m风速(g~i,黑色实线,≥4 m/s)的分布图;5月5日06:00—21:00 800 hPa的雷达回波反射率(阴影,单位:dBZ)和全风速(黑色实线,单位:m/s) (j),U′风速(k,U' = U - U,黑色等值线,单位:m/s)沿29.2 °N的分布图

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出版历程
  • 收稿日期:  2019-05-30
  • 修回日期:  2019-11-08
  • 刊出日期:  2020-02-01

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